安全工程師輔導：有機熱載體爐的危險分析及對策

　　有機熱載體加熱爐是以煤、油、氣體、電為燃料，以導熱油為介質，利用循環(huán)油泵，強制導熱油進行液相循環(huán)，將熱能輸送給用熱設備后，再返回加熱爐重新加熱。有機熱載體爐具有低壓(常壓下或較低壓力)、高溫(300℃左右)、 安全、高效、節(jié)能的特點，可以精密地控制工作溫度，無需水處理設備，系統(tǒng)中熱的利用率高，運行和維修方便，便于鍋爐房布置?，F(xiàn)已越來越多地應用于石油化工、紡織印染、輕工、建材等工業(yè)領域。由于設計、制造、使用中的問題，以及管理水平較低，曾發(fā)生一些危及安全的事故。 $lesson$

　　固定式有機熱載體爐可分為氣相爐和液相爐。氣相爐的壓力是因有機熱載體汽化而形成的，因此氣相爐是承壓的;液相爐及系統(tǒng)中的壓力是循環(huán)泵的壓頭形成的，液相爐本身并不承受壓。有機熱載體爐仍屬于受監(jiān)察設備，這種設備的危險性在于爆炸和泄漏引起火災事故。例如1999年8月10日某化工廠正在升溫運行的一臺有機熱載體爐突然發(fā)生爆炸，鍋殼與下腳圈和沖天管連接焊縫全部開裂，造成一人死亡，原因是質量不合格，結構不合理，鍋殼最高處無排氣閥，密封性不好等。又如1999年7月某化工企業(yè)一臺型號為DSSZL3.5-1.0/320-W有機熱載體氣相爐發(fā)生爆管，引起火災，造成經(jīng)濟損失30萬元，原因為設計液位低，安裝時應該保溫的管子沒有保溫，兩個原因造成水平對流管干燒爆管。

　　有機熱載體爐危險因素分析

　　質量問題

　　近幾年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，有機熱載體爐的使用越來起廣泛，數(shù)量越來越多，生產(chǎn)廠家迅速發(fā)展，而且也很混亂。據(jù)調查，全國生產(chǎn)有機熱載體爐廠近70家：這些廠家有的是無鍋爐制造許可證，有的無壓力容器制造許可證，有的既無鍋爐制造許可證也無壓力容器制造許可證，而后者竟占40%。由于大多數(shù)廠家不具有的生產(chǎn)資格，因此會引發(fā)有機熱載體爐質量的問題，如焊接質量不合格、結構不合理、強度不足、安全附件存在問題等，從而產(chǎn)生了一些不必要的事故

　　有機熱載體變質

　　有機熱載體熱穩(wěn)定性和氧化安定性是評價導熱油的兩個重要指標，使用過程中會發(fā)生氧化反應和熱裂解反應。液相強制循環(huán)熱載體爐最容易發(fā)生熱載體過早變質問題，甚至僅使用一兩年就變質老化，不僅造成重大經(jīng)濟損失，還會導致鍋爐受熱面過熱、爆管，進而引起火災。

　　造成導熱油變質的原因如下：(1)局部過熱發(fā)生熱裂解。導熱油超過其規(guī)定的最高使用溫度便會局部過熱，產(chǎn)生熱分解和縮聚，析出碳，閃點下降，顏色變深，粘度增大，殘?zhí)己可?，傳熱效率下降，結焦老化。(2)氧化。導熱油與空氣中的氧氣接觸發(fā)生氧化反應，生成有機酸并縮聚成膠泥，使粘度增加，不僅降低介質的使用壽命，而且造成系統(tǒng)酸性腐蝕，影響安全運行。導熱油的氧化速度與溫度有關，在70℃以下，氧化不明顯，超過100℃時，隨著溫度的升高，導熱油氧化速度加快，并迅速失效。

　　導熱油使用多年后，由于受熱分解、碳聚合形成爐管結焦，使管內徑縮小而造成導熱油流量降低，循環(huán)泵克服的阻力增大，嚴重時會導致堵塞爐管;另一方面生成的大分子縮合物使導熱油的粘度增高，爐管結焦，熱阻增大會導致爐管壽命降低。

　　循環(huán)泵的不配套

　　導熱油系統(tǒng)采用的循環(huán)泵小，導致導熱油的流速出降低，影響傳熱。再者，循環(huán)泵的磨損造成理論的泵輸送量的降低，也減少了導熱油的循環(huán)速度。

　　法蘭連接、焊接質量、密封存在問題

　　有機熱載體爐元件之間應盡量采用焊接連接，以防止?jié)B漏。一些產(chǎn)品仍然采用法蘭連接。一些生產(chǎn)廠家對爐管的主焊縫仍采用手工電弧焊，難以保證焊接質量，而且焊縫外觀形狀、幾何尺寸也較差，而且易發(fā)生泄漏事故。如果必須采用法蘭連接，法蘭連接處是泄漏的主要薄弱環(huán)節(jié)，密封不當會引起火災、中毒事故。

　　超壓

　　在啟動過程中，隨著有機熱載體的加熱，溶解在其中的其他氣體或水分逐漸分離出來，可能造成超壓和爆沸事故。加入導熱油中水分大量蒸發(fā)而造成油路氣塞、循環(huán)不暢，引起爆沸事故。對于氣體爐，聯(lián)苯中如含有水分，在啟動加熱升壓時，水分迅速汽化，爐內的壓力急劇上升而導致無法控制的程度，引起爆炸事故，我國曾發(fā)生過多起此類事故。

　　安全附件缺無、不齊、失靈

　　據(jù)以調查，有的有機熱載體爐沒有按規(guī)定安裝安全閥、液面計、自動保護裝置，或已經(jīng)按規(guī)定安裝安全附件，但沒有定期檢驗和檢查，處于失靈狀態(tài)，由此也曾釀成過爆炸和泄漏火災事故。

　　有機熱載體爐安全控制措施

　　確保有機熱載體爐產(chǎn)品質量

　　1. 生產(chǎn)廠家必須具有制造許可證

　　有機熱載體爐生產(chǎn)廠家必須具有制造許可證，使用廠家也必須購買具有生產(chǎn)資質的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。

　　2.有機熱載體爐的強度計算和結構設計方面

　　所有的氣相爐都是承壓的，而液相爐則分為承壓注入式和不承壓抽吸式兩種。有機熱載體爐的元件不論承壓與否，均應按現(xiàn)行鍋爐強度計算標準進行計算，其設計壓力為工作壓力加0.3 MPa，且不小于0.59MPa。除設計壓力外，其計算公式、參量的選取、系數(shù)的確定都按《水管鍋爐受壓元件強度計算》和《鍋殼殼式鍋爐受壓元件強度計算》相應標準進行。

　　結構設計、產(chǎn)品焊縫機械性能試驗必須滿足《有機熱載體爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》要求。

　　3.壓力試驗

　　有機熱載體爐在制造單位組裝后以及在使用單位安裝、修理后均進行壓力試驗。

　　壓力試驗分為水壓試驗、液壓試驗和氣密性試驗。無論是氣體爐還是液體爐，在制造單位均要進行水壓試驗，在使用單位只能進行液壓試驗，不宜進行水壓試驗。對于氣體爐，在制造單位和使用單位還要進行氣密性試驗，檢查非焊接連接部位的密封情況。氣密試驗方法和要求參照壓力容器的有關規(guī)定進行。對于液體爐，均不要求進行氣密性試驗。

　　氣密性試驗的試驗壓力取氣體爐的工作壓力;水壓試驗壓力取有機熱載體爐工作壓力的1.5倍。

　　4.嚴格控制焊接質量

　　由于有機熱載體易滲漏、易燃燒，對有機熱載體爐焊接要求比以水為介質鍋爐要求高，應嚴格控制焊接質量，焊接要求和無損探傷必須滿足《有機熱載體爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求。

　　5.安全裝置要齊全、靈敏、可靠

　　安全閥、液面計、壓力表、溫度計、排污裝置、膨脹器、自動保護裝置等的選取、安裝、檢驗、維護必須滿足《有機熱載體爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》的有關規(guī)定。

　　避免導熱油變質的措施

　　1.保證導熱油質量

　　對有機熱載體的性能指標嚴格控制，主要有粘度、閃點、殘?zhí)?、酸值?/P>

　　2.控制導熱油的流速

　　導熱油在熱油爐中的流動應為穩(wěn)定狀態(tài)，并具有一定的流速。流速越慢，邊界層越厚，該處介質溫度與主流溫度之差越大，就會造成管壁超溫，加速導熱油變質、失效。主要措施為循環(huán)油泵的流量與楊程應保證導熱油在熱油爐中必要的流速。熱油爐運行中，循環(huán)油泵不允許停止，泵的應定期維護保養(yǎng)。

　　3.控制導熱油的溫度

　　應保證熱油爐出口處導熱油的溫度不得超過最高使用溫度，熱油爐的最高膜溫應小于允許油膜溫度，膜溫與導熱油主流體溫度應始終存在一個溫度差(一般20～30℃左右)。為防止膜溫過高，避免導熱油分解、聚合、結焦及老化，主要措施有：(1)開始點火升溫時，因油溫低，粘度大，油膜較厚，必須嚴格控制升溫速度，一般應在40―50℃/h以下，火焰應均勻，避免局部熱負荷集中;(2)在熱負荷降低或暫時停用時應打開旁路回油調節(jié)閥，調節(jié)系統(tǒng)流量，使熱油爐管內的導熱油具有足夠的流量和流速;(3) 任何情況下均不允許超負荷運行。(4)正常停爐時，循環(huán)泵要繼續(xù)運轉一段時間，打開旁路，以使導熱油繼續(xù)流動，停止送風、引風，待油溫降至100℃以下時，循環(huán)油泵方可停轉。(5)有機熱載體爐應定期清灰。(6)定期檢查、檢驗、維護熱油爐監(jiān)測儀表，使其靈敏、準確、可靠。

　　4.避免導熱油氧化

　　通常設置高位膨脹槽，用以隔絕高溫熱載體直接與空氣接觸。高位槽可充氮保護，無充氮保護的，應保持一定液位，并裝有最低液位報警器。

　　5.在循環(huán)泵人口處應裝過濾器

　　在循環(huán)泵人口處應裝過濾器，濾芯材料應能濾去懸浮狀態(tài)的聚合物。過濾器應便于拆卸、更換。

　　6.停電保護

　　突然停電時，必須采取有效的安全防護措施，避免導熱油超溫、受熱面金屬發(fā)生過熱，主要措施有：(1)打開所有爐門，迅速將爐膛內的燃料取出，使大量冷風進入爐膛，迅速降低爐溫。同時迅速關閉出油總閥，打開放油閥門，將高溫油緩慢放人儲油槽，并讓膨脹油槽中的冷油慢慢流入鍋爐，及時帶走熱量;(2)配置備用電源或汽油機帶動的備用油泵，一旦停電立即起動，

　　7.定期化驗

　　應定期測定和分析導熱油理化指標，及時掌握油的品質變化情況，分析變化原因。有機熱載體在使用過程中每項性能指標值超過一定范圍，必須更新或再生，否則不能再繼續(xù)使用。

　　8.補充新油

　　定期適當補充新導熱油可以使系統(tǒng)中的殘油量基本保持穩(wěn)定。補充的導熱油應為同一廠家生產(chǎn)的同一牌號產(chǎn)品，不同的有機熱載體不宜混合使用。在熱態(tài)運轉的系統(tǒng)內，不能直接加入未經(jīng)脫水的冷介質。加入鍋爐中的導熱油必須預先煮過以排除水分。

　　9.定期清洗

　　對導熱油系統(tǒng)進行徹底清洗，清除管壁內的積碳，以降低爐管阻力。

　　運行管理控制

　　1.用單位應根據(jù)《有機熱載體爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》的要求制定運行操作規(guī)程，并嚴格執(zhí)行。操作人員必須經(jīng)培訓合格，持證上崗。

　　2.確保法蘭連接密封性能好

　　為了保證法蘭連接處的嚴密性，應采用槽式法蘭或平焊鋼法蘭，而且公稱壓力不低于1.6MPa。如果有機熱載體使用溫度超過300℃時，應選用公稱壓力高一檔的法蘭。所有非焊接連接部件的密封填料不準采用石棉制品，推薦采用金屬網(wǎng)纏繞石墨墊片或膨脹石墨復合墊片。

　　3.有機熱載體爐啟動中氣體應反復排放

　　有機熱載體爐在啟動中要反復打開排氣閥，用來清除爐中的空氣、水與有機熱載體混合蒸汽。

　　4.定期檢驗

　　有機熱載體爐應根據(jù)規(guī)定進行檢驗，對檢驗中發(fā)現(xiàn)的問題及時處理。

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