有機熱載體鍋爐常見事故分析及預防措施

趙淑珍

（山東省特種設備檢驗研究院菏澤分院，山東菏澤274000）

有機熱載體爐是以煤、油、氣體、電為燃料，以導熱油為介質，利用循環油泵，強制液相循環，將熱能輸送給用熱設備后，再返回加熱爐重新加熱的特種工業爐。其具有高溫、低壓、安全、高效節能、無需水處理設備等優點，近年來被廣泛應用于石油、化工、制藥、紡織印染、輕工、建材等工業領域。但由于爐內有機熱介質具有高溫、易燃的特性，在運行中因管理或操作不當而釀成的事故時有發生。筆者總結了有機熱載體爐運行中常見的安全事故，如爐管的堵塞、鼓包、爆管，鍋爐的超壓、爆沸、爆炸，管道泄漏、火災、循環系統故障等，并對這些事故的原因進行了分析，給出了相應的防范措施，以確保此類鍋爐的安全運行，減少事故的發生。

1 爐管堵塞、鼓包、爆管事故

主要的原因分析和防范措施如下：

（1）使用品質不符合國家標準的劣質油或再生油，油中殘碳指標大大超標。導熱油在加熱運行過程中，會發生一些化學變化，而生成少量高聚合物，同時也會因局部過熱生成焦炭，這些高聚合物和殘碳不溶于油，而懸浮在油中，運行中這些物質可能會沉積在鍋筒底部而過熱鼓包，或沉積在管壁上而過熱爆管。

因此，應定期對導熱油取樣分析，及時掌握油的品質變化情況，分析變化原因。定期補充新導熱油量，使其殘油量基本得到穩定，加入鍋爐中的導熱油，必須預先煮過，以排除水分，發現問題，應及時采取相應措施。導熱油系統應定期進行徹底清洗，清除管壁內的積碳，以降低爐管阻力。

（2）導熱油氧化。導熱油與空氣中的氧氣接觸，發生氧化反應，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，有機熱載體對金屬的腐蝕性會增強，氧化會加劇。長期運行使有機熱載體逐漸老化，受熱面管壁積碳不斷增加，當達到一定值時，管壁會過熱、變形、爆管。

避免導熱油氧化的措施，通常是設置高位膨脹槽，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。

（3）出口溫度超溫。有的企業采取提高出口溫度的辦法，保證供熱量，結果使出口溫度接近甚至超過熱載體的最高允許使用溫度，從而加重用熱設備內部的結焦、結垢程度，使散熱器傳熱效率更低，形成惡性循環，直到爐管爆破。

因此，加熱爐進液口和出液口上必須裝有測溫儀表，并設有超溫報警裝置。應控制熱載體爐出口處的最高油溫比熱載體的工作溫度低約30℃，以防止導熱油在使用過程中過熱分解變質。

（4）管內介質流速過低。導熱油在爐管內流動時，會形成邊界層，流速越慢，邊界層越厚，該處介質溫度與主流溫度之差越大，會造成管壁超溫，加速導熱油變質、失效，最終導致過熱引起鼓包、爆管事故。

《有機熱載體爐安全技術監察規程》規定，為了防止液相爐中有機熱載體過熱分解與積碳，必須保證受熱面管中有機熱載體的流速，輻射受熱面不低于2 m/s，對流受熱面不低于1.5 m/s。這樣，根據流體力學原理，流體就能在管內呈湍流狀態，就能獲得較薄的邊界層，介質在管內就不會因超溫過熱而產生殘碳、堵塞管徑，造成管壁過熱等事故。

（5）附屬設備選用、操作不當。導熱油過濾器選用不當，過濾器網過粗，而較小的結焦物未能濾出，而沉積在鍋筒底部或受熱面管壁，致使超溫過熱。

循環油泵工作不正常，打不起壓力，致使介質在爐管內停滯造成過熱而爆管。或者是停爐后，未按規定吹掃，油泵即刻停止轉動，而爐內油溫還在較高溫度以上，致使油質變壞，產生結焦甚至造成鼓包或爆管。

因此，應根據系統的熱載體用量和阻力降的要求，選用合適的循環泵，保證循環泵的流量、揚程與鍋爐匹配，保證介質在管內的流速，避免事故后患。

2 超壓、爆炸、爆沸事故

（1）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，可能造成超壓事故。我國曾發生過多起氣體爐的超壓爆炸事故，原因就是在啟動加熱升壓時，聯苯中含有水分，水分迅速汽化，導致爐內壓力急劇上升到無法控制的程度，引發超壓爆炸事故。

（2）燃油燃氣的有機熱載體爐，常常由于閥門關閉不嚴或吹掃時間不夠，使燃油燃氣進入或殘存在爐膛中，遇明火而引起局部爆炸事故；或者由于沒有裝設熄火保護裝置或裝置失靈，熄火后，未能及時切斷燃料供應，使油氣繼續進入熾熱的爐膛，引發爐膛爆炸。對于熱功率≥2.8 MW的鍋爐，沒有裝設點火控制程序或程序失靈，由于操作失誤，使點火前油氣進入爐膛，引起爐膛爆炸事故。

（3）爆沸事故的發生，多是由于啟動過程中溫升速度太快，蒸發出來的大量水蒸汽夾帶著導熱油沖出膨脹器，而造成溢油、爆沸事故。

因此，應嚴格控制熱載體液相爐中的水分及其他組分，在點火啟動時，要反復打開排氣閥，以排凈有機熱載體爐中的空氣、水與有機熱載體混合蒸汽。在啟動過程應注意控制導熱油升溫速度。對于燃用油氣的有機熱載體爐，應設置爐膛熄火保護裝置和點火程序控制裝置（熱功率≥2.8 MW時），并要保證這些裝置靈敏可靠。

3 管道泄漏、火災事故

（1）因制造安裝品質差，施工焊縫品質存在缺陷，或是爐內受熱面管材選用不當，導致熱媒輸送主管焊縫部分脫落，致使大量導熱油外漏。

（2）熱介質在超溫情況下大量汽化，引起管道振動甚至損壞而致使大量導熱油外漏。

（3）有機熱載體爐從停用到運行的過程，由于溫度變化大，法蘭間易松動，常見滲漏現象。

（4）導熱油滲透性較強，特別是法蘭墊片處較為嚴重，在空氣存在條件下，循環液體和管道熱量將熱傳導液加熱，并逐漸氧化，使保溫區被引燃而造成失火，熱傳導液漏到正在加熱的系統中，而其工藝原料是易氧化的從而造成火災事故。

因此，安裝時要選有資質的公司安裝，管道連接以焊接為好，適當輔以法蘭連接，不得采用螺紋連接，法蘭連接時，應采用金屬網纏繞石墨墊片或膨脹石墨復合墊片。

管道系統中所有密封件，應選用具有良好密封性和阻燃性的柔性和金屬纏繞制品，切忌用含有橡膠成分的密封件。所有與熱載體接觸的附件，不得采用有色金屬和鑄鐵制造，鋼管應采用20號鋼無縫管，緊固件尤其主回路上的連接螺栓采用35號鋼較為妥當。溫度升高至200℃以上時，系統法蘭連接處可進行熱緊固。保溫材料應采用空隙度小且不易受有機熱載體浸泡的材料，以防有機熱載體發生泄漏后，易造成保溫層著火。

安裝竣工后應對所有管路進行嚴格的壓力試驗，直到不滲漏為止，導熱油在系統管路中循環不應少于60 min，確認一切正常之后，方可點火。一旦發生管壁漏油現象，應緊急停爐。把火焰和導熱油立即隔離開。

4 循環系統故障事故

主要指意外停電、停爐時操作處理不當，而引起的循環系統事故。燃煤導熱油鍋爐在正常使用時，遇突然停電，此時循環油泵停止工作，流速等于零，而爐管的油溫和爐膛的余熱作用，會使熱介質溫度在1～2 min內就會超過允許值，如此積累久了，熱介質因裂解、積碳而導致爐管結焦、過燒，進而引發爆管事故。

停爐操作時，循環泵停運聯鎖裝置缺失或失靈，導致爐管和導熱油溫度迅速升高，爐管不能及時得以冷卻而發生爆管事故。

因此，在意外停電時，應迅速打開冷油置換閥門放油，把膨脹槽的冷油，經過爐內，自流至儲油槽內，但是放油不能太急。同時進行濕煤壓火或打開所有爐門，立即消除爐內剩余的燃煤，讓大量冷風竄進爐膛內，迅速降低爐溫，消除熱源，此過程應在5 min內完成。有條件的單位，可設置雙路電源，如設置小型汽油發電機，其電路與循環油泵電路互為切換，從而防止停電短時間內油溫超高而釀成事故。

正常停爐時，循環泵要繼續運轉一段時間，打開旁路，以使導熱油繼續流動，停止送風、引風，待油溫降至100℃以下時，循環油泵方可停轉。

對于強制循環液相加熱爐，必須裝有備用循環泵，并保持性能良好。運行中，要保持循環油泵、儲油槽的清潔，隨時清除表面上積聚的油垢和灰塵，嚴防其被外部飛火引燃成災。要保證循環泵停運聯鎖裝置的性能靈敏、可靠。

5 結束語

上述問題是有機熱載體爐運行中一些常見的安全事故，要避免這些事故的發生，應先了解這些事故發生的原因，并在使用、管理的過程中有針對性地給予預防，嚴格按照規程、標準的要求進行操作，才能最大限度地消除事故隱患，保證此類鍋爐安全、可靠地運行。

[1]中華人民共和國勞動部.有機熱載體爐安全技術監察規程及有關條款說明[M].北京：中國鍋爐壓力容器安全雜志社，1993.

[2]李君平，劉振南，等.有機熱載體爐常見事故產生的原因及對策[J].裝備制造技術，2006，（3）：90-91.

[3]沈 燕.淺析控制導熱油品質對導熱油鍋爐安全運行的重要性[J].化學工程與裝備，2009，（9）：115-117.