液相有机热载体锅炉在工业生产中的安全使用分析

赖华杭

摘要：液相有机热载体锅炉在现代工业生产中发挥着至关重要的作用，如何合理、高效的使用有机热载体锅炉，直接关系到工业生产的安全和经济效益。笔者通过对液相有机热载体锅炉的工作特性，就如何发挥好液相有机热载体锅炉在现代工业生产中的安全使用进行分析。

关键词：液相有机热载体锅炉  安全使用  工业生产

液相有机热载体锅炉是一种以热传导液为加热介质的、常在高温环境中运行的新型特种锅炉。有机热载体的温度一般超过300℃，在低压高温的条件下可保持稳定的运行状态，并且可均匀受热，温控精确，膨胀系数低，具有低压高温的工作特性。近年来，在科技的推动下，工业生产突飞猛进，液相有机热载体炉在工业领域的应用越来越广泛。就目前来看，该锅炉设备在龙岩市的保有量也呈快速上升的趋势。它虽然是低压力运行，但由于炉内温度高，热传导液易渗漏，在高温环境下易燃易爆，不仅伤人性命，还会造成经济损失。因此，为了杜绝人员伤亡事故发生，运行管理部门一定要严格遵照运行规程对液相有机热载体炉加强管理。

1 液相有机热载体锅炉的运行管理

1.1 运行前的准备

有机热载体在运行之前，首先要对整个工作系统进行一次全面的检查。检查设备、电器仪表及整个工艺管道安装是否完善，系统管线是否进行了气密性试验，是否用干燥空气进行了彻底的吹扫干净。

1.2 液相有机热载体锅炉的调试工作

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冷态调试是有机热载体按要求注入系统后在常温下进行的，冷态调试的循环时间一般不少于4h。调试的过程中，应打开高位槽放空阀，经常开启管道放空阀，不断排出空气，直到循环泵出口压力表及系统压力表平稳显示，并检查系统有无泄漏和阻塞现象。并进行低液位、低压差、低流量报警、温度控制等试验。调试过程中应清洗过滤器1-2次。

热态调试是从点火开始直到有机热载体温度升到所需工艺温度的过程。此过程反映了整个系统的运行情况。

1.2.1 烘炉

烘炉时循环泵应保持运转，油温控制在100℃以内，并缓慢升温，尽量做到升温均匀，防止升温速度过快使炉墙开裂、变形，并应时刻注意炉墙有无开裂、塌落等现象。烘炉时间与炉墙结构、干湿程度有关。若炉墙潮湿，气候寒冷，特别是在雨季，烘炉时间还应适当延长。此外，烘炉时间还与炉型大小有关，至少不低于烘炉曲线图的要求。

1.2.2 脱水排气过程

烘炉后，锅炉持续升温，升温速率大概为每小时10℃。当炉温升高到80～100℃时开始脱水，热载体和管线中的水分逐渐蒸发，从热载体中逐渐分离开来，通过高位槽和低位槽的排空口排出。与此同时，高位槽和低位槽内的油也持续升温，运行压力失稳。当温度升高到100～120℃时，是脱去系统内残存水份和有机热载体所含微量水份阶段，工作压力的波动幅度增大，同时高位膨胀槽放空管处排气量加大，循环泵偶尔吸空。在此运行阶段，水分大量蒸发，有机热载体中低挥发物逐渐气化。通常6～8h完成脱水，最长也不超过12h。

1.2.3 升温阶段

脱水排气后，锅炉持续升温，大概每小时升高30℃。在这一过程中，运行人员要时刻关注是否有残余水分蒸发，发现炉内压力过高时，须适当降低炉温。当炉温升高到210～230℃时停止升温，使热载体中轻组分自然脱离。轻组分能够降低闪点，在有渗漏的情况下有爆燃的危险。这种物质通常以气相存在于导热油中，会造成阻气，使循环油泵泵压失稳，流量中断或急剧下降。一般情况下，有机热载体的质量、牌号与轻组分脱离的效果息息相关。当放空管中气体排出，循环油泵泵压恢复平稳，锅炉就能继续升温，一般每小时温度可提高10℃，将温度升至额定工作温度。从210℃直至热载体运行温度是在脱气结束后进行，温度持续升温，每小时可达到40℃。在这种情况下，运行人员必须对各测量、控制仪表的工作状态进行检查，重点查看锅炉、供热系统、各配套辅机设备是否正常运行，是否符合生产要求。

2 运行期间对有机热载体的合理取样与检测

有机热载体长期在高温环境下，会发生分子内碳链的断裂，导致化合物发生分解，产生气体、低分子化合物及自由基。自由基又能与其他分子发生聚合而产生高聚合物，使热载体逐步发生劣化，形成焦质附着在加热炉管壁上，从而降低其传热效率，带来安全隐患。因此，在运行期间必须对有机热载体进行定期检测，并选择能反映出有机热载体实际特性的动态过程处取样。取样检测时间根据所使用的热载体的种类和使用温度来决定。

3 液相有机热载体锅炉常见安全问题分析

3.1 不同类型的有机热载体混用

把不同牌号的有机热载体混用的现象也常有发生。因为不同牌号的有机热载体有不同的化学物理特性，各生产单位在对基础油进行加工成有机热载体产品时往往需要加入一些添加剂，比如抗氧剂等，不同牌号有机热载体混用会使其产生化学物理变化，影响传热效果，浪费能源，更为严重的是有可能产生导热油事故安全隐患。

3.2 空气和水份进入系统的安全隐患

在换油、注油和维修过程中带入了水和空气。随着锅炉不断升温，被带入的空气逐渐膨胀，水分缓慢蒸发，体积逐渐膨胀，甚至超过了油本身遇热膨胀（相对压力为零时，水蒸发体积膨胀约1654倍，空气在升温270℃的情况下约5倍）系数。如果不及时排掉这些水和空气，就会在一定程度上提高锅炉运行压力，使炉内压力失稳，并且会导致膨胀槽不断升温，油进入膨胀槽和低位槽，引发灾难性后果。

3.3 突然停电、循环泵无法工作的隐患

当发生突然停电时，对于液相有机热载体锅炉虽然可以用高位膨胀槽中温度低于70℃的有机热载体对炉管内的高温有机热载体进行置换，目的是保护炉管和有机热载体。

但是，因炉膛蓄热量大，在短时间内热量无法迅速降低。炉墙的高温辐射，一方面会使置换排进低位槽的有机热载体温度高于70℃，甚至超过100℃，这样，在低位槽中的有机热载体就会造成高温氧化变质。另一方面高位槽的有机热载体会出现供油不足，加上炉膛余温居高不下的情况，很容易造成炉管内的导热油因超温而变质和炉管变形损坏。

3.4 管道法兰或阀门间的泄漏隐患

导热油一般会在管道法兰或阀门连接部位泄漏。前文已提及，锅炉是高温低压运行，导热油在高温条件下渗漏后易燃易爆，若不及时处理就会导致灾难性的后果。锅炉设备从停用至运行过程中逐渐升温，温度变化较大，法兰或阀门间极易松动，出现油渗漏的情况。因此，要求运行人员必须提前检查法兰紧固件，及时处理松动的固件，防止锅炉运行时油泄漏，甚至喷射。

3.5 自动控制系统失效隐患

当前，液相有机热载体锅炉一般采用高位膨胀槽液位示控及联锁装置、超（差）压报警及联锁装置、超温报警及联锁装置、循环泵停运联锁装置实施自动控制。以油、气为燃烧材料的锅炉系统，必须配设点火程序控制装置（热功率≥2.8MW时）和炉膛熄火保护装置，提高锅炉的安全系数。但是不得不承认，有些使用单位缺乏安全意识，为了节省锅炉运行成本，即使锅炉配设了保护装置，实际运行时基本失效，形同虚设。其中，膨胀槽液位示控及联锁装置、循环泵停运联锁装置失效的情况较为多见。当膨胀槽液位示控及联锁装置失效时，油一旦渗漏，就会使膨胀槽液位下降。液位比系统设定值低时，系统自动预警，若司炉人员未察觉，一旦液位预警失效，外部空气会随着液位的降低而被带进系统，对系统的安全运行状态产生威胁，严重时会引发火灾。

4 安全、高效使用液相有机热载体炉的措施

液相有机热载体炉在运行中的危险不在于发生爆炸，而在于有机热载体渗漏引发火灾。近几年，液相有机热载体炉在工业领域的应用越来越广泛，安全事故也比较多见。针对液相有机热载体炉在生产中频繁出现的爆管事故，结合以往的事故教训，笔者提出一些液相有机热载体炉在工业生产中安全使用的具体措施。

①特种设备使用单位必须加强安全知识的学习，提高安全责任意识，提高管理水平，学习国家有关特种设备的法规和技术规程。这样一来，运行人员在选择导热油时，就会根据设备的技术特点和工艺流程来选择温度和性价比较高的材料，而不只看价格和使用温度。

②控制有机热载体的流速。锅炉中导热油流速越慢，边界层就越厚，该处的介质温度就会与主流体之间形成温度差，继而造成管壁因温度过高使导热油快速变质。

③控制有机热载体的使用温度。要避免导热油迅速劣化，除了控制其流速，还要按运行要求严格控制其温度。当设备突然断电，或突发故障紧急制停时，立即将冷油置换阀门打开，用高位膨胀槽中的低温有机热载体换掉炉内盘管中高温有机热载体至低位槽内，并且适当降低炉内温度。

④加装取样口并定期取样检验导热油的油质，若油质有变化，就深入分析油质变化的成因。参照运行规程，定期监控粘度、闪点、残炭、酸值等技术指标。选择有代表性的导热油取样送检。不建议从低位槽、高位膨胀槽、液面计等处取样送检，因为这些部位的油与实际循环系统中油存在差别，检验结果不准确，不能准确的反映系统中导热油的品质情况。定期适当补充同一厂家生产的同一牌号的导热油，使其残炭基本稳定。加入系统中的热载体油必须预先充分脱水。

⑤增设手动补油泵或发动机带动的备用油泵。当突然停电或注油泵发生故障时，可以通过手动补油泵或发动机带动的备用油泵把低位槽中的有机热载体注入高位膨胀槽，满足有机热载体液相炉的冷却置换需要。

⑥严格对液相有机热载体锅炉的在用定期检验。定期检查各个监测仪表，及自动控制系统的联锁装置，使其灵敏、准确、可靠;对整个系统的安全运行进行符合性的验证;确保液相有机热载体锅炉在设定好的自动控制系统下安全运行。

在此，建议使用单位应严格按锅炉安全操作规程加强运行管理，制定一套符合现场运行条件的设备操作规程，明确锅炉设备启停、运行注意事项，并就运行阶段可能存在的故障点进行全方位的技术交底，所有现场运行人员一律持证上岗，尽可能在保证安全的前提下提高锅炉设备运行的经济效益。

参考文献：

[1]GB24747-2009，有机热载体安全技术条件[S].

[2]白坤江，侯建波.有机热载体的选择及其应用[J].河北化工，2004（5）.

[3]赵淑珍.有机热载体锅炉运行中常见的几个安全隐患[J].设备管理与维修，2012（2）.