劉麗紅 傅勁清 殷先華 張希旺

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 長沙 410111）

一起有機(jī)熱載體鍋爐介質(zhì)泄漏事故分析

劉麗紅 傅勁清 殷先華 張希旺

（湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 長沙 410111）

針對(duì)一起有機(jī)熱載體鍋爐介質(zhì)泄漏事故，通過事故現(xiàn)場檢查、破口宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相分析、介質(zhì)化驗(yàn)分析闡述了有機(jī)熱載體鍋爐泄漏事故的起因。分析認(rèn)為，由于運(yùn)行管理不善、輔助裝置選型不當(dāng)、自動(dòng)控制和保護(hù)裝置失靈，導(dǎo)致介質(zhì)嚴(yán)重過熱裂解和變質(zhì)，進(jìn)而管壁超溫過熱，最終造成泄漏事故。結(jié)合鍋爐檢驗(yàn)方面的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了有機(jī)熱載體鍋爐安全使用的建議以及相關(guān)措施，對(duì)其安全管理具有參考意義。

有機(jī)熱載體鍋爐 介質(zhì)泄漏 事故原因分析 預(yù)防措施

1 引言

有機(jī)熱載體鍋爐是一種以導(dǎo)熱油為熱載體的鍋爐，具有低壓力獲得高溫度的優(yōu)點(diǎn)，在我國目前得到廣泛應(yīng)用。但是在運(yùn)行管理過程中由于頻繁啟停爐、輔助裝置選型不當(dāng)，自動(dòng)控制和保護(hù)裝置失靈、介質(zhì)嚴(yán)重過熱裂解和變質(zhì)等原因有機(jī)熱載體泄漏事故時(shí)有發(fā)生，下面就一起介質(zhì)泄漏事故進(jìn)行分析。

2 事故情況

某企業(yè)一臺(tái)有機(jī)熱載體鍋爐型號(hào)為YGL-1400MA，其技術(shù)參數(shù)為：額定熱功率1400KW；額定壓力1.0MPa；額定溫度300℃，燃料為煙煤、木材；使用代號(hào)為L-QB300的有機(jī)熱載體。運(yùn)行兩年后發(fā)現(xiàn)有機(jī)熱載體爐內(nèi)有間斷明火出現(xiàn)，檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)盤管第一圈（從爐膛下往上數(shù)）位于爐后側(cè)看火孔部位，一處管子滲漏滴油，由于正值下班，鍋爐已壓火停用，僅僅是爐渣殘火引起油滴自燃；使用方即與鍋爐制造廠方聯(lián)系，于次日對(duì)滲漏管子進(jìn)行了堆焊堵漏處理。繼續(xù)使用后，于第三天運(yùn)行當(dāng)中，在內(nèi)盤管的同一圈位于鍋爐前側(cè)看火孔部位，一處管子泄漏，噴出的熱油，引起爐膛大火，后經(jīng)公安消防將火撲滅。

此外，該鍋爐于運(yùn)行一年后對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行了更換并采用DF-104強(qiáng)力清洗劑對(duì)該爐進(jìn)行了化學(xué)清洗。

3 現(xiàn)場檢查

該鍋爐安裝時(shí)按用戶要求，配套輔助裝置及其自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)裝置利用原停用的YLL-700MA有機(jī)熱載體鍋爐已有的兩臺(tái)循環(huán)泵和一臺(tái)控制柜，采用三通并聯(lián)接入，未作變動(dòng)（見圖1、圖2）。

圖1 兩臺(tái)鍋爐采用三通并聯(lián)接入

圖2 事故鍋爐全貌

兩臺(tái)循環(huán)泵主要運(yùn)行技術(shù)參數(shù)如下：

型號(hào)：RY100-65-200； 流量：80m3/h；揚(yáng)程：40m；功率：12.5kW。

型號(hào)：RY100-65-230, 流量：100m3/h，揚(yáng)程：55m，功率：19.5kW。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐已停用并已冷卻至常溫，而控制柜上的遠(yuǎn)程排煙溫度表仍顯示達(dá)500℃以上。經(jīng)查，控制柜中有部分自動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)裝置功能失靈，壓差報(bào)警裝置、超溫報(bào)警和自動(dòng)停爐保護(hù)裝置均已損壞。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和查閱鍋爐相關(guān)檔案資料并按該鍋爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所要求的最低流速校核計(jì)算[1][2]發(fā)現(xiàn)，所使用的現(xiàn)有規(guī)格型號(hào)的一臺(tái)循環(huán)泵的流量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且未考慮整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)管道設(shè)備的總阻力并留有一定的富裕能力，不能滿足鍋爐正常運(yùn)行的需要。這說明了鍋爐制造單位在對(duì)系統(tǒng)中循環(huán)泵的選型錯(cuò)誤，使盤管內(nèi)介質(zhì)流速達(dá)不到設(shè)計(jì)計(jì)算的最低要求，不可避免地導(dǎo)致介質(zhì)過熱裂解。

因控制柜主要自動(dòng)控制和保護(hù)裝置失靈，當(dāng)鍋爐管內(nèi)介質(zhì)流速下降，或管壁積碳嚴(yán)重引起介質(zhì)吸熱效率下降、阻力增加，或用熱設(shè)備用熱量發(fā)生變化，產(chǎn)生壓差變化時(shí)，壓差報(bào)警值設(shè)置不合理或壓差報(bào)警裝置失靈，不能及時(shí)報(bào)警和調(diào)整燃燒，將導(dǎo)致介質(zhì)過熱裂解與炭化；介質(zhì)出口溫度超溫時(shí)，超溫報(bào)警和自動(dòng)停爐保護(hù)裝置失靈，不能自動(dòng)報(bào)警和及時(shí)停爐，也會(huì)導(dǎo)致鍋爐介質(zhì)經(jīng)常處于超溫狀態(tài)下運(yùn)行。

4 檢驗(yàn)與分析

4.1 破口宏觀檢查

對(duì)泄漏處管子現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，破口位于管子向火側(cè)，呈橫向開裂，長度25mm，破口邊沿?zé)o明顯變形，破口周圍表面有熔融金屬堆積現(xiàn)象（見圖3（a））；在破口處割樣檢查發(fā)現(xiàn)，沿破口及其管子內(nèi)壁向火側(cè)積碳嚴(yán)重，且沿破口和管壁向火側(cè)均伴隨有明顯壁厚減薄現(xiàn)象（見圖4），在割樣截取的管子一端，距破口110mm處，沿周向測厚最大值3.5mm，最小值2.8mm；同一截面處管子最大最小直徑分別為57.5mm和55.0mm，未見明顯漲粗現(xiàn)象。

圖3 管子破口外觀形態(tài)及第一次滲漏管子堆焊情況

圖4 破口處及管子內(nèi)壁積碳和壁厚減薄情況

管子向火側(cè)存在表面氧化皮橫向龜裂現(xiàn)象（見圖5），龜裂狀為熱疲勞破壞的典型特征，表明管子存在一定程度的熱疲勞現(xiàn)象。由于每天一班或兩班運(yùn)行，頻繁啟停爐產(chǎn)生的熱應(yīng)力引起低周疲勞，在管子向火側(cè)形成疲勞裂紋源，從而加速了管子的橫向開裂。

圖5 管子外壁向火側(cè)氧化皮龜裂現(xiàn)象

從宏觀檢查分析得出，在管子內(nèi)壁向火側(cè)積碳嚴(yán)重，管子外側(cè)有表面氧化皮橫向龜裂的熱疲勞現(xiàn)象。另外，內(nèi)盤管第一圈位于爐后側(cè)看火孔部位處首先泄漏，鍋爐制造單位進(jìn)行了補(bǔ)焊（見圖3（b）），而補(bǔ)焊后的第二天在內(nèi)盤管的同一圈另外一處管子泄漏，說明此一圈盤管的質(zhì)量已經(jīng)存在安全隱患。

4.2 破口處化學(xué)成分分析

在割樣截取的管子一端取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，與GB/T 699標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較未見異常。成分分析結(jié)果見表1。

表1 化學(xué)成分分析

4.3 破口處金相分析

在管子向火側(cè)破口處和管端背火側(cè)分別取樣做金相檢查，當(dāng)切割3#試樣時(shí)相鄰管壁有部分出現(xiàn)脆裂破碎（見圖6）；金相分析發(fā)現(xiàn)，管端背火側(cè)金相組織均為鐵素體＋珠光體，呈帶狀分布,無明顯異常組織（見圖7），但破口處組織中的珠光體區(qū)域中的碳化物已明顯分散，并且向晶界聚集，珠光體形態(tài)尚保留，說明珠光體已明顯球化?？梢宰C明破口處管壁存在超溫過熱現(xiàn)象，致使管子材質(zhì)性能嚴(yán)重惡化，塑性韌性急劇下降，脆性顯著增加，在管子內(nèi)應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致管子破裂，從而引起事故的發(fā)生。

圖6 金相試樣截取圖

圖7 金相分析圖

4.4 介質(zhì)化驗(yàn)分析

在事故現(xiàn)場從火災(zāi)后的盤管中取殘存的介質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，與使用前導(dǎo)熱油驗(yàn)證性檢驗(yàn)結(jié)果（油品已經(jīng)過型式試驗(yàn)）進(jìn)行了比較（見表2）。

表2 L-QB300導(dǎo)熱油使用前后化驗(yàn)結(jié)果與質(zhì)量指標(biāo)

從表2油質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果分析可知，導(dǎo)熱油使用前導(dǎo)熱油驗(yàn)證性檢驗(yàn)結(jié)果符合GB23971-2009質(zhì)量指標(biāo)的要求，但從盤管中取殘存介質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果來看，導(dǎo)熱油中殘?zhí)?、酸值、粘度、閃點(diǎn)四項(xiàng)指標(biāo)的化驗(yàn)結(jié)果有三項(xiàng)不合格，且其分解成份的含量均已分別超過GB23971-2009標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)的1680%（殘?zhí)浚?100%（酸值）和263%（運(yùn)動(dòng)粘度），說明介質(zhì)已發(fā)生嚴(yán)重裂解和變質(zhì)現(xiàn)象[3]，這與管子損傷機(jī)理分析及其金相組織變化情況是一致的，進(jìn)一步證明管壁存在超溫過熱的客觀條件。

5 原因分析與預(yù)防措施

從以上分析可知，最初由于該鍋爐系統(tǒng)配套的循環(huán)泵，選型達(dá)不到設(shè)計(jì)和安全技術(shù)規(guī)范的要求，導(dǎo)致循環(huán)泵的揚(yáng)程不能有效克服整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)管道設(shè)備的總阻力，使盤管內(nèi)介質(zhì)流速達(dá)不到設(shè)計(jì)計(jì)算的最低要求。加上控制柜主要自動(dòng)控制和保護(hù)裝置失靈，當(dāng)鍋爐管內(nèi)介質(zhì)流速下降時(shí)，不能及時(shí)報(bào)警和調(diào)整燃燒，導(dǎo)致鍋爐介質(zhì)經(jīng)常處于超溫狀態(tài)下運(yùn)行。而管子損傷的機(jī)理正是在管材超溫過熱導(dǎo)致性能劣化的基礎(chǔ)上，加之管子向火側(cè)管壁由于高溫氧化引起的壁厚減薄導(dǎo)致強(qiáng)度下降、附加熱應(yīng)力的存在導(dǎo)致熱疲勞裂紋源、以及材料不可避免地存在局部組織與性能的不均勻性和微觀缺陷，在管子內(nèi)應(yīng)力的共同作用下，最終導(dǎo)致管子首先從最薄弱的部位發(fā)生破壞。

為預(yù)防有機(jī)熱載體鍋爐此類事故的發(fā)生，應(yīng)采用必要的預(yù)防措施：

1）鍋爐使用單位加強(qiáng)運(yùn)行管理，確保安全附件和安全保護(hù)裝置可靠有效，例如壓差報(bào)警裝置、循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)停爐保護(hù)裝置，應(yīng)經(jīng)常試驗(yàn)；運(yùn)行時(shí)如果出現(xiàn)壓差過低報(bào)警，應(yīng)立即停爐檢查，防止熱載體因流速降低而造成超溫裂解。

2）有機(jī)熱載體應(yīng)定期取樣化驗(yàn)，確保殘?zhí)?、酸值、運(yùn)動(dòng)粘度等各項(xiàng)品質(zhì)符合GB23971-2009標(biāo)準(zhǔn)的要求，否則應(yīng)進(jìn)行再生處理或更換。

3）鍋爐的化學(xué)清洗過程必須由專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行，并根據(jù)實(shí)際積碳情況制定清洗方案，清洗過程應(yīng)嚴(yán)加監(jiān)控，防止欠洗和過洗，還要經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)的監(jiān)督檢驗(yàn)以滿足TSG G0001-2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》8.1.11的要求。

4）鍋爐制造單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理選擇系統(tǒng)輔機(jī)裝置，以防止由于輔機(jī)參數(shù)達(dá)不到要求而造成鍋爐運(yùn)行異常，進(jìn)而發(fā)生此類事故。

[1] JB/T 8659—1997 熱水鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法[S].

[2] GB/T 17410—2008 有機(jī)熱載體爐[S].

[3] 張友健.液相有機(jī)熱載體鍋爐運(yùn)行中的常見問題[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010(21).

Analysis for a Medium Leaking Accident of Organic Heat Carrier Boiler

Liu Lihong Fu Jinqing Yin Xianhua Zhang Xiwang
(Hunan Special Equipment Inspection & Testing Research Institute Changsha 410111)

Aiming at an organic heat carrier boiler medium leakage accident, the cause of the accident was discussed and analyzed by field examining of the accident, crevasse macroscopic inspection, chemical composition analysis, metallographic analysis and medium laboratory analysis. The cause of this accident was considered as the operation of mismanagement, improper selection of auxiliary device, automatic control and protection device malfunction, resulting in serious overheating medium cracking and deteriorating, and the wall temperature of overheating, eventually leading to leakage accident. Combining with the work experience of boiler inspection, the suggestion and related measures for organic heat carrier boiler safety were put forward, which had the reference significance to the safety management.

Organic heat-carrying boiler Medium leakage Accident analysis Precaution

X933.2

B

1673-257X(2015)09-0062-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.014

劉麗紅(1978～),女，碩士，工程師，主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測工作。

2015-05-28）