有机热载体锅炉常见事故分析及预防措施

2011-02-14赵淑珍

装备制造技术 2011年10期

赵淑珍

（山东省特种设备检验研究院菏泽分院，山东菏泽274000）

有机热载体炉是以煤、油、气体、电为燃料，以导热油为介质，利用循环油泵，强制液相循环，将热能输送给用热设备后，再返回加热炉重新加热的特种工业炉。其具有高温、低压、安全、高效节能、无需水处理设备等优点，近年来被广泛应用于石油、化工、制药、纺织印染、轻工、建材等工业领域。但由于炉内有机热介质具有高温、易燃的特性，在运行中因管理或操作不当而酿成的事故时有发生。笔者总结了有机热载体炉运行中常见的安全事故，如炉管的堵塞、鼓包、爆管，锅炉的超压、爆沸、爆炸，管道泄漏、火灾、循环系统故障等，并对这些事故的原因进行了分析，给出了相应的防范措施，以确保此类锅炉的安全运行，减少事故的发生。

1 炉管堵塞、鼓包、爆管事故

主要的原因分析和防范措施如下：

（1）使用品质不符合国家标准的劣质油或再生油，油中残碳指标大大超标。导热油在加热运行过程中，会发生一些化学变化，而生成少量高聚合物，同时也会因局部过热生成焦炭，这些高聚合物和残碳不溶于油，而悬浮在油中，运行中这些物质可能会沉积在锅筒底部而过热鼓包，或沉积在管壁上而过热爆管。

因此，应定期对导热油取样分析，及时掌握油的品质变化情况，分析变化原因。定期补充新导热油量，使其残油量基本得到稳定，加入锅炉中的导热油，必须预先煮过，以排除水分，发现问题，应及时采取相应措施。导热油系统应定期进行彻底清洗，清除管壁内的积碳，以降低炉管阻力。

（2）导热油氧化。导热油与空气中的氧气接触，发生氧化反应，生成有机酸并缩聚成胶泥，使粘度增加，不仅降低介质的使用寿命，而且造成系统酸性腐蚀，影响安全运行。导热油的氧化速度与温度有关，在70℃以下，氧化不明显，超过100℃时，随着温度的升高，有机热载体对金属的腐蚀性会增强，氧化会加剧。长期运行使有机热载体逐渐老化，受热面管壁积碳不断增加，当达到一定值时，管壁会过热、变形、爆管。

避免导热油氧化的措施，通常是设置高位膨胀槽，用以隔绝高温热载体直接与空气接触。高位槽可充氮保护，无充氮保护的，应保持一定液位，并装有最低液位报警器。

（3）出口温度超温。有的企业采取提高出口温度的办法，保证供热量，结果使出口温度接近甚至超过热载体的最高允许使用温度，从而加重用热设备内部的结焦、结垢程度，使散热器传热效率更低，形成恶性循环，直到炉管爆破。

因此，加热炉进液口和出液口上必须装有测温仪表，并设有超温报警装置。应控制热载体炉出口处的最高油温比热载体的工作温度低约30℃，以防止导热油在使用过程中过热分解变质。

（4）管内介质流速过低。导热油在炉管内流动时，会形成边界层，流速越慢，边界层越厚，该处介质温度与主流温度之差越大，会造成管壁超温，加速导热油变质、失效，最终导致过热引起鼓包、爆管事故。

《有机热载体炉安全技术监察规程》规定，为了防止液相炉中有机热载体过热分解与积碳，必须保证受热面管中有机热载体的流速，辐射受热面不低于2 m/s，对流受热面不低于1.5 m/s。这样，根据流体力学原理，流体就能在管内呈湍流状态，就能获得较薄的边界层，介质在管内就不会因超温过热而产生残碳、堵塞管径，造成管壁过热等事故。

（5）附属设备选用、操作不当。导热油过滤器选用不当，过滤器网过粗，而较小的结焦物未能滤出，而沉积在锅筒底部或受热面管壁，致使超温过热。

循环油泵工作不正常，打不起压力，致使介质在炉管内停滞造成过热而爆管。或者是停炉后，未按规定吹扫，油泵即刻停止转动，而炉内油温还在较高温度以上，致使油质变坏，产生结焦甚至造成鼓包或爆管。

因此，应根据系统的热载体用量和阻力降的要求，选用合适的循环泵，保证循环泵的流量、扬程与锅炉匹配，保证介质在管内的流速，避免事故后患。

2 超压、爆炸、爆沸事故

（1）在启动过程中，随着有机热载体的加热，溶解在其中的其他气体或水分逐渐分离出来，可能造成超压事故。我国曾发生过多起气体炉的超压爆炸事故，原因就是在启动加热升压时，联苯中含有水分，水分迅速汽化，导致炉内压力急剧上升到无法控制的程度，引发超压爆炸事故。

（2）燃油燃气的有机热载体炉，常常由于阀门关闭不严或吹扫时间不够，使燃油燃气进入或残存在炉膛中，遇明火而引起局部爆炸事故；或者由于没有装设熄火保护装置或装置失灵，熄火后，未能及时切断燃料供应，使油气继续进入炽热的炉膛，引发炉膛爆炸。对于热功率≥2.8 MW的锅炉，没有装设点火控制程序或程序失灵，由于操作失误，使点火前油气进入炉膛，引起炉膛爆炸事故。

（3）爆沸事故的发生，多是由于启动过程中温升速度太快，蒸发出来的大量水蒸汽夹带着导热油冲出膨胀器，而造成溢油、爆沸事故。

因此，应严格控制热载体液相炉中的水分及其他组分，在点火启动时，要反复打开排气阀，以排净有机热载体炉中的空气、水与有机热载体混合蒸汽。在启动过程应注意控制导热油升温速度。对于燃用油气的有机热载体炉，应设置炉膛熄火保护装置和点火程序控制装置（热功率≥2.8 MW时），并要保证这些装置灵敏可靠。

3 管道泄漏、火灾事故

（1）因制造安装品质差，施工焊缝品质存在缺陷，或是炉内受热面管材选用不当，导致热媒输送主管焊缝部分脱落，致使大量导热油外漏。

（2）热介质在超温情况下大量汽化，引起管道振动甚至损坏而致使大量导热油外漏。

（3）有机热载体炉从停用到运行的过程，由于温度变化大，法兰间易松动，常见渗漏现象。

（4）导热油渗透性较强，特别是法兰垫片处较为严重，在空气存在条件下，循环液体和管道热量将热传导液加热，并逐渐氧化，使保温区被引燃而造成失火，热传导液漏到正在加热的系统中，而其工艺原料是易氧化的从而造成火灾事故。

因此，安装时要选有资质的公司安装，管道连接以焊接为好，适当辅以法兰连接，不得采用螺纹连接，法兰连接时，应采用金属网缠绕石墨垫片或膨胀石墨复合垫片。

管道系统中所有密封件，应选用具有良好密封性和阻燃性的柔性和金属缠绕制品，切忌用含有橡胶成分的密封件。所有与热载体接触的附件，不得采用有色金属和铸铁制造，钢管应采用20号钢无缝管，紧固件尤其主回路上的连接螺栓采用35号钢较为妥当。温度升高至200℃以上时，系统法兰连接处可进行热紧固。保温材料应采用空隙度小且不易受有机热载体浸泡的材料，以防有机热载体发生泄漏后，易造成保温层着火。

安装竣工后应对所有管路进行严格的压力试验，直到不渗漏为止，导热油在系统管路中循环不应少于60 min，确认一切正常之后，方可点火。一旦发生管壁漏油现象，应紧急停炉。把火焰和导热油立即隔离开。

4 循环系统故障事故

主要指意外停电、停炉时操作处理不当，而引起的循环系统事故。燃煤导热油锅炉在正常使用时，遇突然停电，此时循环油泵停止工作，流速等于零，而炉管的油温和炉膛的余热作用，会使热介质温度在1～2 min内就会超过允许值，如此积累久了，热介质因裂解、积碳而导致炉管结焦、过烧，进而引发爆管事故。

停炉操作时，循环泵停运联锁装置缺失或失灵，导致炉管和导热油温度迅速升高，炉管不能及时得以冷却而发生爆管事故。

因此，在意外停电时，应迅速打开冷油置换阀门放油，把膨胀槽的冷油，经过炉内，自流至储油槽内，但是放油不能太急。同时进行湿煤压火或打开所有炉门，立即消除炉内剩余的燃煤，让大量冷风窜进炉膛内，迅速降低炉温，消除热源，此过程应在5 min内完成。有条件的单位，可设置双路电源，如设置小型汽油发电机，其电路与循环油泵电路互为切换，从而防止停电短时间内油温超高而酿成事故。

正常停炉时，循环泵要继续运转一段时间，打开旁路，以使导热油继续流动，停止送风、引风，待油温降至100℃以下时，循环油泵方可停转。

对于强制循环液相加热炉，必须装有备用循环泵，并保持性能良好。运行中，要保持循环油泵、储油槽的清洁，随时清除表面上积聚的油垢和灰尘，严防其被外部飞火引燃成灾。要保证循环泵停运联锁装置的性能灵敏、可靠。