醇基燃料蒸汽锅炉的优化改造

马涛

摘 要：针对醇基燃料蒸汽锅炉使用中出现的问题，依据甲醇特性、静电产生的危害和相关特种设备法律法规，对锅炉使用中的不安全和不利于使用的问题进行了分析，提出了改造方案，切实提高了锅炉运行的安全性。

关键词：锅炉；甲醇；静电；改造

锅炉广泛使用于工业生产和人民生活，一般要求连续运行，不同于一般设备可以随时停下检修，它具有与一般机械设备不同的特点。锅炉是一种密闭的容器，其本体在高温、承压的条件下运行，工作条件恶劣，具有爆炸危险，发生事故时不仅损坏设备本身，而且损坏周围的设备和建筑，并常常造成人身伤亡。

基于锅炉设备的上述特点，保证锅炉安全运行是至关重要的。本文针对一台使用醇基燃料的蒸汽锅炉，在投入使用不久时就暴露出供油系统存在严重的安全隐患，通过对供油系统的分析和改进，锅炉的使用便利性及安全性有了明显提高。

1 蒸汽锅炉供油燃烧系统工作原理

太原机车车辆配件厂使用的锅炉是由河南某锅炉公司设计安装的一台LSS4-1.6-Y（Q）型全自动燃油贯流式蒸汽锅炉，锅炉额定蒸发量为4t/h，额定蒸汽压力为1.6MPa。现结合简图对供油系统做简要说明。

锅炉使用的醇基燃料是以醇类（主要为甲醇）物质为主体配置的燃料，它是以液体形式存在的。醇基燃料平时储存在一个30m3的密闭储罐中，储罐直埋于距离锅炉房6m远处的地下。锅炉启动时，移动式空压机首先开始工作对储罐进行加压。当储罐内部压力达到0.05～0.08MPa时，燃料被挤压出储罐，经过油管进入供应装置加压，最后燃料经锅炉顶部燃烧器雾化直接喷射到燃烧室内点火燃烧。储罐上设有安全阀，起跳压力为0.1MPa。

2 在投入运行后，发现存在以下问题。

2.1 供油方式不安全

向储罐内打压意味着向储罐内注入空气，甲醇易挥发，空气直接进入储罐内与甲醇蒸汽汇流，形成爆炸混合物，遇明火就会有爆炸的可能，设备存在着严重的安全隐患。

2.2 锅炉使用不方便

灌注燃料时，锅炉必须停炉，影响了生产连续性。

2.3 储罐使用的风险

燃料储罐是按常压容器标准制造的常压储油罐，但运行时是承压运行的，运行中还发现有超压现象，标配的压力表量程（0.4 MPa）显示为0.1 MPa，使用有法律风险。

3 问题分析

3.1 供油方式不安全的问题

工业领域中经常发生甲醇罐（车）的爆炸事故，除了人为因素外，主要的事故原因是静电和对甲醇无知无畏造成的。

醇基燃料主要成分为甲醇。甲醇的危险和危害性主要特点表现在中等毒性、易燃性、高挥发性、爆炸极限浓度范围广，沸点64.5℃，闪点12.22℃，自燃点463.89℃，蒸汽密度1.11，蒸汽压13.33KPa，蒸汽与空气混合物爆炸极限为6%～36.5%，遇热、明火或氧化剂易着火，遇明火会爆炸。

而油料在储运过程中，要发生流动、喷射、过滤、冲挤、灌注和剧烈晃动等一系列接触、分离现象，这就使油料在储运过程中产生静电。油料在油管流动输送过程中会受到摩擦、冲击、分离，由于静电荷产生速度高于泄露速度，也会积累静电荷。当静电荷产生并积累产生火花，可燃混合气体达到爆炸极限，静电放电能量达到可燃混合气体的最小点火能就会产生燃烧和爆炸。

目前的燃料储罐静电保护措施主要为罐体外壳接地，但电能释放需要一定时间，在静电产生时无法及时释放的能量就会对储罐造成安全隐患。

空压机工作时，压缩空气通过排气管进入燃料储罐，当储罐内压力达到0.08MPa时自动停机，当储罐压力降至0.05MPa时自动启动。借助空气压力，储罐中的燃料可以通过管道输送到燃料供应装置，但是这种方式忽视了静电和甲醇的危害性，进入的空气与甲醇蒸汽混合后容易形成爆炸性混合气体，稍有静电火花，碰撞火花，或者温度高点都有可能导致起火爆炸，其后果将是十分严重的。

3.2 锅炉使用不方便的问题

因为采用空压机打压储罐向锅炉提供燃料的方式，储罐加注燃料时，储罐不能保持密封状态，压力不能保持，燃料自然无法输送，锅炉也就无法运行。

目前这种单一储罐的配置，不能保证连续稳定供油，在储罐需要加注油料或维修情况下，就必须停炉，难以满足工业企业连续生产的使用要求，应增加一个中间油箱，保证连续稳定供油，不间断生产。

3.3 储罐使用的风险

燃料储罐用壁厚8mm的钢板制作，容积30m3，是根据《钢制焊接常压容器》国家标准制造的。由于采用打压供油的方式，储罐在锅炉运行时承受压力0.05～0.08MPa，有时发现会达到0.1MPa，安全阀未启动。

根据《质检总局关于修订《特种设备目录》的公告》（2014年第114号），压力容器是指盛装气体或者液体、承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积大于或者等于30L且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或者等于150mm的固定式容器和移动式容器。

《特种设备安全监察条例》第八十三条第二款明确规定“将非承压锅炉、非压力容器作为承压锅炉、压力容器使用的，由特种设备安全监督管理部门责令停止使用，予以没收，处2万元以上10万元以下罚款”。

由于储罐容积为30m3，最高工作压力等于0.1MPa，盛装甲醇液体，按国家规定，此种情况下储罐应为压力容器，触犯了国家特种设备相关法律法规，有严重的法律风险。甲醇燃料带有腐蚀性，储罐承压使用增加了储罐泄露的风险，有一定的安全隐患。

并且还有一个明显的问题，压力表选型有误，使用压力0.05～0.08MPa，压力表量程0.4MPa，压力表盘刻度极限值是最高工作压力的4倍，量程过大。压力表选型应根据设备使用压力来进行，压力表盘刻度极限值应为最高工作压力的1.5-3.0倍，最好选用2倍，表盘直径不应小干100mm。常压容器可以用0～0.16MPa量程的压力表，如果压力比较小，可采用KPa表。

4改造方案

通过上面的分析可以看出现有锅炉供油系统有严重的缺陷，不符合生产安全及特种设备安全法律法规的要求，对锅炉的稳定运行构成了严重的威胁，而且使用上也很不便利，因此必须对醇基燃料锅炉进行改造，经过优化的改造方案如下：

①取消空压机、安全阀及排气管道，杜绝空气直接进入燃料储罐内，不会与甲醇蒸汽形成可燃性爆炸气体，也就保证了使用安全。储罐内部压力平衡则由呼吸阀进行控制，自动控制罐体内外气体通道的启闭，保证储罐常压使用，这样也可以减少燃料蒸发损耗。

②在燃料储罐上增加一个输油泵，用于向锅炉供应燃料。

在改造燃料供应系统时，应重视输油泵的选型工作，直接关系到系统的稳定安全运行。加油工艺流程分为潜油泵式和自吸式两种。潜油泵利用正压推送的原理，从根本上杜绝了气阻现象，解决了自吸泵在高温环境、高扬程、远距离条件下出油少（气液两相）、环境污染等问题。潜油泵置于储罐人孔盖上安装，不需要单独建泵室，具有安装维修方便、噪声低、运行平稳、故障率低、使用寿命长等特点。2013年3月1日起执行的GB50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》6.3.5条“加油站宜采用油罐装设潜油泵的一泵供多机（枪）的加油工艺”，说明国家也推荐油罐采用潜油泵。

因此改造方案最终确定为储罐中燃料使用潜油泵输送到日用油箱。按输油管道的压力降及箱、罐间的油位差计算扬程，再结合醇基燃料的性质和流量，最终确定为YQYB-100-15-0.75型绿牌潜油泵。

在潜油泵和油罐的液位设置联动功能，在油罐内增设浮球液位开关，中间油箱的高低液位控制潜油泵的启停，燃料储罐低液位状态时控制潜油泵不启动。

同时对燃料供应装置改造，统一由锅炉控制柜控制，实现潜油泵与燃烧器连锁运行。

③在燃料储罐和供应装置中间增加一个日用油箱。日用油箱具有贮存燃料的作用，在储罐维修或加注燃料时可实现连续稳定供油，保证锅炉不间断连续运行，同时还可以起到沉淀过滤燃料中杂质和水的作用。

油箱置于锅炉房北侧室外架空放置，其最低油位应高于锅炉燃烧器进油口0.5～1.5m。日用油箱为闭式，容量约1m3，用6mm厚的钢板制作。油箱上设有进油管、出油管、回油管、溢流管、通气管等管座。出油管应高于油箱底部0.1m。出油管和回油管的管径要相同，应与输油泵的进出口管径相匹配。通气管上安装呼吸阀。油箱上采用UHC系列磁翻转液位计，与潜油泵联锁自动控制启停（当低油位时自动开泵，高油位时自动停泵）。燃料由燃料储罐先储存至日用油箱，日用油箱可以起到调节缓冲的作用，避免供油设备的不停歇运行，加大安全性及设备使用寿命。

④更换储罐上的压力表，由于储罐内为腐蚀性气体环境，所以选用了一块不锈钢型压力表，表盘直径200，量程0.1MPa。

5 结束语

按照上述方案对锅炉进行了改造，运行2个月未出现故障，通过了验证，安全性大大提升，整个系统的运行安全、稳定，达到了预期的效果。

参考文献：

[1]陶建忠.谈船舶私藏使用甲醇炉的危害及防范对策[J].中国水运，2008（1）.

[2]王培波，穆巍.工业罐体防静电技术改进探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（10）.

[3]国家质量监督检验检疫总局.质检总局关于修订《特种设备目录》的公告[Z].2014-10-30.

[4]中华人民共和国国务院.国务院关于修改《特种设备安全监察条例》的决定[Z].2009-1-24.

[5]GB50156-2012.汽车加油加气站设计与施工规范[S].