王文麗(聊城市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 聊城 252000)

0 引言

有機熱載體鍋爐以有機熱載體(俗稱導(dǎo)熱油)為熱載體，通過熱油泵使熱載體循環(huán)，將熱量傳遞給用熱設(shè)備。雖然有機熱載體鍋爐的工作壓力比較低，但爐內(nèi)熱傳導(dǎo)液溫度高，在其運行過程中存在發(fā)生泄漏、引起火災(zāi)、爆炸的危險性，甚至?xí)斐扇藛T傷亡和財產(chǎn)損失，故有機熱載體鍋爐及系統(tǒng)的安全運行和管理工作很重要。

1 設(shè)計缺陷影響有機熱載體質(zhì)量

鍋爐及系統(tǒng)設(shè)計缺陷會導(dǎo)致使用中的有機熱載體發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量變化，主要原因是過熱、氧化和污染等問題，而造成問題的根源，除運行過程中存在的不正確操作，主要就是由鍋爐及系統(tǒng)存在的設(shè)計缺陷所引發(fā)的。

1.1 設(shè)計缺陷導(dǎo)致過熱超溫

有機熱載體鍋爐存在設(shè)計缺陷和受熱面布置不合理是有機熱載體發(fā)生局部過熱超溫問題的主要原因之一[1]。有機熱載體過熱超溫的原因主要有四種：一是設(shè)計時選用的有機熱載體本身不合適，有機熱載體最高允許使用溫度與鍋爐最高工作溫度之間應(yīng)該預(yù)留的溫度安全裕量不合適；二是鍋爐設(shè)計的最大熱流密度過大，這樣會致使其計算最高液膜溫度等于或超過所選用的有機熱載體的最高允許液膜溫度；三是鍋爐及系統(tǒng)的設(shè)計最低流速低于鍋爐的最低安全流速，這樣會導(dǎo)致通過鍋爐的有機熱載體在低流速條件下發(fā)生局部過熱超溫；四是如果鍋爐受熱面的設(shè)計及布置不合理，會造成在爐膛內(nèi)形成了火焰直接沖刷輻射受熱面的問題，或者部分爐管的受熱及流動條件不相容，又或者爐管內(nèi)的有機熱載體流量分配不均勻等。

1.2 開式系統(tǒng)缺陷導(dǎo)致油品氧化

導(dǎo)致有機熱載體發(fā)生氧化變質(zhì)通常有以下情況：一是將本該按照閉式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)計成為開式系統(tǒng)；二是雖然將系統(tǒng)設(shè)計成為閉式系統(tǒng)，但是膨脹罐上的氮封裝置或液封裝置無法滿足系統(tǒng)內(nèi)壓力變化需要而不能正常工作，造成氮封或液封裝置失效，導(dǎo)致空氣進(jìn)入膨脹罐，與有機熱載體接觸發(fā)生氧化反應(yīng)；三是由于開式系統(tǒng)的膨脹罐及管線設(shè)計缺陷或安裝不合理，導(dǎo)致膨脹罐內(nèi)有機熱載體攪動接觸，使其快速氧化。有機熱載體的氧化后果非常嚴(yán)重，被氧化后有機熱載體的黏度和中和值會明顯增高[1]。

1.3 換熱設(shè)備缺陷導(dǎo)致化學(xué)污染

其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入了有機熱載體系統(tǒng)，對有機熱載體形成化學(xué)污染，通常容易在換熱設(shè)備里發(fā)生有機熱載體污染事故。也就是說，當(dāng)被加熱的工藝介質(zhì)具有足夠高的工作壓力時，換熱設(shè)備存在的設(shè)計或制造缺陷，會導(dǎo)致被加熱的工藝介質(zhì)泄漏，從而進(jìn)入到有機熱載體系統(tǒng)內(nèi)，造成有機熱載體的化學(xué)污染。

2 操作和運行問題影響有機熱載體質(zhì)量

有機熱載體鍋爐及系統(tǒng)在運行過程中，如果出現(xiàn)不合理操作方式和運行狀況的改變，會導(dǎo)致有機熱載體質(zhì)量快速劣化。不論是燃料、工藝參數(shù)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、設(shè)備狀況、電力供應(yīng)、導(dǎo)熱介質(zhì)性質(zhì)等條件發(fā)生變化，還是鍋爐和循環(huán)泵的頻繁停啟，或者系統(tǒng)突發(fā)事故被緊急停運，這些情況均有可能對系統(tǒng)內(nèi)有機熱載體的質(zhì)量變化產(chǎn)生不同程度的影響。將有機熱載體鍋爐及系統(tǒng)按照熱水鍋爐及系統(tǒng)的條件進(jìn)行操作運行是常見的不合理操作方式。無論何種原因，只要使通過鍋爐的有機熱載體流量降低或受熱溫度升高，就可能發(fā)生有機熱載體過熱超溫現(xiàn)象(即便是事后迅速調(diào)控了鍋爐的運行條件)，并且，在爐膛輻射受熱面或多管并聯(lián)的對流受熱面爐管內(nèi)會造成有機熱載體液液膜溫度超溫問題。超溫會導(dǎo)致有機熱載體發(fā)生嚴(yán)重的熱裂解，使其快速變質(zhì)劣化，形成裂解產(chǎn)物，甚至在爐管內(nèi)結(jié)焦，并惡化傳熱和引發(fā)安全事故[1]。不合理的操作方式也會導(dǎo)致高溫有機熱載體與空氣接觸，致使氧化。比如系統(tǒng)突然停電，遇到這種情況，用戶為了防止鍋爐內(nèi)有機熱載體過熱超溫，就有可能用膨脹罐內(nèi)的有機熱載體與爐內(nèi)高溫有機熱載體進(jìn)行置換，將置換出的高溫有機熱載體直接排放到開式儲罐內(nèi)，但此操作方式不能避免鍋爐內(nèi)有機熱載體發(fā)生過熱超溫，還會導(dǎo)致排入開式儲罐內(nèi)的高溫有機熱載體與空氣接觸，加快其氧化。又比如有的用戶在間歇性運行的工藝系統(tǒng)內(nèi)，為提高工藝設(shè)備的利用效率，便采用壓縮空氣作為冷卻介質(zhì)，把工藝設(shè)備中的有機熱載體置換，同時把尚未完全冷卻的有機熱載體排放到系統(tǒng)外，且直接接觸到空氣，這樣就必然會使有機熱載體發(fā)生氧化，所以這種操作方式和工藝流程也是不合理的。

3 有機熱載體質(zhì)量劣化影響鍋爐及系統(tǒng)安全運行

未使用有機熱載體注入系統(tǒng)前(包括系統(tǒng)初次注入和運行過程中補充的未使用有機熱載體)應(yīng)根據(jù)該產(chǎn)品型式試驗報告，對其質(zhì)量進(jìn)行驗證檢驗[2]。在用有機熱載體在使用過程中，因過熱超溫、氧化及污染等影響，質(zhì)量就會發(fā)生變化，變化程度不一，由量變發(fā)展到質(zhì)變后，有機熱載體的質(zhì)量將會嚴(yán)重影響鍋爐及系統(tǒng)的安全運行。有機熱載體質(zhì)量變化會導(dǎo)致其化學(xué)及物理性質(zhì)改變?；瘜W(xué)性質(zhì)的改變有可能使有機熱載體轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹嫉奈ｋU化學(xué)品，一旦產(chǎn)生這種變化便可能致使鍋爐及系統(tǒng)整體操作的安全性發(fā)生變化；有機熱載體物理性質(zhì)的改變通常指密度、導(dǎo)熱系數(shù)、餾程、黏度、比熱容等的改變，這些改變會使鍋爐及工藝換熱設(shè)備的傳熱得到惡化，從而使鍋爐及系統(tǒng)的傳熱效率及安全受到負(fù)面影響。另外，系統(tǒng)內(nèi)積累的低沸物、高沸物和不溶物，會對鍋爐及系統(tǒng)的安全運行及有機熱載體的使用壽命造成嚴(yán)重影響。在系統(tǒng)運行過程中，有一部分沸點更低的低沸物以氣態(tài)的形式游離在有機熱載體中，當(dāng)它們通過循環(huán)泵及鍋爐的時候，會惡化鍋爐的循環(huán)及傳熱、導(dǎo)致循環(huán)泵氣蝕，進(jìn)而使有機熱載體繼續(xù)過熱超溫、變質(zhì)加速；高沸物在系統(tǒng)運行時，被溶解在有機熱載體內(nèi)，高沸物的分子量更大，黏度更高，且化學(xué)穩(wěn)定性比較差，所以它會影響傳熱，在高溫作用下還容易發(fā)生裂解或聚合，高沸物還會造成受熱面結(jié)焦、爐管阻塞的現(xiàn)象，更嚴(yán)重會引發(fā)爆管，導(dǎo)致有機熱載體泄漏等安全事故的發(fā)生。還有不溶物，在系統(tǒng)中會造成循環(huán)泵轉(zhuǎn)動部件、閥門、軸封等的磨損，更嚴(yán)重會使管道堵塞，使系統(tǒng)的正常循環(huán)受到阻礙，并且，不溶物在爐內(nèi)傳熱過程中還會使?fàn)t膛輻射受熱面里面形成局部熱點，促使有機熱載體過熱超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

4 有機熱載體泄漏引發(fā)事故的原因

引發(fā)有機熱載體鍋爐及系統(tǒng)安全事故的直接原因是：有機熱載體的泄漏。在系統(tǒng)循環(huán)過程中的有機熱載體不會發(fā)生燃燒，但是如果泄漏到爐膛內(nèi)或外部，混合了空氣，一旦泄漏現(xiàn)場存在靜電火花、火花、爐膛火焰、人為火源等點火條件，這個地方就存在燃燒及爆炸的危險；另外，如果有機熱載體中的易燃?xì)怏w與空氣混合，或者燃點較低的液態(tài)有機熱載體與空氣混合，它們的混合物又遇到了達(dá)到著火溫度的火源，那必定會引發(fā)燃燒并導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。

5 預(yù)防措施和方法

有機熱載體鍋爐設(shè)計、制造、安裝方面存在缺陷，有機熱載體變質(zhì)、操作方式不合理是造成鍋爐及系統(tǒng)泄漏的主要原因，分析總結(jié)出一些預(yù)防措施和方法是非常有必要的。有機熱載體鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計型式應(yīng)當(dāng)根據(jù)所選用的有機熱載體的特性和最高工作溫度及系統(tǒng)運行方式確定[3]。應(yīng)優(yōu)先選擇閉式循環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計鍋爐及系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)考慮采取防止其發(fā)生泄漏的措施，比如：系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備及管線連接盡量采用焊接型式，少用法蘭連接型式，不用螺紋連接型式。在膨脹罐上設(shè)置液位自動檢測、報警和連鎖裝置，利于操作人員早期發(fā)現(xiàn)并及時采取措施；考慮對有機熱載體循環(huán)流量及工作溫度的檢測和自動控制；有機熱載體數(shù)量較大的系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)考慮把系統(tǒng)用的閥門分隔成若干個區(qū)域，如果某一設(shè)備或管線發(fā)生泄漏，就可以對該區(qū)域用閥門進(jìn)行隔離，從而減少系統(tǒng)中有機熱載體的泄漏量。鍋爐及系統(tǒng)的壓力試驗應(yīng)當(dāng)符合《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求。將有機熱載體注入新安裝的系統(tǒng)前，或鍋爐及系統(tǒng)經(jīng)過檢修后，還應(yīng)當(dāng)對鍋爐及系統(tǒng)進(jìn)行一次泄漏性氣密試驗。有機熱載體產(chǎn)品的選擇和使用應(yīng)當(dāng)符合GB 23971—2019《有機熱載體》和GB/T 24747—2009《有機熱載體安全技術(shù)條件》的要求[3]。鍋爐爐管及系統(tǒng)的管道布置和安裝，應(yīng)當(dāng)按照管道的最高工作溫度計算其熱脹冷縮及受力條件，并根據(jù)計算結(jié)果合理布置爐管和設(shè)置管道的支吊架及膨脹補償器；鍋爐及系統(tǒng)的壓力試驗應(yīng)當(dāng)符合《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求。鍋爐及系統(tǒng)的焊接應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照焊接工藝要求進(jìn)行操作，焊接質(zhì)量應(yīng)當(dāng)符合《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》有關(guān)焊接質(zhì)量檢驗要求。操作方式應(yīng)合理，應(yīng)保證鍋爐及系統(tǒng)穩(wěn)定運行，盡量避免改變鍋爐燃料或燃燒、工藝、負(fù)荷及設(shè)備等條件，最大程度減少鍋爐和循環(huán)泵的頻繁停啟，采用適當(dāng)措施保障鍋爐循環(huán)泵的電力供應(yīng)。在用有機熱載體應(yīng)定期進(jìn)行取樣檢驗，并根據(jù)檢驗結(jié)果，考慮采取必要的處置措施。鍋爐和系統(tǒng)檢修時，焊接應(yīng)當(dāng)在循環(huán)系統(tǒng)的被焊接組件內(nèi)的易燃?xì)怏w和空氣的混合物被惰性氣體完全吹掃后進(jìn)行[3]；在整個焊接過程中，吹掃操作應(yīng)當(dāng)連續(xù)進(jìn)行[3]；系統(tǒng)中被有機熱載體浸潤過的保溫材料不應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用[3]；已經(jīng)發(fā)生燃燒的保溫層不應(yīng)當(dāng)立即打開，必須在保溫層被充分冷卻后再將其拆除更換[3]。若發(fā)生泄漏，有機熱載體發(fā)生燃燒，應(yīng)當(dāng)采用干粉或泡沫滅火劑將其撲滅。如果發(fā)生大量有機熱載體泄漏并燃燒，操作人員應(yīng)立刻切斷電源并撤離現(xiàn)場，同時撥打火警電話，報告有關(guān)部門。

6 結(jié)語

有機熱載體鍋爐使用數(shù)量不斷增加，其安全運行的要求逐漸提高，通過對TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》、GB 23971—2009《有機熱載體》及GB 24747—2009《有機熱載體安全技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，結(jié)合作者本人在有機熱載體鍋爐檢驗工作的經(jīng)驗，參考安全泄漏事故的教訓(xùn)，總結(jié)分析了影響鍋爐及系統(tǒng)安全運行的因素，提出上述預(yù)防措施和方法，以促進(jìn)有機熱載體鍋爐及系統(tǒng)能夠安全可靠地運行。