有機熱載體爐的危險分析及對策
發布時間：2011-09-30 共1頁
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，利用循環油泵，強制導熱油進行液相循環，將熱能輸送給用熱設備后，再返回加熱爐重新加熱。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、節能的特點，可以精密地控制工作溫度，無需水處理設備，系統中熱的利用率高，運行和維修方便，便于鍋爐房布置。現已越來越多地應用于石油化工、紡織印染、輕工、建材等工業領域。由于設計、制造、使用中的問題，以及管理水平較低，曾發生一些危及安全的事故。
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；液相爐及系統中的壓力是循環泵的壓頭形成的，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月某化工企業一臺型號為DSSZL3.5-1.0/320-W有機熱載體氣相爐發生爆管，引起火災，造成經濟損失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，隨著我國經濟的發展，有機熱載體爐的使用越來起廣泛，數量越來越多，生產廠家迅速發展，而且也很混亂。據調查，全國生產有機熱載體爐廠近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%。由于大多數廠家不具有的生產資格，因此會引發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，從而產生了一些不必要的事故
有機熱載體變質
有機熱載體熱穩定性和氧化安定性是評價導熱油的兩個重要指標，使用過程中會發生氧化反應和熱裂解反應。液相強制循環熱載體爐最容易發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）局部過熱發生熱裂解。導熱油超過其規定的最高使用溫度便會局部過熱，產生熱分解和縮聚，析出碳，閃點下降，顏色變深，粘度增大，殘碳含量升高，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，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。
循環泵的不配套
導熱油系統采用的循環泵小，導致導熱油的流速出降低，影響傳熱。再者，循環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，以防止滲漏。一些產品仍然采用法蘭連接。一些生產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節，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而造成油路氣塞、循環不暢，引起爆沸事故。對于氣體爐，聯苯中如含有水分，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，我國曾發生過多起此類事故。
安全附件缺無、不齊、失靈
據以調查，有的有機熱載體爐沒有按規定安裝安全閥、液面計、自動保護裝置，或已經按規定安裝安全附件，但沒有定期檢驗和檢查，處于失靈狀態，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品質量
1. 生產廠家必須具有制造許可證
有機熱載體爐生產廠家必須具有制造許可證，使用廠家也必須購買具有生產資質的廠家生產的產品。
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、產品焊縫機械性能試驗必須滿足《有機熱載體爐安全技術監察規程》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察規程》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察規程》的有關規定。
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、殘碳、酸值。
2．控制導熱油的流速
導熱油在熱油爐中的流動應為穩定狀態，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，循環油泵不允許停止，泵的應定期維護保養。
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閥，調節系統流量，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。(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．在循環泵人口處應裝過濾器
在循環泵人口處應裝過濾器，濾芯材料應能濾去懸浮狀態的聚合物。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，否則不能再繼續使用。
8．補充新油
定期適當補充新導熱油可以使系統中的殘油量基本保持穩定。補充的導熱油應為同一廠家生產的同一牌號產品，不同的有機熱載體不宜混合使用。在熱態運轉的系統內，不能直接加入未經脫水的冷介質。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《有機熱載體爐安全技術監察規程》的要求制定運行操作規程，并嚴格執行。操作人員必須經培訓合格，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規定進行檢驗，對檢驗中發現的問題及時處理。
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；液相爐及系統中的壓力是循環泵的壓頭形成的，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月某化工企業一臺型號為DSSZL3.5-1.0/320-W有機熱載體氣相爐發生爆管，引起火災，造成經濟損失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，隨著我國經濟的發展，有機熱載體爐的使用越來起廣泛，數量越來越多，生產廠家迅速發展，而且也很混亂。據調查，全國生產有機熱載體爐廠近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%。由于大多數廠家不具有的生產資格，因此會引發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，從而產生了一些不必要的事故
有機熱載體變質
有機熱載體熱穩定性和氧化安定性是評價導熱油的兩個重要指標，使用過程中會發生氧化反應和熱裂解反應。液相強制循環熱載體爐最容易發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）局部過熱發生熱裂解。導熱油超過其規定的最高使用溫度便會局部過熱，產生熱分解和縮聚，析出碳，閃點下降，顏色變深，粘度增大，殘碳含量升高，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，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。
循環泵的不配套
導熱油系統采用的循環泵小，導致導熱油的流速出降低，影響傳熱。再者，循環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，以防止滲漏。一些產品仍然采用法蘭連接。一些生產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節，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而造成油路氣塞、循環不暢，引起爆沸事故。對于氣體爐，聯苯中如含有水分，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，我國曾發生過多起此類事故。
安全附件缺無、不齊、失靈
據以調查，有的有機熱載體爐沒有按規定安裝安全閥、液面計、自動保護裝置，或已經按規定安裝安全附件，但沒有定期檢驗和檢查，處于失靈狀態，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品質量
1. 生產廠家必須具有制造許可證
有機熱載體爐生產廠家必須具有制造許可證，使用廠家也必須購買具有生產資質的廠家生產的產品。
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、產品焊縫機械性能試驗必須滿足《有機熱載體爐安全技術監察規程》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察規程》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察規程》的有關規定。
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、殘碳、酸值。
2．控制導熱油的流速
導熱油在熱油爐中的流動應為穩定狀態，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，循環油泵不允許停止，泵的應定期維護保養。
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閥，調節系統流量，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。(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．在循環泵人口處應裝過濾器
在循環泵人口處應裝過濾器，濾芯材料應能濾去懸浮狀態的聚合物。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，否則不能再繼續使用。
8．補充新油
定期適當補充新導熱油可以使系統中的殘油量基本保持穩定。補充的導熱油應為同一廠家生產的同一牌號產品，不同的有機熱載體不宜混合使用。在熱態運轉的系統內，不能直接加入未經脫水的冷介質。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《有機熱載體爐安全技術監察規程》的要求制定運行操作規程，并嚴格執行。操作人員必須經培訓合格，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規定進行檢驗，對檢驗中發現的問題及時處理。
