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有机热载体炉的危险分析及对策

时间:2011-7-1 16:58:40 来源:金梆子导热油炉

有机热载体炉是以煤、油、气体、电为燃料,以导热油为介质,利用循环油泵,强制导热油进行液相循环,将热能输送给用热设备后,再返回加热炉重新加热。有机热载体炉具有低压(常压下或较低压力)、高温(300℃左右)、安全、高效、节能的特点,可以精密地控制工作温度,无需水处理设备,系统中热的利用率高,运行和维修方便,便于锅炉房布置。现已越来越多地应用于石油化工、纺织印染、轻工、建材等工业领域。由于设计、制造、使用中的问题,以及管理水平较低,曾发生一些危及安全的事故。


  
  固定式有机热载体炉可分为气相炉和液相炉。气相炉的压力是因有机热载体汽化而形成的,因此气相炉是承压的;液相炉及系统中的压力是循环泵的压头形成的,液相炉本身并不承受压。有机热载体炉仍属于受监察设备,这种设备的危险性在于爆炸和泄漏引起火灾事故。例如1999年8月10日某化工厂正在升温运行的一台有机热载体炉突然发生爆炸,锅壳与下脚圈和冲天管连接焊缝全部开裂,造成一人死亡,原因是质量不合格,结构不合理,锅壳最高处无排气阀,密封性不好等。又如1999年7月某化工企业一台型号为DSSZL3.5-1.0/320-W有机热载体气相炉发生爆管,引起火灾,造成经济损失30万元,原因为设计液位低,安装时应该保温的管子没有保温,两个原因造成水平对流管干烧爆管。


  
  

 

一、有机热载体炉危险因素分析

 


  
  质量问题
  
  近几年来,随着我国经济的发展,有机热载体炉的使用越来起广泛,数量越来越多,生产厂家迅速发展,而且也很混乱。据调查,全国生产有机热载体炉厂近70家:这些厂家有的是无锅炉制造许可证,有的无压力容器制造许可证,有的既无锅炉制造许可证也无压力容器制造许可证,而后者竟占40%。由于大多数厂家不具有的生产资格,因此会引发有机热载体炉质量的问题,如焊接质量不合格、结构不合理、强度不足、安全附件存在问题等,从而产生了一些不必要的事故
  
  有机热载体变质
  
  有机热载体热稳定性和氧化安定性是评价导热油的两个重要指标,使用过程中会发生氧化反应和热裂解反应。液相强制循环热载体炉最容易发生热载体过早变质问题,甚至仅使用一两年就变质老化,不仅造成重大经济损失,还会导致锅炉受热面过热、爆管,进而引起火灾。
  
  造成导热油变质的原因如下:(1)局部过热发生热裂解。导热油超过其规定的最高使用温度便会局部过热,产生热分解和缩聚,析出碳,闪点下降,颜色变深,粘度增大,残碳含量升高,传热效率下降,结焦老化。(2)氧化。导热油与空气中的氧气接触发生氧化反应,生成有机酸并缩聚成胶泥,使粘度增加,不仅降低介质的使用寿命,而且造成系统酸性腐蚀,影响安全运行。导热油的氧化速度与温度有关,在70℃以下,氧化不明显,超过100℃时,随着温度的升高,导热油氧化速度加快,并迅速失效。
  
  导热油使用多年后,由于受热分解、碳聚合形成炉管结焦,使管内径缩小而造成导热油流量降低,循环泵克服的阻力增大,严重时会导致堵塞炉管;另一方面生成的大分子缩合物使导热油的粘度增高,炉管结焦,热阻增大会导致炉管寿命降低。
  
  循环泵的不配套
  
  导热油系统采用的循环泵小,导致导热油的流速出降低,影响传热。再者,循环泵的磨损造成理论的泵输送量的降低,也减少了导热油的循环速度。
  
  法兰连接、焊接质量、密封存在问题
  
  有机热载体炉元件之间应尽量采用焊接连接,以防止渗漏。一些产品仍然采用法兰连接。一些生产厂家对炉管的主焊缝仍采用手工电弧焊,难以保证焊接质量,而且焊缝外观形状、几何尺寸也较差,而且易发生泄漏事故。如果必须采用法兰连接,法兰连接处是泄漏的主要薄弱环节,密封不当会引起火灾、中毒事故。
  
  超压
  
  在启动过程中,随着有机热载体的加热,溶解在其中的其他气体或水分逐渐分离出来,可能造成超压和爆沸事故。加入导热油中水分大量蒸发而造成油路气塞、循环不畅,引起爆沸事故。对于气体炉,联苯中如含有水分,在启动加热升压时,水分迅速汽化,炉内的压力急剧上升而导致无法控制的程度,引起爆炸事故,我国曾发生过多起此类事故。
  
  安全附件缺无、不齐、失灵
  
  据以调查,有的有机热载体炉没有按规定安装安全阀、液面计、自动保护装置,或已经按规定安装安全附件,但没有定期检验和检查,处于失灵状态,由此也曾酿成过爆炸和泄漏火灾事故。
  
  

 

二、有机热载体炉安全控制措施

 


  
一、确保有机热载体炉产品质量

 


  
  1.生产厂家必须具有制造许可证
  
  有机热载体炉生产厂家必须具有制造许可证,使用厂家也必须购买具有生产资质的厂家生产的产品。
  
  2.有机热载体炉的强度计算和结构设计方面
  
  所有的气相炉都是承压的,而液相炉则分为承压注入式和不承压抽吸式两种。有机热载体炉的元件不论承压与否,均应按现行锅炉强度计算标准进行计算,其设计压力为工作压力加0.3MPa,且不小于0.59MPa。除设计压力外,其计算公式、参量的选取、系数的确定都按《水管锅炉受压元件强度计算》和《锅壳壳式锅炉受压元件强度计算》相应标准进行。
  
  结构设计、产品焊缝机械性能试验必须满足《有机热载体炉安全技术监察规程》要求。
  
  3.压力试验
  
  有机热载体炉在制造单位组装后以及在使用单位安装、修理后均进行压力试验。
  
  压力试验分为水压试验、液压试验和气密性试验。无论是气体炉还是液体炉,在制造单位均要进行水压试验,在使用单位只能进行液压试验,不宜进行水压试验。对于气体炉,在制造单位和使用单位还要进行气密性试验,检查非焊接连接部位的密封情况。气密试验方法和要求参照压力容器的有关规定进行。对于液体炉,均不要求进行气密性试验。
  
  气密性试验的试验压力取气体炉的工作压力;水压试验压力取有机热载体炉工作压力的1.5倍。
  
  4.严格控制焊接质量
  
  由于有机热载体易渗漏、易燃烧,对有机热载体炉焊接要求比以水为介质锅炉要求高,应严格控制焊接质量,焊接要求和无损探伤必须满足《有机热载体炉安全技术监察规程》的要求。
  
  5.安全装置要齐全、灵敏、可靠
  
  安全阀、液面计、压力表、温度计、排污装置、膨胀器、自动保护装置等的选取、安装、检验、维护必须满足《有机热载体炉安全技术监察规程》的有关规定。
  
  

 

避免导热油变质的措施

 


  
  1.保证导热油质量
  
  对有机热载体的性能指标严格控制,主要有粘度、闪点、残碳、酸值。
  
  2.控制导热油的流速
  
  导热油在热油炉中的流动应为稳定状态,并具有一定的流速。流速越慢,边界层越厚,该处介质温度与主流温度之差越大,就会造成管壁超温,加速导热油变质、失效。主要措施为循环油泵的流量与杨程应保证导热油在热油炉中必要的流速。热油炉运行中,循环油泵不允许停止,泵的应定期维护保养。
  
  3.控制导热油的温度
  
  应保证热油炉出口处导热油的温度不得超过最高使用温度,热油炉的最高膜温应小于允许油膜温度,膜温与导热油主流体温度应始终存在一个温度差(一般20~30℃左右)。为防止膜温过高,避免导热油分解、聚合、结焦及老化,主要措施有:(1)开始点火升温时,因油温低,粘度大,油膜较厚,必须严格控制升温速度,一般应在40—50℃/h以下,火焰应均匀,避免局部热负荷集中;(2)在热负荷降低或暂时停用时应打开旁路回油调节阀,调节系统流量,使热油炉管内的导热油具有足够的流量和流速;(3)任何情况下均不允许超负荷运行。(4)正常停炉时,循环泵要继续运转一段时间,打开旁路,以使导热油继续流动,停止送风、引风,待油温降至100℃以下时,循环油泵方可停转。(5)有机热载体炉应定期清灰。(6)定期检查、检验、维护热油炉监测仪表,使其灵敏、准确、可靠。
  
  4.避免导热油氧化
  
  通常设置高位膨胀槽,用以隔绝高温热载体直接与空气接触。高位槽可充氮保护,无充氮保护的,应保持一定液位,并装有最低液位报警器。
  
  5.在循环泵人口处应装过滤器
  
  在循环泵人口处应装过滤器,滤芯材料应能滤去悬浮状态的聚合物。过滤器应便于拆卸、更换。
  
  6.停电保护
  
  突然停电时,必须采取有效的安全防护措施,避免导热油超温、受热面金属发生过热,主要措施有:(1)打开所有炉门,迅速将炉膛内的燃料取出,使大量冷风进入炉膛,迅速降低炉温。同时迅速关闭出油总阀,打开放油阀门,将高温油缓慢放人储油槽,并让膨胀油槽中的冷油慢慢流入锅炉,及时带走热量;(2)配置备用电源或汽油机带动的备用油泵,一旦停电立即起动,
  
  7.定期化验
  
  应定期测定和分析导热油理化指标,及时掌握油的品质变化情况,分析变化原因。有机热载体在使用过程中每项性能指标值超过一定范围,必须更新或再生,否则不能再继续使用。
  
  8.补充新油
  
  定期适当补充新导热油可以使系统中的残油量基本保持稳定。补充的导热油应为同一厂家生产的同一牌号产品,不同的有机热载体不宜混合使用。在热态运转的系统内,不能直接加入未经脱水的冷介质。加入锅炉中的导热油必须预先煮过以排除水分。
  
  9.定期清洗
  
  对导热油系统进行彻底清洗,清除管壁内的积碳,以降低炉管阻力。
  
  运行管理控制
  
  1.用单位应根据《有机热载体炉安全技术监察规程》的要求制定运行操作规程,并严格执行。操作人员必须经培训合格,持证上岗。
  
  2.确保法兰连接密封性能好
  
  为了保证法兰连接处的严密性,应采用槽式法兰或平焊钢法兰,而且公称压力不低于1.6MPa。如果有机热载体使用温度超过300℃时,应选用公称压力高一档的法兰。所有非焊接连接部件的密封填料不准采用石棉制品,推荐采用金属网缠绕石墨垫片或膨胀石墨复合垫片。
  
  3.有机热载体炉启动中气体应反复排放
  
  有机热载体炉在启动中要反复打开排气阀,用来清除炉中的空气、水与有机热载体混合蒸汽。
  
  4.定期检验
  
  有机热载体炉应根据规定进行检验,对检验中发现的问题及时处理。

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