检验有机热载体炉应注意的问题和处理建议

检验有机热载体炉应注意的问题和处理建议

许永平

(河南省锅炉压力容器 安全检测研究院 ， 河南 郑州450000)

摘要：从事故教训、工作经验和执行技术规范的体会中认为，造成有机热载体液相炉受热面管破裂事故的直接原因是由于管壁超温、超压，最主要是超温。事先发现是否存在超温、超压因素，并消除这些因素，是保证检验工作质量，防止事故发生的关键所在。

关键词：检验 ； 热载体炉 ； 问题 ； 处理

中图分类号：TQ050.7

收稿日期：2015-05-16

作者简介：许永平(1955-)，男，高级工程师，从事承压类特种设备检测与研究工作，电话：13937138505。

近几年随着有机热载体(以下简称介质)液相炉(以下均指液相炉)的大量应用，有机热载体炉事故有上升的趋势，这些事故特征大都是运行中受热面管破裂，形成“火上浇油”，极易发生重大火灾，烧毁锅炉房造成人员伤亡。笔者参加了省内发生的几起有机热载体炉事故原因的技术分析工作。从事故的经验教训和多年的检验工作经验，到执行国家安全技术规范的体会，认为，造成受热面管破裂的直接原因是由于管壁超温、超压和管壁有缺陷，最主要是超温。事先发现有机热载体炉是否存在超温、超压和管壁有缺陷因素，并消除这些因素，是保证检验工作质量，防止事故发生的关键所在。鉴于有机热载体炉介质和结构的特殊性，在检验和使用管理有机热载体炉时应注意处理好以下问题。

1液相炉是否装安全阀

《有机热载体炉安全技术监察规程》(以下简称《有机规》)第十六条中规定无论是采用注入式或抽吸式强制循环的液相炉，液相炉本体上可不装安全阀。

《锅炉安全技术监察规程》第11.3.1.2条规定：“液相锅炉应当在锅炉进口和出口切断阀之间装设安全阀。当液相锅炉与膨胀罐相通，并且二者之间的联通管线上没有阀门时，锅炉本体上可以不

装设安全阀。闭式膨胀罐上应当装设安全阀。”实际上我国的有机热载体液相锅炉大都在锅炉与膨胀罐相通二者之间的联通管线上装设有阀门，且该管的入口连接往往装在循环泵介质入口处，其原因详见以下分析。

液相炉是否要装安全阀问题国内外一些规范的规定不完全一样，国内也有争议。对这一条的理解也有不一致的，如：有人理解为注入式的有机热载体炉结构大都是管子加集箱，本体上不好布置安全阀，但锅炉出口的管道上应装安全阀等。

图1　膨胀器与大气连通的设备示意图

图2　设备安全连接法1

图3　设备安全连接法2

图4　膨胀器与大气连通且加热炉可关闭的设备示意图

注：图1~4中：1.加热炉；2.用热器；3.循环泵；4.膨胀器；5.储存器；6.加料、卸料泵；7.膨胀管；8.溢流管；9.通至户外；10.安全阀；11.快速排放装置；12.排放管；13.截止装置；14.安全膨胀管；15.膨胀器液位。

我们认为，液相有机热载体炉本体或着热载体出口管道上(截止阀靠炉一侧)应装安全阀，原因有以下几点：①我国的注入式有机热载体炉系统的用热设备一般都装有用于调整的阀门(图4显示的系统)，运行中这些阀门的关闭或关小都是不可避免的操作，这必然会因起热载体炉压力的升高，流速降低，造成受热面管超压超温。而膨胀管往往都装在循环泵的入口处即低压段，循环泵出口段形成的憋压不可能通过膨胀管及膨胀器进行泄压；因循环泵出口一般都装有止回阀，就是循环泵停止，锅炉本体介质不可能后退通过膨胀管及膨胀器进行泄压。②如果膨胀管装在有机热载体炉的介质出口代替安全阀(图1显示的系统)，从安全泄压上没什么问题，但膨胀管处于介质出口温度的最高点，高温热量经膨胀管迅速传递到膨胀器，因膨胀器通大气，极易使介质氧化变质。③按规定有机热载体炉出口应装有热载体压力超压保护，而这种保护只有停泵才能降压。停泵的结果使循环流动停滞。这时炉膛里还有余温(对于燃媒炉膛还有余火)，带来易超温的负面影响。而且超压保护的可靠性也比不上安全阀。有热载体压力超压保护不能替代安全阀的作用；④介质出口装有安全阀后，它与超压保护一道起着双重保护的作用，同时当安全阀起跳时可以引起介质流动，对防止受热面超温有一定的冷却作用。

在安装安全阀的时，应将安全阀的介质出口管路接入低位油槽(储存器)或高位油槽(膨胀器)中并将入口浸没在液面以下。这是因为当烷烃型介质严重超温(一般≥280 ℃)或有机热载体品质劣化时遇到空气有自燃的可能。若将安全阀的介质出口管路接入高位油槽(膨胀器)，安全阀的介质出口管路中会存有介质，对安全阀形成倒灌静压，影响安全阀的起跳。因此不宜将安全阀的介质出口管路接入高位油槽(膨胀器)。

2液压试验

《有机规》第三十三条规定“有机热载体炉安装或重大修理后，在投入运行前应由使用单位和安装或修理单位进行1.5倍工作压力的液压试验”。液压试验是发现受热面和本体是否存在渗漏等事故隐患的重要检验手段，一定要按规定做，仔细检查。

大家知道有机热载体不能含水，如果做水压试验，水压试验后想把水分排净实际上非常困难。从目前实际的液压试验及检验的情况看，有机热载体炉安装或重大修理后和检验周期中的液压试验，宜采用有机热载体作为试压介质进行液压试验。

直接用循环泵或补油泵做试压泵，有可能循环泵或补油泵做试压泵的试验压力(扬程)达不到有机热载体炉名牌标定的1.5倍工作压力，这时以泵在试验中的有机热载体炉(扬程即试验中所能达到的最高试验压力)除以1.5倍后所得到的压力值，作为有机热载体炉的最高工作压力。这种方法简单易行，完全可以满足安全性能要求，一般情况也可以满足使用性能要求。

3自动控制和自动保护装置的检验

《锅炉安全技术监察规程》第11.3.6条规定，锅炉及系统内气相有机热载体总注入量大于1 m3及液相有机热载体总注入量大于5 m3时，应当按照以下要求装设安全保护装置。

3.1炉膛灭火系统

火焰加热锅炉的炉膛应当配备惰性气体灭火系统。

3.2系统报警装置

①自然循环气相锅炉出口处应当装设超压报警装置；②液相强制循环锅炉的出口处应当装设有机热载体的低流量、超温、超压和低压报警装置；③火焰加热锅炉应当装设出口烟气超温报警装置；④闪蒸罐、冷凝液罐和膨胀罐应当装设高液位和低液位报警装置，闪蒸罐、冷凝液罐和闭式膨胀罐还应当装设超压报警装置；⑤膨胀罐的快速排放阀和膨胀管的快速切断阀应当设置动作报警装置。

3.3加热装置联锁保护

系统内的联锁保护装置，应当在以下情况时能够切断加热装置，并且发出报警：①气相系统内的蒸发容器、冷凝液罐和液相系统内膨胀罐的液位下降到设定限制位置时；②气相锅炉出口压力超过设定限制值时；③液相锅炉出口温度超过设定限制值时；④并联炉管数大于或者等于5根的液相锅炉，任一根炉管出口有机热载体温度超过设定限制值时；⑤液相强制循环锅炉有机热载体流量低于设定限制值时；⑥火焰加热锅炉出口烟温超过设定限制值时；⑦电加热元件金属表面温度超过设定限制值时；⑧膨胀罐的快速排放阀或者膨胀管的快速切断阀动作时；⑨系统内出现导致安全阀动作的超压报警时；⑩运行系统主装置联锁停运时。

3.4系统联锁保护

有机热载体系统的联锁保护装置，应当在以下情况时能够切断加热装置和循环泵，并且发出报警：①锅炉出口有机热载体温度超过设定限制值和烟温超过设定限制值二者同时发生时；②膨胀罐的低液位报警和快速排放阀或者膨胀管的快速切断阀动作报警二者同时发生时；③全系统紧急停运时。

3.5液相系统的流量控制阀

液相有机热载体系统的供应母管和回流母管之间，应当装设一个自动流量控制阀或者压差释放阀。

应依据《锅炉安全技术监察规程》检查自动控制和自动保护装置是否齐全，保证检验时这些装置动作灵敏、准确、可靠。由于循环泵停止运转而处理又不及时，已发生多起爆管事故，所以应重点检查循环泵停止运转时的自动保护装置。也应重点检查易漏缺的自动控制和自动保护装置，如：液相强制循环锅炉的出口处应当装设有机热载体的低流量、超温、超压和低压报警装置等。

4循环泵及阀门检验

两台循环泵上的介质进出口均应装截至阀，出口宜装止回阀。这是因为运行时便于解列检修循环泵，止回阀的主回流要作用是防止备用泵上的阀门忘关而行成短路，使大量的介质从备用泵短路回流，受热面中介质流速大幅下降引起超温。在检验时应充分注意到这一点。

5膨胀器、膨胀管和停泵故障冷却管路检验

膨胀器是强制循环的液相炉及系统中的重要安全装置。膨胀器有多种作用；储存液相炉及系统中的有机热载体受热膨胀量；向系统补充有机热载体；液相炉启动升温过程中排除液相炉和系统中的气体；突然停电时可以利用膨胀器中的冷介质置换液相炉中的热介质。

液相炉的膨胀器一般是通大气的容器，当其中的介质温度超过70 ℃时，介质极易氧化变质。因膨胀器一般装在10 m以上高度，建议在膨胀器上装一远传温度计，并引到操作地点以便监控。

《有机规》第二十一条规定，“膨胀管需要转弯时，其弯曲角度不宜小于120°”。若弯曲角度不够，将会影响介质中的气体顺利的逸出，影响运行安全。这也是检验中常遇到的问题或缺陷。发现膨胀管弯头明显弯曲角度不够时，应要求其整改。

故障冷却管路是由有机热载体炉介质出口引到低位油槽的管路，打开该管路上的阀门，可利用高位油槽存储的介质和重力压头，将有机热载体炉内的介质通过故障冷却管路顶入到低位油槽中，实现停泵时对机热载体炉受热面的临时冷却。个别有机热载体炉系统就没有安装该管路，检验时应特别注意此事。

6设计结构欠佳，易导致部分受热面超温

有些盘管式液相有机热载体炉的介质出口集箱布置在炉膛的中上部，从事故中发现这种炉型有两个缺点：一是出口集箱下部受火，集箱受火部位易发生过热变形。二是两路对流管在出口集箱内以口对口的形式相对汇集，行成了对冲阻力，当一路管子阻力增加或流量减少，在对冲阻力的作用下，造成阻力分配失衡，使该管流速形成恶性循环式的下降，导致管壁过热。内部检验或检修时应特别注意这些部位。

7有机热载体不合格导致受热面积碳超温

按GB24747《有机热载体安全技术条件》规定，“对使用中的有机热载体每年应对其残碳、酸值、黏度、闪点、水分、5%低沸物的溜出温度等进行分析。当分析不合格时，应更换热载体或对热载体进行再生。”有机热载体品质不合格导致受热面积碳超温，这早已是不争的事实。目前市场上仍有不少的劣质导热油(有机热载体)流通，在这方面又缺少法律法规的监管，作为检验人员只能督促有机热载体炉使用单位建立和执行有关制度，检验时按照按GB24747《有机热载体安全技术条件》的规定检查使用单位的有机热载体检测报告是否符合要求；使用单位管理人员也应按相关要求对有机热载体品质加强使用管理。

8有机热载体炉使用中严禁介质超温

《锅炉安全技术监察规程》规定，“有机热载体的最高工作温度不应当高于其自燃点温度，并且至少低于其最高允许使用温度10 ℃，燃煤锅炉或者炉膛辐射受热面平均热流密度大于0.05 MW/m2的

锅炉，有机热载体的最高工作温度应当低于其最高允许使用温度20 ℃。”

有机热载体的最高工作温度与其自燃点之间的温差与系统的操作安全性直接相关。如果有机热载体的工作温度高于其自燃点，在系统运行中发生泄漏的时候，泄漏出来的有机热载体容易发生自燃并可能引发火灾。反之，则能降低有机热载体泄漏后引发火灾的可能性。

有机热载体的热稳定性试验数据证明，其工作温度每上升10 ℃，由于热裂解原因造成的有机热载体变质率会在其原有变质率的基拙上增加1倍。为此，对于已确定热稳定性的有机热载体，当其在不同热流密度的传热条件下工作时，应当根据所承受最大热流密度的情况，对有机热载体的最高工作温度预留不等量的温度安全裕量，以确保其在长期高温工作条件下的安全性。根据良好的工程经验，在辐射受热面平均热流密度低于0. 05 MW/m2的情况下，将有机热载体的温度安全裕量确定在10 ℃以上是相对安全的，而且是合理和经济的。对于燃煤锅炉及炉膛辐射受热面平均热流密度大于0.05 MW/m2的情况，由于燃料的燃烧特点及锅炉结构布置的限制，使得炉膛辐射受热面的热偏差较大，造成锅炉内有机热载体温度分布不均匀，因而此类锅炉的有机热载体的温度安全裕量应当增加至20 ℃以上。

所以，有机热载体炉使用中，必须控制其介质出口最高工作温度低于其介质最高允许使用温度20 ℃。

上述八个方面的问题是笔者认为与引发事故有关的且容易忽略或提请注意的问题。检验中除关注这些问题外，还要全面执行有关安全技术规范。文章有误之处敬请读者批评指正。