一例有机热载体快速氧化变质的分析及处置建议

何泾渭 王义壮 曹现福

(广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞 523416)

一例有机热载体快速氧化变质的分析及处置建议

何泾渭 王义壮 曹现福

(广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞 523416)

本文对一例开式传热系统有机热载体酸值短期内超标的事故原因进行了分析，提出了系统循环泵的扬程与系统阻力特性不匹配和膨胀槽的高度不足导致膨胀槽内有机热载体温度偏高是主要原因，给出系统改进的措施和建议，并对本例事故反映的有机热载体锅炉普遍存在的问题进行了分析阐述。

有机热载体 酸值 氧化 循环泵 系统阻力 膨胀槽高度

有机热载体锅炉传热系统膨胀槽的主要作用是容纳系统中有机热载体从环境温度升高到工作温度时的膨胀量,在运行过程中排水脱气,给循环系统补充有机热载体,同时,膨胀槽与膨胀管内的有机热载体液柱可以为循环系统提供适当的静压力,以平衡各部分间的压力变化[1-2],《锅炉安全技术监察规程》(TSG G0001—2012)中对膨胀槽的容积、承受压力、阀门设置以及相关尺寸都有严格规定。从有机热载体的使用寿命、节能、安全等方面考虑,现在一般建议有机热载体传热系统采用闭式系统,但实际检验过程中,还是发现很多开式传热系统(企业或安装公司为节省一次性投资和贪图方便)。开式传热系统的优点是结构简单、操作维护方便,缺点是膨胀槽与大气相通,在高温环境下,有机热载体容易氧化变质,表现为酸值升高,大大缩短有机热载体的使用寿命,影响锅炉安全运行。本文是对一台开式传热系统的新装锅炉有机热载体酸值短期升高较快的原因分析及对传热系统的改进建议。

1 情况说明

某食品公司新安装了一台型号为YY(Q)W-1400Y(Q)的有机热载体锅炉,采用开式传热系统,使用产品代号为L-QB300的有机热载体,图1为系统示意图。未使用有机热载体有型式试验报告,经验证性检验判定为合格,但锅炉首次运行三个月后,酸值就超过1.5mgKOH/g(在用有机热载体酸值大于1.5mgKOH/g应停止使用),使用单位自检查明是锅炉正常运行后,膨胀槽上的辅助排气管道阀门未关闭引起;清洗系统后,重新更换相同牌号的有机热载体,使用前验证检验酸值为0.031mgKOH/g(未使用有机热载体合格标准为不大于0.05mgKOH/g),使用20天后,酸值就达到0.622mgKOH/g(安全警告值为0.5mgKOH/g～1.5mgKOH/g)。在锅炉及传热系统正常运转情况下,有机热载体不应该出现短期内氧化如此快的情况。酸值升高表明油品存在氧化变质,因氧化产物具有更低的热稳定性,且粘度、酸值、闪点、自燃点、导热系数等物性参数均不同于有机热载体,容易导致传热恶化和引起安全事故[2]。

图1 有机热载体炉示意图

图2 膨胀槽生锈外观

图3 膨胀管照片

图 4 膨胀管示意图

2 现场调查及原因分析

1)对有机热载体锅炉及传热系统进行了现场勘查,发现两点:一是新装系统不到半年,膨胀槽下部70%外观已经严重生锈(见图2);二是锅炉在额定工况下运行,现场测得膨胀槽液面附近温度为118℃。因开式传热系统中,膨胀槽内的有机热载体直接与大气接触,会发生氧化变质,而温度升高会加快有机热载体的氧化变质速率,同时,氧化产物的热稳定性低,对氧化变质有催化加速作用,如能控制膨胀槽内液面温度在70℃以下,可以大大降低氧化速度。

2)进一步勘查发现:锅炉运行时,循环泵进口和锅炉出口之间的压差偏大,打开主供油管和主回油管之间的调节阀门,该压差无明显下降。推断该系统所用循环泵的扬程过大,与循环管道的流动阻力特性不匹配,导致系统运行过程中,循环管道内有机热载体压力偏高,更易通过膨胀管进入膨胀槽,加剧循环管道内高温有机热载体与膨胀槽内低温有机热载体的交换,使膨胀槽内有机热载体温度升高,加快其氧化变质速率。

3)同时发现膨胀槽的相对高度偏低,膨胀槽的底部与油气分离器的垂直距离约为1.7m,其中膨胀管竖直段约0.5m,见图3和图4。分析由于膨胀槽高度不足,不能提供足够的静压力和有效减缓油气分离器与膨胀槽内有机热载体的对流,而循环泵扬程过大又进一步加剧了对流,从而导致膨胀槽内温度偏高,引起膨胀槽内有机热载体的快速氧化变质。图3为现场膨胀槽管道照片,中间为膨胀管,左右为溢流管,图4为膨胀槽位置示意图。

上述第2)和3)也是该系统首次运行三个月内,有机热载体酸值即达到停止使用标准的重要原因之一。

4)此外,该系统投用时,安装单位没有加密循环泵入口过滤网,不能有效过滤并除掉管道、锅炉及容器内的机械杂质。循环系统内的机械杂质会造成循环泵叶轮损伤,并且会在循环管道内沉积,影响有机热载体的正常循环流动。

3 处置措施

本例中,要有效减缓有机热载体氧化变质速率,关键是降低膨胀槽内有机热载体温度,故建议:一是针对循环泵的扬程与系统不匹配的情况,可调整循环泵运行参数或者选择扬程合适的循环泵,以降低循环管道内流体压力,防止高温有机热载体进入膨胀槽,造成膨胀槽高温,加快有机热载体氧化变质速率;二是增加膨胀管的有效高度,提高系统静压力,平衡循环系统的压力变化,减缓膨胀槽内有机热载体与传热系统内高温有机热载体的对流,降低膨胀槽内有机热载体温度。

此外,将开式传热系统改为闭式,即采用“氮封”或“油封”的方式,将膨胀槽内有机热载体与空气隔绝,也可防止有机热载体继续氧化变质。闭式传热系统需要有可靠的泄压装置,并要有措施确保“氮封”或“油封”的有效性,对传热系统管理水平和操作人员的技术要求较高。

[3]提出了一种将开式系统改成半开式系统的处理建议,具体做法为:彻底封闭膨胀槽,在低位槽中间上部加一竖直隔板,浸入低位槽内有机热载体液面以下,底部保持互通,膨胀槽的溢流管与低位槽竖直隔板一侧相连,在另一侧设置放空管,与大气相通。系统运行前,低位槽隔板左右两侧液位相平;系统运行后,由于循环系统内有机热载体受热膨胀进入膨胀槽,将膨胀槽上方的气体挤压至低位槽,低位槽溢流管侧液面下降,放空管侧液面上升;系统停止运行降温后,各部分液位又回到初始状态。该方法需预先在低位槽设置隔板,并要保证低位槽的有机热载体储量足够多,同时系统运行负荷应平稳,否则各液位难以复原。

4 总结

本案例是比较典型的由于循环泵与系统流动阻力系数不匹配而导致在用有机热载体氧化变质加速的情况,并且由于高位槽的有效高度不足,进一步加剧了氧化速率,才得以在有机热载体的首次定期检验中发现问题,避免了更大安全事故的发生。通过原因及处理建议的分析,提示大家在有机热载体锅炉的设计、安装、使用及检验过程中应注意以下问题:

1)在有机热载体传热系统设计和安装时,应注意循环泵的选型与循环系统的流动阻力系数相匹配。选择循环泵,不仅要考虑泵的流量、扬程、功率等参数与有机热载体装填量、热力特性和锅炉的匹配,同时还应该与循环系统的阻力特性相适应。在保证锅炉受热面有机热载体安全流量的基础上,循环泵扬程不能过高。

2)在有机热载体传热系统设计和安装时,高位槽的高度应与循环泵的扬程及整个循环系统的流动阻力系数相适应。《锅炉安全技术监察规程》(TSG G0001—2012)虽然取消了对高位槽高度的具体要求,并不代表高位槽的高度可以随意设置,按照设备和管道的布局和设计应满足“避免和防止系统中有机热载体发生超温和氧化”的原则,高位槽的高度应该与有机热载体循环流动时的静压力相适应,以有效减缓膨胀管道内的对流传热,防止膨胀槽内温度过高。

3)在有机热载体传热系统安装和使用过程中,应保证系统的各项参数与设计要求一致,需要改变系统运行参数、设备或管道的数量及布局结构时,应从系统全局考虑更改的影响,同时更改系统各相关的设备和管道的参数,以满足有机热载体安全使用要求。

4)本例中,如参照文献[3]的方法,将开式系统改成半开式系统,一定要保证系统至少有一处与大气相通,以免发生非承压设备承压运行的情况。

参考文献

[1] 施建新．试述导热油锅炉中膨胀管的功能及其设计要求[J]．工业锅炉， 1995(03)： 45-53．

[2] 郭元亮，童有武，等．《锅炉安全技术监察规程》释义[M]．北京：化学工业出版社，2 013：256-265．

[3] 任利国．有机热载体炉膨胀系统的改进[J]． 工业锅炉， 2003(03)： 49-50．

Analysis of Rapid Oxidation of Heat Transfer Fluid in a Newly Built Boiler and Its Improving Suggestion

He Jingwei Wang Yizhuang Cao Xianfu
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Dongguan Branch Dongguan 523416)

In this paper, the reason for the rapid increase of acid value of heat transfer fl uid in a heat transfer fl uids boiler with an opening heating system was analyzed. It showed that mismatching pumping head with resistance of the circulatory system and the low height of expansion tank were the two main reasons. Some improving suggestions were given for the circulatory system. And common problems re fl ected from this accident were also analyzed in this paper.

Heat transfer fl uids Acid number Oxidation Circulating pump Resistance of the circulatory system Height of expansion tank

X933.2

B

1673-257X(2017)11-0051-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.11.013

何泾渭（1960～)，男，本科，总工程师，高级工程师，从事锅炉压力容器检验检测及管理工作。

何泾渭，E-mail： hogingwei@126．com。

2017-04-19）