一起有机热载体锅炉介质泄漏事故分析

刘丽红 傅劲清 殷先华 张希旺

（湖南省特种设备检验检测研究院 长沙 410111）

一起有机热载体锅炉介质泄漏事故分析

刘丽红 傅劲清 殷先华 张希旺

（湖南省特种设备检验检测研究院 长沙 410111）

针对一起有机热载体锅炉介质泄漏事故，通过事故现场检查、破口宏观检查、化学成分分析、金相分析、介质化验分析阐述了有机热载体锅炉泄漏事故的起因。分析认为，由于运行管理不善、辅助装置选型不当、自动控制和保护装置失灵，导致介质严重过热裂解和变质，进而管壁超温过热，最终造成泄漏事故。结合锅炉检验方面的工作经验，提出了有机热载体锅炉安全使用的建议以及相关措施，对其安全管理具有参考意义。

有机热载体锅炉 介质泄漏 事故原因分析 预防措施

1 引言

有机热载体锅炉是一种以导热油为热载体的锅炉，具有低压力获得高温度的优点，在我国目前得到广泛应用。但是在运行管理过程中由于频繁启停炉、辅助装置选型不当，自动控制和保护装置失灵、介质严重过热裂解和变质等原因有机热载体泄漏事故时有发生，下面就一起介质泄漏事故进行分析。

2 事故情况

某企业一台有机热载体锅炉型号为YGL-1400MA，其技术参数为：额定热功率1400KW；额定压力1.0MPa；额定温度300℃，燃料为烟煤、木材；使用代号为L-QB300的有机热载体。运行两年后发现有机热载体炉内有间断明火出现，检查发现内盘管第一圈（从炉膛下往上数）位于炉后侧看火孔部位，一处管子渗漏滴油，由于正值下班，锅炉已压火停用，仅仅是炉渣残火引起油滴自燃；使用方即与锅炉制造厂方联系，于次日对渗漏管子进行了堆焊堵漏处理。继续使用后，于第三天运行当中，在内盘管的同一圈位于锅炉前侧看火孔部位，一处管子泄漏，喷出的热油，引起炉膛大火，后经公安消防将火扑灭。

此外，该锅炉于运行一年后对导热油进行了更换并采用DF-104强力清洗剂对该炉进行了化学清洗。

3 现场检查

该锅炉安装时按用户要求，配套辅助装置及其自动控制和自动保护装置利用原停用的YLL-700MA有机热载体锅炉已有的两台循环泵和一台控制柜，采用三通并联接入，未作变动（见图1、图2）。

图1 两台锅炉采用三通并联接入

图2 事故锅炉全貌

两台循环泵主要运行技术参数如下：

型号：RY100-65-200； 流量：80m3/h；扬程：40m；功率：12.5kW。

型号：RY100-65-230, 流量：100m3/h，扬程：55m，功率：19.5kW。

现场检查发现锅炉已停用并已冷却至常温，而控制柜上的远程排烟温度表仍显示达500℃以上。经查，控制柜中有部分自动控制和自动保护装置功能失灵，压差报警装置、超温报警和自动停炉保护装置均已损坏。

经现场调查和查阅锅炉相关档案资料并按该锅炉设计结构所要求的最低流速校核计算[1][2]发现，所使用的现有规格型号的一台循环泵的流量达不到设计要求，且未考虑整个循环系统管道设备的总阻力并留有一定的富裕能力，不能满足锅炉正常运行的需要。这说明了锅炉制造单位在对系统中循环泵的选型错误，使盘管内介质流速达不到设计计算的最低要求，不可避免地导致介质过热裂解。

因控制柜主要自动控制和保护装置失灵，当锅炉管内介质流速下降，或管壁积碳严重引起介质吸热效率下降、阻力增加，或用热设备用热量发生变化，产生压差变化时，压差报警值设置不合理或压差报警装置失灵，不能及时报警和调整燃烧，将导致介质过热裂解与炭化；介质出口温度超温时，超温报警和自动停炉保护装置失灵，不能自动报警和及时停炉，也会导致锅炉介质经常处于超温状态下运行。

4 检验与分析

4.1 破口宏观检查

对泄漏处管子现场检查发现，破口位于管子向火侧，呈横向开裂，长度25mm，破口边沿无明显变形，破口周围表面有熔融金属堆积现象（见图3（a））；在破口处割样检查发现，沿破口及其管子内壁向火侧积碳严重，且沿破口和管壁向火侧均伴随有明显壁厚减薄现象（见图4），在割样截取的管子一端，距破口110mm处，沿周向测厚最大值3.5mm，最小值2.8mm；同一截面处管子最大最小直径分别为57.5mm和55.0mm，未见明显涨粗现象。

图3 管子破口外观形态及第一次渗漏管子堆焊情况

图4 破口处及管子内壁积碳和壁厚减薄情况

管子向火侧存在表面氧化皮横向龟裂现象（见图5），龟裂状为热疲劳破坏的典型特征，表明管子存在一定程度的热疲劳现象。由于每天一班或两班运行，频繁启停炉产生的热应力引起低周疲劳，在管子向火侧形成疲劳裂纹源，从而加速了管子的横向开裂。

图5 管子外壁向火侧氧化皮龟裂现象

从宏观检查分析得出，在管子内壁向火侧积碳严重，管子外侧有表面氧化皮横向龟裂的热疲劳现象。另外，内盘管第一圈位于炉后侧看火孔部位处首先泄漏，锅炉制造单位进行了补焊（见图3（b）），而补焊后的第二天在内盘管的同一圈另外一处管子泄漏，说明此一圈盘管的质量已经存在安全隐患。

4.2 破口处化学成分分析

在割样截取的管子一端取样进行化学成分分析，与GB/T 699标准值进行比较未见异常。成分分析结果见表1。

表1 化学成分分析

4.3 破口处金相分析

在管子向火侧破口处和管端背火侧分别取样做金相检查，当切割3#试样时相邻管壁有部分出现脆裂破碎（见图6）；金相分析发现，管端背火侧金相组织均为铁素体＋珠光体，呈带状分布,无明显异常组织（见图7），但破口处组织中的珠光体区域中的碳化物已明显分散，并且向晶界聚集，珠光体形态尚保留，说明珠光体已明显球化。可以证明破口处管壁存在超温过热现象，致使管子材质性能严重恶化，塑性韧性急剧下降，脆性显著增加，在管子内应力的作用下，导致管子破裂，从而引起事故的发生。

图6 金相试样截取图

图7 金相分析图

4.4 介质化验分析

在事故现场从火灾后的盘管中取残存的介质进行化验，与使用前导热油验证性检验结果（油品已经过型式试验）进行了比较（见表2）。

表2 L-QB300导热油使用前后化验结果与质量指标

从表2油质化验结果分析可知，导热油使用前导热油验证性检验结果符合GB23971-2009质量指标的要求，但从盘管中取残存介质化验结果来看，导热油中残炭、酸值、粘度、闪点四项指标的化验结果有三项不合格，且其分解成份的含量均已分别超过GB23971-2009标准质量指标的1680%（残炭）、1100%（酸值）和263%（运动粘度），说明介质已发生严重裂解和变质现象[3]，这与管子损伤机理分析及其金相组织变化情况是一致的，进一步证明管壁存在超温过热的客观条件。

5 原因分析与预防措施

从以上分析可知，最初由于该锅炉系统配套的循环泵，选型达不到设计和安全技术规范的要求，导致循环泵的扬程不能有效克服整个循环系统管道设备的总阻力，使盘管内介质流速达不到设计计算的最低要求。加上控制柜主要自动控制和保护装置失灵，当锅炉管内介质流速下降时，不能及时报警和调整燃烧，导致锅炉介质经常处于超温状态下运行。而管子损伤的机理正是在管材超温过热导致性能劣化的基础上，加之管子向火侧管壁由于高温氧化引起的壁厚减薄导致强度下降、附加热应力的存在导致热疲劳裂纹源、以及材料不可避免地存在局部组织与性能的不均匀性和微观缺陷，在管子内应力的共同作用下，最终导致管子首先从最薄弱的部位发生破坏。

为预防有机热载体锅炉此类事故的发生，应采用必要的预防措施：

1）锅炉使用单位加强运行管理，确保安全附件和安全保护装置可靠有效，例如压差报警装置、循环泵停止运转停炉保护装置，应经常试验；运行时如果出现压差过低报警，应立即停炉检查，防止热载体因流速降低而造成超温裂解。

2）有机热载体应定期取样化验，确保残炭、酸值、运动粘度等各项品质符合GB23971-2009标准的要求，否则应进行再生处理或更换。

3）锅炉的化学清洗过程必须由专业队伍进行，并根据实际积碳情况制定清洗方案，清洗过程应严加监控，防止欠洗和过洗，还要经过专业机构的监督检验以满足TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》8.1.11的要求。

4）锅炉制造单位应根据设计要求合理选择系统辅机装置，以防止由于辅机参数达不到要求而造成锅炉运行异常，进而发生此类事故。

[1] JB/T 8659—1997 热水锅炉水动力计算方法[S].

[2] GB/T 17410—2008 有机热载体炉[S].

[3] 张友健.液相有机热载体锅炉运行中的常见问题[J].中国高新技术企业，2010(21).

Analysis for a Medium Leaking Accident of Organic Heat Carrier Boiler

Liu Lihong Fu Jinqing Yin Xianhua Zhang Xiwang
(Hunan Special Equipment Inspection & Testing Research Institute Changsha 410111)

Aiming at an organic heat carrier boiler medium leakage accident, the cause of the accident was discussed and analyzed by field examining of the accident, crevasse macroscopic inspection, chemical composition analysis, metallographic analysis and medium laboratory analysis. The cause of this accident was considered as the operation of mismanagement, improper selection of auxiliary device, automatic control and protection device malfunction, resulting in serious overheating medium cracking and deteriorating, and the wall temperature of overheating, eventually leading to leakage accident. Combining with the work experience of boiler inspection, the suggestion and related measures for organic heat carrier boiler safety were put forward, which had the reference significance to the safety management.

Organic heat-carrying boiler Medium leakage Accident analysis Precaution

X933.2

B

1673-257X(2015)09-0062-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.014

刘丽红(1978～),女，硕士，工程师，主要从事特种设备检验检测工作。

2015-05-28）