对有机热载体炉设计、制造、检验过程的控制与分析

包贵林

（江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院，江苏南通226001）

有机热载体炉是一种新型的特种锅炉，具有低压高温工作特性，随着工业生产的发展和科学技术的进步，有机热载体炉得到了不断的发展和应用。从介质的形态可分类为：液相炉和气相炉。所有气相炉均是承压的，而液相炉则分为承压（注入式）与不承压（抽吸式）两种型式。

与蒸汽锅炉相比较，考虑到有机热载体炉的结构、介质、使用要求等因素，对设计、制造、检验等环节的有效控制，是有机热载体炉的质量保证、安全运行、发挥经济效益的先决条件。本文仅对此做了分析与论述。

1 有机热载体炉的设计

有机热载体具有易渗漏、易燃的特性，防止泄露、避免发生火灾是有机热载体炉的主要问题所在。有机热载体炉的元件不论受压与否，均应该按照国家锅炉计算标准（目前我国现行锅炉强度计算标准包括：《水管锅炉受压元件强度计算》和《锅壳式锅受压元件强度计算》）进行计算。但其设计计算压力选取确与蒸汽锅炉选取有所区别，蒸汽锅炉设计计算压力选取一般是额定工作压力，而有机热载体炉则应为工作压力加0.3 MPa，且不低于0.59 MPa，计算公式及其他参量的选取、系数的确定都应按相应标准执行。

另外，有机热载体炉设计时，同蒸汽锅炉设计一样，还要考虑到具有一定的弹性，要保证有机热载体炉各部分在运行中能够自由膨胀。有机热载体炉运行中受热就会膨胀，如果受热元件不能自由膨胀，则温度每升高1℃，就会产生较大的热应力，从而引起受热元件的损坏，甚至能造成锅炉事故的发生。因此，在进行有机热载体炉设计时，应分别对有机热载体炉部件本身结构及整体结构上进行考虑自由膨胀因素。

2 材料的选用

有机热载体炉的工作条件较差，受热面元件不仅受火焰、烟灰作用，还承受一定的压力和有机热载体介质作用，因此应选用锅炉专用优质钢材，不得采用铸铁或有色金属。

铸铁是脆性材料，而脆性材料不能用于承压元件；另外与钢材比较，铸铁的金相组织比较疏松，有机热载体在高温的工作条件下易渗漏。而有色金属材料与有机热载体接触时，有色金属分子会自动向有机热载体介质中扩散，会起催化剂作用，在高温条件下加剧有机热载体起化学反应，从而导致有机热载体加速老化、变质，缩短有机热载体的使用寿命，且能造成受热面过热；另外，有机热载体介质对有色金属也有腐蚀作用，影响炉的安全运行。因此，不仅在我国，在国外的有关规范标准也均明确规定，有机热载体炉不准采用铸铁和有色金属进行制造。

目前，有机热载体炉受压受热元件采用的材料主要有GB713-2008中的Q245R和Q345R，钢管常用20#锅炉专用优质无缝钢管。另外非受火焰接触的受压元件材料常用Q235B普通优质钢。

3 载体的焊接

（1）管子与锅筒、集箱、管道应采用焊接连接。有机热载体具有易渗透、易燃的特性，因此对有机热载体炉整个产品的密封性有较高的要求，由于胀接或螺纹连接在结构上存在缝隙是无法避免的，密封性不如焊接好，因此管子与锅筒、集箱、管道应采用焊接连接，不得采用胀接或螺纹连接。

（2）焊接方法的选择要求。同样是由于有机热载体的易渗漏、易燃的特性，防止产生有机热载体炉的渗漏、燃烧而引起的火灾事故，因此要保证有机热载体炉的焊接质量。锅筒筒体的纵缝、环缝及封头的拼接必须采用埋弧自动焊，当受工装限制时锅筒最后一道环缝的内侧允许采用手工电弧焊；有机热载体炉的受热面管的对接焊缝应采用气体保护焊接。

（3）焊接工艺的编制与执行。根据《有机热载体安全技术监察规程》的焊接要求，编制出科学、合理的焊接工艺，制造焊接过程严格执行所规定的焊接工艺，保证产品的质量。

4 焊接检查试板制备与焊接接头的力学性能试验

对于气相有机热载体炉，批量生产的锅筒每10台做1块（不足10台也做1块）纵缝焊接检查试板。试板制备及力学性能检验可参照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的要求。

对于液相炉的锅筒及管子、管道对接接头，可免做焊接检查试板，主要是考虑到液相炉本身承受的压力就比较低，而且《有机热载体炉安全技术监察规程》对于有机热载体炉的焊接方法做出了明确的规定，以及对焊接工艺评定也提出较高的要求：按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的规定执行，因此焊接质量是可以得到保证的，所以可免做焊接检查试板。

5 外观的检测

与蒸汽锅炉外观检测要求一样，有机热载体炉受压元件的全部焊缝（包括非受压元件与受压元件的连接焊缝）应进行外观检查，表面质量要求可参照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》，具体要求为：

（1）焊缝外形尺寸应符合设计图样和工艺文件的规定，焊缝高度不低于母材表面，焊缝与母材应平滑过渡；

（2）焊缝及其热影响区表面无裂纹、夹渣、弧坑和气孔；

（3）锅筒（锅壳）、炉胆和集箱的纵、环焊缝及封头（管板）的拼接焊缝无咬边，其余焊缝咬边深度不超过0.5 mm，管子焊缝两侧咬边总长度不超过管子周长的20%，且不超过40 mm。对于焊接的受热面管子，还应按JB/T1611《锅炉管子技术条件》进行通球试验。

另外，焊缝表面夹渣清理工作，往往是很容易被人们忽视的。如果夹渣未能清理干净，有可能妨碍其他缺陷的检出及定性。曾监检过一台气相有机热载体炉，做水压试验时，刚开始管子与锅壳的角焊缝处的夹渣未能清理干净，最初并没有发现异常情况。后要求对那些残留的夹渣彻底清除后，就发现有一处冒处一丝极细的水束。就是由于残留的夹渣未能清理干净而妨碍其他缺陷的检出。《有机热载体炉安全技术监察规程》上，对锅炉主焊缝的焊接和无损探伤，有着明确的要求规定，这些焊接接头的质量有很好的保证；而其他的焊接接头，如上述所举例的焊接接头，确不能像主焊缝一样能保证质量。因此，对这些焊接接头外观检查时，就需要特别在意清理夹渣等等，以保证后续的检验及水压试验能及时发现缺陷。

6 无损检测

相对于蒸汽锅炉而言，对有机热载体炉的无损检测要求则较高，就以两种锅炉的锅筒（锅壳）纵环缝及封头拼接焊缝探伤检查数量为例分析（见表1）。

表1 有机热载体炉与蒸汽锅炉的锅筒（锅壳）纵环焊缝及封头拼接缝探伤检查数量比较

考虑100%超声波加25%射线探伤，完全可以查出焊缝中存在的缺陷，达到安全要求，又可以降低生产成本。制造单位制造有机热载体炉可根据实际情况，对这两种方法任选其一。

对于受热面管的对接接头的探伤，是按受热区域来区分的，根据受热情况不同分别提出要求：辐射段不低于接头数的10%，对流段不低于5%。抽查不合格时，应以双倍数量进行复查。

另外，《有机热载体炉安全技术监察规程》未规定的，气相炉可参照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》，液相炉可参照《热水锅炉安全技术监察规程》。

7 水压试验与气密性试验

耐压试验是对锅炉质量进行综合性考核，可以防止带有严重质量问题或缺陷的容器投入使用。有机热载体炉的水压试验与气密性试验的试验压力值是以额定工作压力来确定的，不是以设计计算压力来确定。

整装出厂的有机热载体炉同蒸汽锅炉一样，在产品制造完后，都需进行水压试验，试验压力以1.5倍工作压力选取，水压试验后应将水分排尽。另外，对于对于整装出厂的气相有机热载体炉还应按工作压力进行气密性试验，进一步检查非焊接部位密封情况，以防止有机热载体泄露而发生火灾等。

8 结束语

对设计、制造、检验等环节的有效控制，是有机热载体炉的质量保证，是设备安全投入运行、发挥经济效益的先决条件。上述任何环节的失控，都可能产生安全隐患和发生事故，危及人民生命财产安全。制造单位要建立规范的质量保证体系，并良好运转，严格遵守法规、标准，编制科学、合理的制造工艺指导生产，确保产品质量优良。

[1]劳动部文件劳部发（1996）276号，蒸汽锅炉安全技术监察规程[S].

[2]劳动部文件劳部发（1993）356号，7有机热载体炉安全技术监察规程[S].