RBI技术在有机热载体锅炉上的应用

詹叶玉生姚立纲

(1．福州大学机械工程及自动化学院 福州 350108) (2．厦门市特种设备检验检测院 厦门 361004)

RBI技术在有机热载体锅炉上的应用

詹叶玉生1，2姚立纲1

(1．福州大学机械工程及自动化学院 福州 350108) (2．厦门市特种设备检验检测院 厦门 361004)

本文应用基于风险的检验（RBI）理论全面研究有机热载体锅炉运行安全隐患的各种相关因素，对有机热载体锅炉和系统进行风险评价分析。根据有机热载体的物理特性、化学特性、劣化原因和危害机理，研究在用有机热载体监测指标的变化关系，对在用有机热载体进行风险监测、风险评价，为有机热载体锅炉安全运行提供可靠的理论依据。

有机热载体锅炉 风险评价 RBI

有机热载体锅炉本身存在着许多安全隐患和风险因素，应用RBI对有机热载体锅炉进行风险评价，能够事先找出有机热载体锅炉存在的事故隐患和危险因素，制定隐患整改和安全措施，科学、合理、高效地做好有机热载体锅炉的安全经济运行工作。

1 RBI的相关概念及表述

基于风险的检验（RBI，risk-based inspection）:以设备损坏而导致的介质泄漏为分析研究对象，主要研究承压类设备的风险评估和风险管理过程[1-3]。

有机热载体锅炉泄漏时危险性极大，应用RBI技术在有机热载体锅炉中应用，具有重大意义。

风险主要具备客观性、普遍性、不确定性、损失性等基本性质[1-9]。

风险评估：定性和定量分析锅炉系统发生事故的危险性，评价锅炉系统发生事故的可能性和程度，实现锅炉系统最小事故率、最小损失和最佳效益[1]。

风险评价目的：科学评价锅炉系统，保证锅炉系统的可靠性，避免事故发生，以安全与经济为目的[1]。

RBI的意义：提高锅炉系统管理水平保障设备安全可靠，考虑锅炉系统检验成本和停产损失[1]。

由于锅炉系统是一个包含人员、设备、环境、管理等许多因素的复杂的特种设备系统，各种因素难以具体量化，定性方法便可大致了解系统的安全程度，从而找出有机热载体锅炉存在的事故隐患和危险因素，制定隐患整改和安全措施，是目前锅炉系统安全评价更为切实可行的方法。

有机热载体锅炉安全的基本特征：

1）泄漏、燃烧、火灾、爆炸等。

2）有机热载体劣化、变质。

3）连续可靠运行的安全性。有机热载体锅炉系统的本质安全性、安全防护装置等功能的连续可靠、有效，都需要得验证和保驾护航。

4）技术、管理与教育的有效、科学结合能为有机热载体锅炉提供安全保障。

2 有机热载体锅炉的危险及风险识别

保障安全，首先必须会识别危险，识别危险相当重要。危险识别的方法有：查阅和收集故障、事故的记录、安全检查表等。危险类型实例见表1。

表1 危险类型实例

图1 危险状态

危险状态：伤害对象与有机热载体锅炉系统的关系如图1所示。 危险状态的实例见表2。

表2 危险状态实例

伤害事件：伤害事件原因的实例见表3，伤害的实例见表4。

表3 伤害事件原因的实例

表4 伤害的实例

3 有机热载体锅炉风险分析

3.1 有机热载体锅炉风险要素评估

风险评估是对安全概念和现象进行精确的数学语言描述的过程[1]。

风险可用式（1）表达。

式中：

R——风险；

S——伤害的严重程度，见表5；

P——伤害发生的概率，见表6。

表5 伤害的严重程度[4]

表6 伤害的发生频率[4]

在对伤害发生的频率、伤害的严重程度作评估定级时，应注意下列的各种因素。

影响伤害严重程度的关键因素为：所影响对象（人员、财产、环境等）的性质，在有机热载体锅炉供热系统中可能发生伤害的范围。

影响伤害事件发生的概率的关键因素为：风险情节发生的概率，危险发生的次数和所用的时间，技术和人员因素、避免或限定伤害的可能性，系统和部件的使用时间。

评估风险的一些其它要素：安全功能的可靠性，安全保护装置失效或缺失的可能性，维持安全保护装置的能力，可预见的错误操作、破坏行为等的影响。

可预见误用和故意损坏行为包括：误操作、油品未脱水、未脱气等。

3.2 有机热载体锅炉的风险评定

先把风险的严重程度和出现概率的等级评定好，便可以评定风险的等级，见表7。例如，意外突然停电风险情节严重程度为：1-高，概率等级为：c-偶尔，则其风险等级为“1c”。

参照GB/T 16856．2—2008《机械安全 风险评价第2部分：实施指南和方法举例》来评定风险等级（三个类别）[3]，其安全措施见表8。

表7 风险等级表

表8 风险类别

4 有机热载体锅炉风险评价

有机热载体锅炉风险评价流程见图2，该流程可以系统的方法查找到与有机热载体锅炉有关的风险，在完成风险评价后，可作风险降低的工作。

风险分析为风险评定提供所需要的信息，依次对有机热载体锅炉、部件和任何相关过程的安全等级作出判断[1]。

1）风险评价目的：首先确定进行评价的目的在于消除或被足够地减轻风险。

2）建立风险评价组：评价组应有研究、开发设计、生产、维修、检验、检测和管理使用等方面具有工作造诣的学者、专家等人。

3）确定风险评价主题：先确定可能性类别，选择确定各相关因子的分值：设计、设备、环境等。然后再确定燃烧爆炸后果类别，选择确定各相关因子的分值：自燃、质量、化学、状态、压力、补偿抵消等。

4）风险情节的识别：要充分减轻风险，若因此而冒出新风险，则要重新作风险分析和评价。

提高安全的措施有：

a）修改或重新设计；b）培训、补充安全警告标志、安全装置等。

图2 有机热载体锅炉风险评价程序图

5 有机热载体风险检测

风险检测指标主要有：运动粘度、残炭、闪点、酸值、水分等，见表9。

5.1 有机热载体监测指标的变化关系

●5.1.1 闪点、运动粘度的变化

高温时有机热载体会有不同程度的裂解，闪点和运动粘度的变化幅度一般并不很大[10]。

表9 有机热载体风险检测的指标

通常，闪点与裂解产物的性质有一定的相关性，若其裂解产物是小分子的低沸物，即使其含量相当少也会可能使闪点大幅下降。容易气化的裂解产物发生闪燃时的温度当然较低，闪点的降低主要是因为有容易气化的裂解产物的存在，但还不能表明低沸物的含量的多少。开式循环系统的有机热载体锅炉一般没有安装取样冷却装置，取样时低沸物往往因气化而逸出，很少能检测到闪点明显降低。

有机热载体的低沸物的性质和含量对运动粘度的变化有一定影响作用。

闪点和运动粘度的降低都与低沸物有关，但它们之间并不存在定量的关系[11]。

●5.1.2 残炭、酸值的变化

通常，油品发生氧化后酸值就会增加。过热也会导致有机热载体裂解、残炭增多，变质、劣化程度越重，则残炭就越增多。闭式传热系统中的油品不易被空气中的氧气所氧化，其残炭和酸值劣化进程缓慢，使用时间较长，但开式传热系统的油品则残炭和酸值劣化进程较快，使用时间要大幅缩短。

5.2 有机热载体风险监测指标的判定依据

1）GB 23971—2009《有机热载体》判定依据，见表10。

表10 新有机热载体判定依据[13]

2）GB 24747—2009《有机热载体安全技术条件》判定原则，见表11。

表11 在用有机热载体判定依据[12]

这里监测结果只作为风险评估分析时的数据参考，安全警告、停止使用建议判断和处置准则见表12、表13[12]。

表12 安全警告质量问题的判断和处置[12]

表13 停止使用质量问题的判断和处置[12]

显然，新有机热载体的要求比在用有机热载体的要求严格的多，新油投用有监测严格把关时，一般没有问题。在实际应用中，已经注入有机热载体锅炉中油品多数是按照在用油处理。

5.3 有机热载体风险监测结果分析

采集厦门市在用有机热载体锅炉66个在用油样品，对每个在用油样品进行了监测，进行相关风险分析。

1）闪点（闭口）

3个油样品的闪点（闭口）处于安全警告值，有安全风险，占4．55%，见图3、图4。

2）运动粘度

1个油样品的运动粘度（40℃）数据处于安全警告值，有安全风险，占1．52%，见图5、图6。

图3 在用有机热载体闪点数据分布

图4 在用有机热载体闪点风险比例

图5 有机热载体运动粘度（40℃）数据分布

图6 有机热载体运动粘度（40℃）风险比例

3）残炭

5个油样品的的残炭处于安全警告值，有安全风险，占7．58%，见图7、图8。

4）酸值

9个油样品的酸值处于安全警告值，有安全风险，占13．64%，见图9、图10。

5）水分

1个油样品的酸值处于安全警告值，1个在停止使用值，这2个均有安全风险，占3.03%，见图11、图12。

图7 在用有机热载体残炭数据分布

图8 在用有机热载体残炭风险比例

图9 在用有机热载体酸值检测数据分布

图10 在用有机热载体酸值风险比例

图11 在用有机热载体水分数据分布

图12 在用有机热载体水分风险比例

6 在用有机热载体的风险评价

6.1 监测指标风险分析

1）闪点（闭口）

若闪点低，有机热载体蒸发率就增大，加速有毒、有害气体挥发，污染空气，还会引发火灾等事故。

当有机热载体锅炉系统发生泄漏，根据表5的风险等级，将其划分为“1-高”。

例如，有机热载体泄漏时，比较危险。根据表6的风险等级，将其风险概率划分为“c-偶尔”。闪点的风险等级是“1c”，风险类别属于“I类”，需采用保护措施减轻风险。

2）酸值

实验研究表明，若油品中存在着水分，当其酸值是1．5mgKOH/g或以上时，就会对金属产生明显腐蚀，可能导致锅炉受热面腐蚀穿孔、泄漏，会引发火灾等事故[10]。

按照表5的伤害程度分级原则，将其划分为“2-中”。按照表6的伤害发生的可能性类型分级原则，将其划分为“d-极小”。酸值的风险等级为“2d”，风险类别为“II类”，要采用保护措施减轻风险。

3）残炭

有机热载体残炭高时，锅炉受热面容易结焦、积炭，会使金属受热面超温、过热、爆管等，会引发安全事故[14]。

按照表5的伤害程度分级原则，将其划分为“1-高”。残炭增多，主要原因是有机热载体发生过热、氧化反应等所造成[10]。锅炉系统结构、运行操作、开式闭式循环系统、最高使用温度以及运动粘度变化等因素对残碳的变化有较大的影响作用。

按照表6的伤害出现的可能性类型分类原则，将其划分为“c-偶尔”。残炭的风险等级是“1c”，风险类别属于“I类”，要采用保护措施减轻风险。

4）运动粘度（40℃）

运动粘度过高，将使循环泵的运行负荷增加，同时流体流动速度将降速，将致使炉管内有机热载体劣化、变质，锅炉受热面会过烧、结焦等[15]。

根据表5的伤害程度分级原则，将其划分为“1-高”。油品运动粘度过大，将易诱发锅炉金属受热面过烧、结焦等。根据表6的伤害出现的可能性类型分类原则，将其划分为“b-很可能”。运动粘度的风险等级是“1b”，风险类别属于“I类”，要采用保护措施减轻风险。

5）水分

水分高时，有机热载体锅炉压力将骤然升高，可能会引发爆沸、火灾或爆炸事故[16]。

根据表5的伤害程度分级原则，将其划分为“1-高”。根据表6的伤害发生的可能性类型分类原则，将其划分为“b-很可能”。水分的风险等级是“1b”，风险类别属于“I类”，需采取保护措施降低风险。

通过上述分析，在用有机热载体风险监测指标等级划分见表14。

表14 在用有机热载体监测指标风险等级划分

具有严重风险的项目是：闪点（闭口）、残炭、运动粘度（40℃）、水分。

具有中等风险的项目是：酸值。

6.2 在用有机热载体风险评价

根据GB 24747—2009《有机热载体安全技术条件》及表11的质量要求进行评价，见表15～表17。

表15 在用有机热载体风险评价

表16 在用有机热载体安全检查表

表17 在用有机热载体风险量化结果

某在用有机热载体监测指标数据见表18。

表18 某一在用有机热载体监测结果

依据表17和表18可得到在用有机热载体的风险值为4．5，属于严重危险情况，需立即采取整改措施。

根据监测项目和结果对在用有机热载体的风险等级进行评价，部分评价结论见表19。

6.3 在用有机热载体风险

在用油品的风险监测，对39个使用单位采集了66个样品。主要危害来源为酸值、残炭、水分等指标处于警告值或停止使用指标。风险评价结果如下：

1）闪点（闭口）

中等风险的2个，占监测样品总数的3．03%；低风险的1个，占监测样品总数的1．52%。

2）运动粘度

低风险的1个，占监测样品总数的1．52%。

3）残炭

中等风险的4个，占监测样品总数的6．06%；低风险的1个，占监测样品总数的1．52%。

4）酸值

低风险的9个，占监测样品总数的13．64%。

5）水分

严重风险的1个，占监测样品总数的1．52%；低风险的1个，占监测样品总数的1．52%。

表19 在用有机热载体风险等级评价表（部分）

由此可见，在有机热载体锅炉日常运行中必须加强在用油品的使用监测。

能够发现较严重的问题，说明在用有机热载体的使用存在着较高的风险，建议加大在用机热载体风险监测比例，以有效地控制风险。

对中等风险的在用有机热载体，必须加强日常监测工作，使用单位必须进行再生处理提高有机热载体的性能；对严重风险的在用有机热载体，使用单位应停止使用，并更换有机热载体，督促、落实使用单位立刻对存在的问题进行整改。

7 结论

本文应用RBI技术全面研究有机热载体锅炉运行安全隐患的各种相关因素，对有机热载体锅炉和系统进行风险评价分析。

鉴于有机热载体在锅炉运行中担任重要角色，根据有机热载体的物理特性、化学特性、劣化原因和危害机理，研究在用有机热载体监测指标的变化关系，对在用有机热载体的运动粘度、闪点、残炭、酸值、水分等风险监测指标进行风险监测、风险评价分析，为有机热载体锅炉安全经济运行提供可靠的理论依据。

通过对有机热载体锅炉的科学、准确的风险评价，能够事先找出有机热载体锅炉存在的事故隐患和危险因素，制定行之有效的针对措施，提高有机热载体锅炉系统运行管理水平，预防、遏制有机热载体锅炉安全事故发生，为有机热载体锅炉的安全经济运行保驾护航。

[1] SY/T 6653—2013 基于风险的检查（RBI）推荐作法［S]．

[2] GB/T 20002．4—2015 标准中特定内容的起草-第4部分：标准中涉及安全的内容［S]．

[3] GB/T 16856．2—2008 机械安全 风险评价 第2部分：实施指南和方法举例［S]．

[4] 顾徐毅．基于风险的电梯安全评价方法研究[D]．上海：上海交通大学，2009．

[5] Fang Q，Yang Z，Hu S，et al．Formal safety assessment and application of the navigation simulators for preventing human error in ship operations [J]．Journal of Marine Science and Application，2005，4（3）：5-12．

[6] Straub D， Faber M H． Risk based inspection planning for structural systems [J]． Structural Safety， 2005， 27：335-355．

[7] Chien C， Chen C， Chao Y． A strategy for the riskbased inspection of pressure safety valves [J]． Reliability Engineering and System Safety， 2009， 94： 810-818．

[8] Chang M， Chang R， Shu C， et al． Application of risk based inspection in refinery and processing piping [J]． Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2005， 18： 397-402．

[9] Lu M， Zhao X， Luo J． In service oil and gas pipeline integrity assessment practice and progress in China[C]．Florida：The Proceedings of NACE 2003， 2003： 17-22．

[10] 王骄凌．GB 24747—2009 《有机热载体安全技术条件》的解读 [J]．中国特种设备安全，2010，26（8）：30-34．

[11] 张居光，周英，林骥华．有机热载体低沸物及其馏出温度的控制指标 [J]．中国特种设备安全，2011，27（4）：42-45．

[12] GB 24747—2009 有机热载体安全技术条件［S]．

[13] GB 23971—2009 有机热载体［S]．

[14] 黄容，张居光．在用有机热载体高温氧化劣化的产物分析 [J]．广东化工，2012，39（6）：48-49．

[15] 沈树云．循环流化床有机热载体锅炉研制[J]．沿海企业与科技，2013，（4）：24-26．

[16] 周英，叶善明，林骥华．有机热载体锅炉清洗剂的性能试验研究 [J]．中国特种设备安全，2014，30（3）：17-22．

The Application of RBI Technology in Organic Heat Transfer Fluids Boilers

Zhanye Yusheng1、2Yao Ligang1
(1. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University Fuzhou 350108) (2. Xiamen Special Equipment Inspection Institute Xiamen 361004)

The organic heat transfer fuids boiler risk assessment method based on the theory of risk-based inspection (RBI) by taking full account of the factors that affect the organic heat transfer fuids boiler safe operation was studied. According to the physical and chemical characteristics of organic heat transfer fuids, deterioration reason and harm mechanism, this paper studied the relationship among indicators of organic heat transfer fuids, monitored and assessed the risk of organic heat transfer fuids, provided a reliable theoretical basis for safety and economical operation of organic heat transfer fuids boiler.

Organic heat transfer fuids boiler Risk assessment method Risk-based Inspection (RBI)

X933．2

B

1673-257X(2016)12-0027-09

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．006

詹叶玉生(1965～)，男，硕士，科长，高级工程师，从事承压类特种设备检验检测及研究工作。

2016-05-11）