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        檢驗(yàn)有機(jī)熱載體爐應(yīng)注意的問題和處理建議

        2016-01-12 09:25:27許永平
        河南化工 2015年8期
        關(guān)鍵詞:處理問題

        檢驗(yàn)有機(jī)熱載體爐應(yīng)注意的問題和處理建議

        許永平

        (河南省鍋爐壓力容器 安全檢測研究院 , 河南 鄭州450000)

        摘要:從事故教訓(xùn)、工作經(jīng)驗(yàn)和執(zhí)行技術(shù)規(guī)范的體會中認(rèn)為,造成有機(jī)熱載體液相爐受熱面管破裂事故的直接原因是由于管壁超溫、超壓,最主要是超溫。事先發(fā)現(xiàn)是否存在超溫、超壓因素,并消除這些因素,是保證檢驗(yàn)工作質(zhì)量,防止事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。

        關(guān)鍵詞:檢驗(yàn) ; 熱載體爐 ; 問題 ; 處理

        中圖分類號:TQ050.7

        收稿日期:2015-05-16

        作者簡介:許永平(1955-),男,高級工程師,從事承壓類特種設(shè)備檢測與研究工作,電話:13937138505。

        近幾年隨著有機(jī)熱載體(以下簡稱介質(zhì))液相爐(以下均指液相爐)的大量應(yīng)用,有機(jī)熱載體爐事故有上升的趨勢,這些事故特征大都是運(yùn)行中受熱面管破裂,形成“火上澆油”,極易發(fā)生重大火災(zāi),燒毀鍋爐房造成人員傷亡。筆者參加了省內(nèi)發(fā)生的幾起有機(jī)熱載體爐事故原因的技術(shù)分析工作。從事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和多年的檢驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn),到執(zhí)行國家安全技術(shù)規(guī)范的體會,認(rèn)為,造成受熱面管破裂的直接原因是由于管壁超溫、超壓和管壁有缺陷,最主要是超溫。事先發(fā)現(xiàn)有機(jī)熱載體爐是否存在超溫、超壓和管壁有缺陷因素,并消除這些因素,是保證檢驗(yàn)工作質(zhì)量,防止事故發(fā)生的關(guān)鍵所在。鑒于有機(jī)熱載體爐介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的特殊性,在檢驗(yàn)和使用管理有機(jī)熱載體爐時(shí)應(yīng)注意處理好以下問題。

        1液相爐是否裝安全閥

        《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《有機(jī)規(guī)》)第十六條中規(guī)定無論是采用注入式或抽吸式強(qiáng)制循環(huán)的液相爐,液相爐本體上可不裝安全閥。

        《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第11.3.1.2條規(guī)定:“液相鍋爐應(yīng)當(dāng)在鍋爐進(jìn)口和出口切斷閥之間裝設(shè)安全閥。當(dāng)液相鍋爐與膨脹罐相通,并且二者之間的聯(lián)通管線上沒有閥門時(shí),鍋爐本體上可以不

        裝設(shè)安全閥。閉式膨脹罐上應(yīng)當(dāng)裝設(shè)安全閥?!睂?shí)際上我國的有機(jī)熱載體液相鍋爐大都在鍋爐與膨脹罐相通二者之間的聯(lián)通管線上裝設(shè)有閥門,且該管的入口連接往往裝在循環(huán)泵介質(zhì)入口處,其原因詳見以下分析。

        液相爐是否要裝安全閥問題國內(nèi)外一些規(guī)范的規(guī)定不完全一樣,國內(nèi)也有爭議。對這一條的理解也有不一致的,如:有人理解為注入式的有機(jī)熱載體爐結(jié)構(gòu)大都是管子加集箱,本體上不好布置安全閥,但鍋爐出口的管道上應(yīng)裝安全閥等。

        圖1 膨脹器與大氣連通的設(shè)備示意圖

        圖2 設(shè)備安全連接法1

        圖3 設(shè)備安全連接法2

        圖4 膨脹器與大氣連通且加熱爐可關(guān)閉的設(shè)備示意圖

        注:圖1~4中:1.加熱爐;2.用熱器;3.循環(huán)泵;4.膨脹器;5.儲存器;6.加料、卸料泵;7.膨脹管;8.溢流管;9.通至戶外;10.安全閥;11.快速排放裝置;12.排放管;13.截止裝置;14.安全膨脹管;15.膨脹器液位。

        我們認(rèn)為,液相有機(jī)熱載體爐本體或著熱載體出口管道上(截止閥靠爐一側(cè))應(yīng)裝安全閥,原因有以下幾點(diǎn):①我國的注入式有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)的用熱設(shè)備一般都裝有用于調(diào)整的閥門(圖4顯示的系統(tǒng)),運(yùn)行中這些閥門的關(guān)閉或關(guān)小都是不可避免的操作,這必然會因起熱載體爐壓力的升高,流速降低,造成受熱面管超壓超溫。而膨脹管往往都裝在循環(huán)泵的入口處即低壓段,循環(huán)泵出口段形成的憋壓不可能通過膨脹管及膨脹器進(jìn)行泄壓;因循環(huán)泵出口一般都裝有止回閥,就是循環(huán)泵停止,鍋爐本體介質(zhì)不可能后退通過膨脹管及膨脹器進(jìn)行泄壓。②如果膨脹管裝在有機(jī)熱載體爐的介質(zhì)出口代替安全閥(圖1顯示的系統(tǒng)),從安全泄壓上沒什么問題,但膨脹管處于介質(zhì)出口溫度的最高點(diǎn),高溫?zé)崃拷?jīng)膨脹管迅速傳遞到膨脹器,因膨脹器通大氣,極易使介質(zhì)氧化變質(zhì)。③按規(guī)定有機(jī)熱載體爐出口應(yīng)裝有熱載體壓力超壓保護(hù),而這種保護(hù)只有停泵才能降壓。停泵的結(jié)果使循環(huán)流動停滯。這時(shí)爐膛里還有余溫(對于燃媒爐膛還有余火),帶來易超溫的負(fù)面影響。而且超壓保護(hù)的可靠性也比不上安全閥。有熱載體壓力超壓保護(hù)不能替代安全閥的作用;④介質(zhì)出口裝有安全閥后,它與超壓保護(hù)一道起著雙重保護(hù)的作用,同時(shí)當(dāng)安全閥起跳時(shí)可以引起介質(zhì)流動,對防止受熱面超溫有一定的冷卻作用。

        在安裝安全閥的時(shí),應(yīng)將安全閥的介質(zhì)出口管路接入低位油槽(儲存器)或高位油槽(膨脹器)中并將入口浸沒在液面以下。這是因?yàn)楫?dāng)烷烴型介質(zhì)嚴(yán)重超溫(一般≥280 ℃)或有機(jī)熱載體品質(zhì)劣化時(shí)遇到空氣有自燃的可能。若將安全閥的介質(zhì)出口管路接入高位油槽(膨脹器),安全閥的介質(zhì)出口管路中會存有介質(zhì),對安全閥形成倒灌靜壓,影響安全閥的起跳。因此不宜將安全閥的介質(zhì)出口管路接入高位油槽(膨脹器)。

        2液壓試驗(yàn)

        《有機(jī)規(guī)》第三十三條規(guī)定“有機(jī)熱載體爐安裝或重大修理后,在投入運(yùn)行前應(yīng)由使用單位和安裝或修理單位進(jìn)行1.5倍工作壓力的液壓試驗(yàn)”。液壓試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)受熱面和本體是否存在滲漏等事故隱患的重要檢驗(yàn)手段,一定要按規(guī)定做,仔細(xì)檢查。

        大家知道有機(jī)熱載體不能含水,如果做水壓試驗(yàn),水壓試驗(yàn)后想把水分排凈實(shí)際上非常困難。從目前實(shí)際的液壓試驗(yàn)及檢驗(yàn)的情況看,有機(jī)熱載體爐安裝或重大修理后和檢驗(yàn)周期中的液壓試驗(yàn),宜采用有機(jī)熱載體作為試壓介質(zhì)進(jìn)行液壓試驗(yàn)。

        直接用循環(huán)泵或補(bǔ)油泵做試壓泵,有可能循環(huán)泵或補(bǔ)油泵做試壓泵的試驗(yàn)壓力(揚(yáng)程)達(dá)不到有機(jī)熱載體爐名牌標(biāo)定的1.5倍工作壓力,這時(shí)以泵在試驗(yàn)中的有機(jī)熱載體爐(揚(yáng)程即試驗(yàn)中所能達(dá)到的最高試驗(yàn)壓力)除以1.5倍后所得到的壓力值,作為有機(jī)熱載體爐的最高工作壓力。這種方法簡單易行,完全可以滿足安全性能要求,一般情況也可以滿足使用性能要求。

        3自動控制和自動保護(hù)裝置的檢驗(yàn)

        《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第11.3.6條規(guī)定,鍋爐及系統(tǒng)內(nèi)氣相有機(jī)熱載體總注入量大于1 m3及液相有機(jī)熱載體總注入量大于5 m3時(shí),應(yīng)當(dāng)按照以下要求裝設(shè)安全保護(hù)裝置。

        3.1爐膛滅火系統(tǒng)

        火焰加熱鍋爐的爐膛應(yīng)當(dāng)配備惰性氣體滅火系統(tǒng)。

        3.2系統(tǒng)報(bào)警裝置

        ①自然循環(huán)氣相鍋爐出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)超壓報(bào)警裝置;②液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)有機(jī)熱載體的低流量、超溫、超壓和低壓報(bào)警裝置;③火焰加熱鍋爐應(yīng)當(dāng)裝設(shè)出口煙氣超溫報(bào)警裝置;④閃蒸罐、冷凝液罐和膨脹罐應(yīng)當(dāng)裝設(shè)高液位和低液位報(bào)警裝置,閃蒸罐、冷凝液罐和閉式膨脹罐還應(yīng)當(dāng)裝設(shè)超壓報(bào)警裝置;⑤膨脹罐的快速排放閥和膨脹管的快速切斷閥應(yīng)當(dāng)設(shè)置動作報(bào)警裝置。

        3.3加熱裝置聯(lián)鎖保護(hù)

        系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)鎖保護(hù)裝置,應(yīng)當(dāng)在以下情況時(shí)能夠切斷加熱裝置,并且發(fā)出報(bào)警:①氣相系統(tǒng)內(nèi)的蒸發(fā)容器、冷凝液罐和液相系統(tǒng)內(nèi)膨脹罐的液位下降到設(shè)定限制位置時(shí);②氣相鍋爐出口壓力超過設(shè)定限制值時(shí);③液相鍋爐出口溫度超過設(shè)定限制值時(shí);④并聯(lián)爐管數(shù)大于或者等于5根的液相鍋爐,任一根爐管出口有機(jī)熱載體溫度超過設(shè)定限制值時(shí);⑤液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐有機(jī)熱載體流量低于設(shè)定限制值時(shí);⑥火焰加熱鍋爐出口煙溫超過設(shè)定限制值時(shí);⑦電加熱元件金屬表面溫度超過設(shè)定限制值時(shí);⑧膨脹罐的快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動作時(shí);⑨系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)導(dǎo)致安全閥動作的超壓報(bào)警時(shí);⑩運(yùn)行系統(tǒng)主裝置聯(lián)鎖停運(yùn)時(shí)。

        3.4系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)

        有機(jī)熱載體系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)裝置,應(yīng)當(dāng)在以下情況時(shí)能夠切斷加熱裝置和循環(huán)泵,并且發(fā)出報(bào)警:①鍋爐出口有機(jī)熱載體溫度超過設(shè)定限制值和煙溫超過設(shè)定限制值二者同時(shí)發(fā)生時(shí);②膨脹罐的低液位報(bào)警和快速排放閥或者膨脹管的快速切斷閥動作報(bào)警二者同時(shí)發(fā)生時(shí);③全系統(tǒng)緊急停運(yùn)時(shí)。

        3.5液相系統(tǒng)的流量控制閥

        液相有機(jī)熱載體系統(tǒng)的供應(yīng)母管和回流母管之間,應(yīng)當(dāng)裝設(shè)一個(gè)自動流量控制閥或者壓差釋放閥。

        應(yīng)依據(jù)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》檢查自動控制和自動保護(hù)裝置是否齊全,保證檢驗(yàn)時(shí)這些裝置動作靈敏、準(zhǔn)確、可靠。由于循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)而處理又不及時(shí),已發(fā)生多起爆管事故,所以應(yīng)重點(diǎn)檢查循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的自動保護(hù)裝置。也應(yīng)重點(diǎn)檢查易漏缺的自動控制和自動保護(hù)裝置,如:液相強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的出口處應(yīng)當(dāng)裝設(shè)有機(jī)熱載體的低流量、超溫、超壓和低壓報(bào)警裝置等。

        4循環(huán)泵及閥門檢驗(yàn)

        兩臺循環(huán)泵上的介質(zhì)進(jìn)出口均應(yīng)裝截至閥,出口宜裝止回閥。這是因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)便于解列檢修循環(huán)泵,止回閥的主回流要作用是防止備用泵上的閥門忘關(guān)而行成短路,使大量的介質(zhì)從備用泵短路回流,受熱面中介質(zhì)流速大幅下降引起超溫。在檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)充分注意到這一點(diǎn)。

        5膨脹器、膨脹管和停泵故障冷卻管路檢驗(yàn)

        膨脹器是強(qiáng)制循環(huán)的液相爐及系統(tǒng)中的重要安全裝置。膨脹器有多種作用;儲存液相爐及系統(tǒng)中的有機(jī)熱載體受熱膨脹量;向系統(tǒng)補(bǔ)充有機(jī)熱載體;液相爐啟動升溫過程中排除液相爐和系統(tǒng)中的氣體;突然停電時(shí)可以利用膨脹器中的冷介質(zhì)置換液相爐中的熱介質(zhì)。

        液相爐的膨脹器一般是通大氣的容器,當(dāng)其中的介質(zhì)溫度超過70 ℃時(shí),介質(zhì)極易氧化變質(zhì)。因膨脹器一般裝在10 m以上高度,建議在膨脹器上裝一遠(yuǎn)傳溫度計(jì),并引到操作地點(diǎn)以便監(jiān)控。

        《有機(jī)規(guī)》第二十一條規(guī)定,“膨脹管需要轉(zhuǎn)彎時(shí),其彎曲角度不宜小于120°”。若彎曲角度不夠,將會影響介質(zhì)中的氣體順利的逸出,影響運(yùn)行安全。這也是檢驗(yàn)中常遇到的問題或缺陷。發(fā)現(xiàn)膨脹管彎頭明顯彎曲角度不夠時(shí),應(yīng)要求其整改。

        故障冷卻管路是由有機(jī)熱載體爐介質(zhì)出口引到低位油槽的管路,打開該管路上的閥門,可利用高位油槽存儲的介質(zhì)和重力壓頭,將有機(jī)熱載體爐內(nèi)的介質(zhì)通過故障冷卻管路頂入到低位油槽中,實(shí)現(xiàn)停泵時(shí)對機(jī)熱載體爐受熱面的臨時(shí)冷卻。個(gè)別有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)就沒有安裝該管路,檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意此事。

        6設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)欠佳,易導(dǎo)致部分受熱面超溫

        有些盤管式液相有機(jī)熱載體爐的介質(zhì)出口集箱布置在爐膛的中上部,從事故中發(fā)現(xiàn)這種爐型有兩個(gè)缺點(diǎn):一是出口集箱下部受火,集箱受火部位易發(fā)生過熱變形。二是兩路對流管在出口集箱內(nèi)以口對口的形式相對匯集,行成了對沖阻力,當(dāng)一路管子阻力增加或流量減少,在對沖阻力的作用下,造成阻力分配失衡,使該管流速形成惡性循環(huán)式的下降,導(dǎo)致管壁過熱。內(nèi)部檢驗(yàn)或檢修時(shí)應(yīng)特別注意這些部位。

        7有機(jī)熱載體不合格導(dǎo)致受熱面積碳超溫

        按GB24747《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》規(guī)定,“對使用中的有機(jī)熱載體每年應(yīng)對其殘?zhí)肌⑺嶂?、黏度、閃點(diǎn)、水分、5%低沸物的溜出溫度等進(jìn)行分析。當(dāng)分析不合格時(shí),應(yīng)更換熱載體或?qū)彷d體進(jìn)行再生。”有機(jī)熱載體品質(zhì)不合格導(dǎo)致受熱面積碳超溫,這早已是不爭的事實(shí)。目前市場上仍有不少的劣質(zhì)導(dǎo)熱油(有機(jī)熱載體)流通,在這方面又缺少法律法規(guī)的監(jiān)管,作為檢驗(yàn)人員只能督促有機(jī)熱載體爐使用單位建立和執(zhí)行有關(guān)制度,檢驗(yàn)時(shí)按照按GB24747《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》的規(guī)定檢查使用單位的有機(jī)熱載體檢測報(bào)告是否符合要求;使用單位管理人員也應(yīng)按相關(guān)要求對有機(jī)熱載體品質(zhì)加強(qiáng)使用管理。

        8有機(jī)熱載體爐使用中嚴(yán)禁介質(zhì)超溫

        《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定,“有機(jī)熱載體的最高工作溫度不應(yīng)當(dāng)高于其自燃點(diǎn)溫度,并且至少低于其最高允許使用溫度10 ℃,燃煤鍋爐或者爐膛輻射受熱面平均熱流密度大于0.05 MW/m2的

        鍋爐,有機(jī)熱載體的最高工作溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谄渥罡咴试S使用溫度20 ℃?!?/p>

        有機(jī)熱載體的最高工作溫度與其自燃點(diǎn)之間的溫差與系統(tǒng)的操作安全性直接相關(guān)。如果有機(jī)熱載體的工作溫度高于其自燃點(diǎn),在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生泄漏的時(shí)候,泄漏出來的有機(jī)熱載體容易發(fā)生自燃并可能引發(fā)火災(zāi)。反之,則能降低有機(jī)熱載體泄漏后引發(fā)火災(zāi)的可能性。

        有機(jī)熱載體的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,其工作溫度每上升10 ℃,由于熱裂解原因造成的有機(jī)熱載體變質(zhì)率會在其原有變質(zhì)率的基拙上增加1倍。為此,對于已確定熱穩(wěn)定性的有機(jī)熱載體,當(dāng)其在不同熱流密度的傳熱條件下工作時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)所承受最大熱流密度的情況,對有機(jī)熱載體的最高工作溫度預(yù)留不等量的溫度安全裕量,以確保其在長期高溫工作條件下的安全性。根據(jù)良好的工程經(jīng)驗(yàn),在輻射受熱面平均熱流密度低于0. 05 MW/m2的情況下,將有機(jī)熱載體的溫度安全裕量確定在10 ℃以上是相對安全的,而且是合理和經(jīng)濟(jì)的。對于燃煤鍋爐及爐膛輻射受熱面平均熱流密度大于0.05 MW/m2的情況,由于燃料的燃燒特點(diǎn)及鍋爐結(jié)構(gòu)布置的限制,使得爐膛輻射受熱面的熱偏差較大,造成鍋爐內(nèi)有機(jī)熱載體溫度分布不均勻,因而此類鍋爐的有機(jī)熱載體的溫度安全裕量應(yīng)當(dāng)增加至20 ℃以上。

        所以,有機(jī)熱載體爐使用中,必須控制其介質(zhì)出口最高工作溫度低于其介質(zhì)最高允許使用溫度20 ℃。

        上述八個(gè)方面的問題是筆者認(rèn)為與引發(fā)事故有關(guān)的且容易忽略或提請注意的問題。檢驗(yàn)中除關(guān)注這些問題外,還要全面執(zhí)行有關(guān)安全技術(shù)規(guī)范。文章有誤之處敬請讀者批評指正。

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