液相有機熱載體鍋爐在工業生產中的安全使用分析

賴華杭

摘要：液相有機熱載體鍋爐在現代工業生產中發揮著至關重要的作用，如何合理、高效的使用有機熱載體鍋爐，直接關系到工業生產的安全和經濟效益。筆者通過對液相有機熱載體鍋爐的工作特性，就如何發揮好液相有機熱載體鍋爐在現代工業生產中的安全使用進行分析。

關鍵詞：液相有機熱載體鍋爐 ?安全使用 ?工業生產

液相有機熱載體鍋爐是一種以熱傳導液為加熱介質的、常在高溫環境中運行的新型特種鍋爐。有機熱載體的溫度一般超過300℃，在低壓高溫的條件下可保持穩定的運行狀態，并且可均勻受熱，溫控精確，膨脹系數低，具有低壓高溫的工作特性。近年來，在科技的推動下，工業生產突飛猛進，液相有機熱載體爐在工業領域的應用越來越廣泛。就目前來看，該鍋爐設備在龍巖市的保有量也呈快速上升的趨勢。它雖然是低壓力運行，但由于爐內溫度高，熱傳導液易滲漏，在高溫環境下易燃易爆，不僅傷人性命，還會造成經濟損失。因此，為了杜絕人員傷亡事故發生，運行管理部門一定要嚴格遵照運行規程對液相有機熱載體爐加強管理。

1 液相有機熱載體鍋爐的運行管理

1.1 運行前的準備

有機熱載體在運行之前，首先要對整個工作系統進行一次全面的檢查。檢查設備、電器儀表及整個工藝管道安裝是否完善，系統管線是否進行了氣密性試驗，是否用干燥空氣進行了徹底的吹掃干凈。

1.2 液相有機熱載體鍋爐的調試工作

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冷態調試是有機熱載體按要求注入系統后在常溫下進行的，冷態調試的循環時間一般不少于4h。調試的過程中，應打開高位槽放空閥，經常開啟管道放空閥，不斷排出空氣，直到循環泵出口壓力表及系統壓力表平穩顯示，并檢查系統有無泄漏和阻塞現象。并進行低液位、低壓差、低流量報警、溫度控制等試驗。調試過程中應清洗過濾器1-2次。

熱態調試是從點火開始直到有機熱載體溫度升到所需工藝溫度的過程。此過程反映了整個系統的運行情況。

1.2.1 烘爐

烘爐時循環泵應保持運轉，油溫控制在100℃以內，并緩慢升溫，盡量做到升溫均勻，防止升溫速度過快使爐墻開裂、變形，并應時刻注意爐墻有無開裂、塌落等現象。烘爐時間與爐墻結構、干濕程度有關。若爐墻潮濕，氣候寒冷，特別是在雨季，烘爐時間還應適當延長。此外，烘爐時間還與爐型大小有關，至少不低于烘爐曲線圖的要求。

1.2.2 脫水排氣過程

烘爐后，鍋爐持續升溫，升溫速率大概為每小時10℃。當爐溫升高到80～100℃時開始脫水，熱載體和管線中的水分逐漸蒸發，從熱載體中逐漸分離開來，通過高位槽和低位槽的排空口排出。與此同時，高位槽和低位槽內的油也持續升溫，運行壓力失穩。當溫度升高到100～120℃時，是脫去系統內殘存水份和有機熱載體所含微量水份階段，工作壓力的波動幅度增大，同時高位膨脹槽放空管處排氣量加大，循環泵偶爾吸空。在此運行階段，水分大量蒸發，有機熱載體中低揮發物逐漸氣化。通常6～8h完成脫水，最長也不超過12h。

1.2.3 升溫階段

脫水排氣后，鍋爐持續升溫，大概每小時升高30℃。在這一過程中，運行人員要時刻關注是否有殘余水分蒸發，發現爐內壓力過高時，須適當降低爐溫。當爐溫升高到210～230℃時停止升溫，使熱載體中輕組分自然脫離。輕組分能夠降低閃點，在有滲漏的情況下有爆燃的危險。這種物質通常以氣相存在于導熱油中，會造成阻氣，使循環油泵泵壓失穩，流量中斷或急劇下降。一般情況下，有機熱載體的質量、牌號與輕組分脫離的效果息息相關。當放空管中氣體排出，循環油泵泵壓恢復平穩，鍋爐就能繼續升溫，一般每小時溫度可提高10℃，將溫度升至額定工作溫度。從210℃直至熱載體運行溫度是在脫氣結束后進行，溫度持續升溫，每小時可達到40℃。在這種情況下，運行人員必須對各測量、控制儀表的工作狀態進行檢查，重點查看鍋爐、供熱系統、各配套輔機設備是否正常運行，是否符合生產要求。

2 運行期間對有機熱載體的合理取樣與檢測

有機熱載體長期在高溫環境下，會發生分子內碳鏈的斷裂，導致化合物發生分解，產生氣體、低分子化合物及自由基。自由基又能與其他分子發生聚合而產生高聚合物，使熱載體逐步發生劣化，形成焦質附著在加熱爐管壁上，從而降低其傳熱效率，帶來安全隱患。因此，在運行期間必須對有機熱載體進行定期檢測，并選擇能反映出有機熱載體實際特性的動態過程處取樣。取樣檢測時間根據所使用的熱載體的種類和使用溫度來決定。

3 液相有機熱載體鍋爐常見安全問題分析

3.1 不同類型的有機熱載體混用

把不同牌號的有機熱載體混用的現象也常有發生。因為不同牌號的有機熱載體有不同的化學物理特性，各生產單位在對基礎油進行加工成有機熱載體產品時往往需要加入一些添加劑，比如抗氧劑等，不同牌號有機熱載體混用會使其產生化學物理變化，影響傳熱效果，浪費能源，更為嚴重的是有可能產生導熱油事故安全隱患。

3.2 空氣和水份進入系統的安全隱患

在換油、注油和維修過程中帶入了水和空氣。隨著鍋爐不斷升溫，被帶入的空氣逐漸膨脹，水分緩慢蒸發，體積逐漸膨脹，甚至超過了油本身遇熱膨脹（相對壓力為零時，水蒸發體積膨脹約1654倍，空氣在升溫270℃的情況下約5倍）系數。如果不及時排掉這些水和空氣，就會在一定程度上提高鍋爐運行壓力，使爐內壓力失穩，并且會導致膨脹槽不斷升溫，油進入膨脹槽和低位槽，引發災難性后果。

3.3 突然停電、循環泵無法工作的隱患

當發生突然停電時，對于液相有機熱載體鍋爐雖然可以用高位膨脹槽中溫度低于70℃的有機熱載體對爐管內的高溫有機熱載體進行置換，目的是保護爐管和有機熱載體。

但是，因爐膛蓄熱量大，在短時間內熱量無法迅速降低。爐墻的高溫輻射，一方面會使置換排進低位槽的有機熱載體溫度高于70℃，甚至超過100℃，這樣，在低位槽中的有機熱載體就會造成高溫氧化變質。另一方面高位槽的有機熱載體會出現供油不足，加上爐膛余溫居高不下的情況，很容易造成爐管內的導熱油因超溫而變質和爐管變形損壞。

3.4 管道法蘭或閥門間的泄漏隱患

導熱油一般會在管道法蘭或閥門連接部位泄漏。前文已提及，鍋爐是高溫低壓運行，導熱油在高溫條件下滲漏后易燃易爆，若不及時處理就會導致災難性的后果。鍋爐設備從停用至運行過程中逐漸升溫，溫度變化較大，法蘭或閥門間極易松動，出現油滲漏的情況。因此，要求運行人員必須提前檢查法蘭緊固件，及時處理松動的固件，防止鍋爐運行時油泄漏，甚至噴射。

3.5 自動控制系統失效隱患

當前，液相有機熱載體鍋爐一般采用高位膨脹槽液位示控及聯鎖裝置、超（差）壓報警及聯鎖裝置、超溫報警及聯鎖裝置、循環泵停運聯鎖裝置實施自動控制。以油、氣為燃燒材料的鍋爐系統，必須配設點火程序控制裝置（熱功率≥2.8MW時）和爐膛熄火保護裝置，提高鍋爐的安全系數。但是不得不承認，有些使用單位缺乏安全意識，為了節省鍋爐運行成本，即使鍋爐配設了保護裝置，實際運行時基本失效，形同虛設。其中，膨脹槽液位示控及聯鎖裝置、循環泵停運聯鎖裝置失效的情況較為多見。當膨脹槽液位示控及聯鎖裝置失效時，油一旦滲漏，就會使膨脹槽液位下降。液位比系統設定值低時，系統自動預警，若司爐人員未察覺，一旦液位預警失效，外部空氣會隨著液位的降低而被帶進系統，對系統的安全運行狀態產生威脅，嚴重時會引發火災。

4 安全、高效使用液相有機熱載體爐的措施

液相有機熱載體爐在運行中的危險不在于發生爆炸，而在于有機熱載體滲漏引發火災。近幾年，液相有機熱載體爐在工業領域的應用越來越廣泛，安全事故也比較多見。針對液相有機熱載體爐在生產中頻繁出現的爆管事故，結合以往的事故教訓，筆者提出一些液相有機熱載體爐在工業生產中安全使用的具體措施。

①特種設備使用單位必須加強安全知識的學習，提高安全責任意識，提高管理水平，學習國家有關特種設備的法規和技術規程。這樣一來，運行人員在選擇導熱油時，就會根據設備的技術特點和工藝流程來選擇溫度和性價比較高的材料，而不只看價格和使用溫度。

②控制有機熱載體的流速。鍋爐中導熱油流速越慢，邊界層就越厚，該處的介質溫度就會與主流體之間形成溫度差，繼而造成管壁因溫度過高使導熱油快速變質。

③控制有機熱載體的使用溫度。要避免導熱油迅速劣化，除了控制其流速，還要按運行要求嚴格控制其溫度。當設備突然斷電，或突發故障緊急制停時，立即將冷油置換閥門打開，用高位膨脹槽中的低溫有機熱載體換掉爐內盤管中高溫有機熱載體至低位槽內，并且適當降低爐內溫度。

④加裝取樣口并定期取樣檢驗導熱油的油質，若油質有變化，就深入分析油質變化的成因。參照運行規程，定期監控粘度、閃點、殘炭、酸值等技術指標。選擇有代表性的導熱油取樣送檢。不建議從低位槽、高位膨脹槽、液面計等處取樣送檢，因為這些部位的油與實際循環系統中油存在差別，檢驗結果不準確，不能準確的反映系統中導熱油的品質情況。定期適當補充同一廠家生產的同一牌號的導熱油，使其殘炭基本穩定。加入系統中的熱載體油必須預先充分脫水。

⑤增設手動補油泵或發動機帶動的備用油泵。當突然停電或注油泵發生故障時，可以通過手動補油泵或發動機帶動的備用油泵把低位槽中的有機熱載體注入高位膨脹槽，滿足有機熱載體液相爐的冷卻置換需要。

⑥嚴格對液相有機熱載體鍋爐的在用定期檢驗。定期檢查各個監測儀表，及自動控制系統的聯鎖裝置，使其靈敏、準確、可靠;對整個系統的安全運行進行符合性的驗證;確保液相有機熱載體鍋爐在設定好的自動控制系統下安全運行。

在此，建議使用單位應嚴格按鍋爐安全操作規程加強運行管理，制定一套符合現場運行條件的設備操作規程，明確鍋爐設備啟停、運行注意事項，并就運行階段可能存在的故障點進行全方位的技術交底，所有現場運行人員一律持證上崗，盡可能在保證安全的前提下提高鍋爐設備運行的經濟效益。

參考文獻：

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