何涇渭 王義壯 曹現(xiàn)福

(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院 東莞 523416)

一例有機(jī)熱載體快速氧化變質(zhì)的分析及處置建議

何涇渭 王義壯 曹現(xiàn)福

(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院 東莞 523416)

本文對(duì)一例開(kāi)式傳熱系統(tǒng)有機(jī)熱載體酸值短期內(nèi)超標(biāo)的事故原因進(jìn)行了分析，提出了系統(tǒng)循環(huán)泵的揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力特性不匹配和膨脹槽的高度不足導(dǎo)致膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體溫度偏高是主要原因，給出系統(tǒng)改進(jìn)的措施和建議，并對(duì)本例事故反映的有機(jī)熱載體鍋爐普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析闡述。

有機(jī)熱載體 酸值 氧化 循環(huán)泵 系統(tǒng)阻力 膨脹槽高度

有機(jī)熱載體鍋爐傳熱系統(tǒng)膨脹槽的主要作用是容納系統(tǒng)中有機(jī)熱載體從環(huán)境溫度升高到工作溫度時(shí)的膨脹量,在運(yùn)行過(guò)程中排水脫氣,給循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充有機(jī)熱載體,同時(shí),膨脹槽與膨脹管內(nèi)的有機(jī)熱載體液柱可以為循環(huán)系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)撵o壓力,以平衡各部分間的壓力變化[1-2],《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG G0001—2012)中對(duì)膨脹槽的容積、承受壓力、閥門(mén)設(shè)置以及相關(guān)尺寸都有嚴(yán)格規(guī)定。從有機(jī)熱載體的使用壽命、節(jié)能、安全等方面考慮,現(xiàn)在一般建議有機(jī)熱載體傳熱系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng),但實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中,還是發(fā)現(xiàn)很多開(kāi)式傳熱系統(tǒng)(企業(yè)或安裝公司為節(jié)省一次性投資和貪圖方便)。開(kāi)式傳熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便,缺點(diǎn)是膨脹槽與大氣相通,在高溫環(huán)境下,有機(jī)熱載體容易氧化變質(zhì),表現(xiàn)為酸值升高,大大縮短有機(jī)熱載體的使用壽命,影響鍋爐安全運(yùn)行。本文是對(duì)一臺(tái)開(kāi)式傳熱系統(tǒng)的新裝鍋爐有機(jī)熱載體酸值短期升高較快的原因分析及對(duì)傳熱系統(tǒng)的改進(jìn)建議。

1 情況說(shuō)明

某食品公司新安裝了一臺(tái)型號(hào)為YY(Q)W-1400Y(Q)的有機(jī)熱載體鍋爐,采用開(kāi)式傳熱系統(tǒng),使用產(chǎn)品代號(hào)為L(zhǎng)-QB300的有機(jī)熱載體,圖1為系統(tǒng)示意圖。未使用有機(jī)熱載體有型式試驗(yàn)報(bào)告,經(jīng)驗(yàn)證性檢驗(yàn)判定為合格,但鍋爐首次運(yùn)行三個(gè)月后,酸值就超過(guò)1.5mgKOH/g(在用有機(jī)熱載體酸值大于1.5mgKOH/g應(yīng)停止使用),使用單位自檢查明是鍋爐正常運(yùn)行后,膨脹槽上的輔助排氣管道閥門(mén)未關(guān)閉引起;清洗系統(tǒng)后,重新更換相同牌號(hào)的有機(jī)熱載體,使用前驗(yàn)證檢驗(yàn)酸值為0.031mgKOH/g(未使用有機(jī)熱載體合格標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.05mgKOH/g),使用20天后,酸值就達(dá)到0.622mgKOH/g(安全警告值為0.5mgKOH/g～1.5mgKOH/g)。在鍋爐及傳熱系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,有機(jī)熱載體不應(yīng)該出現(xiàn)短期內(nèi)氧化如此快的情況。酸值升高表明油品存在氧化變質(zhì),因氧化產(chǎn)物具有更低的熱穩(wěn)定性,且粘度、酸值、閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等物性參數(shù)均不同于有機(jī)熱載體,容易導(dǎo)致傳熱惡化和引起安全事故[2]。

圖1 有機(jī)熱載體爐示意圖

圖2 膨脹槽生銹外觀

圖3 膨脹管照片

圖 4 膨脹管示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及原因分析

1)對(duì)有機(jī)熱載體鍋爐及傳熱系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查,發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn):一是新裝系統(tǒng)不到半年,膨脹槽下部70%外觀已經(jīng)嚴(yán)重生銹(見(jiàn)圖2);二是鍋爐在額定工況下運(yùn)行,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得膨脹槽液面附近溫度為118℃。因開(kāi)式傳熱系統(tǒng)中,膨脹槽內(nèi)的有機(jī)熱載體直接與大氣接觸,會(huì)發(fā)生氧化變質(zhì),而溫度升高會(huì)加快有機(jī)熱載體的氧化變質(zhì)速率,同時(shí),氧化產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性低,對(duì)氧化變質(zhì)有催化加速作用,如能控制膨脹槽內(nèi)液面溫度在70℃以下,可以大大降低氧化速度。

2)進(jìn)一步勘查發(fā)現(xiàn):鍋爐運(yùn)行時(shí),循環(huán)泵進(jìn)口和鍋爐出口之間的壓差偏大,打開(kāi)主供油管和主回油管之間的調(diào)節(jié)閥門(mén),該壓差無(wú)明顯下降。推斷該系統(tǒng)所用循環(huán)泵的揚(yáng)程過(guò)大,與循環(huán)管道的流動(dòng)阻力特性不匹配,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,循環(huán)管道內(nèi)有機(jī)熱載體壓力偏高,更易通過(guò)膨脹管進(jìn)入膨脹槽,加劇循環(huán)管道內(nèi)高溫有機(jī)熱載體與膨脹槽內(nèi)低溫有機(jī)熱載體的交換,使膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體溫度升高,加快其氧化變質(zhì)速率。

3)同時(shí)發(fā)現(xiàn)膨脹槽的相對(duì)高度偏低,膨脹槽的底部與油氣分離器的垂直距離約為1.7m,其中膨脹管豎直段約0.5m,見(jiàn)圖3和圖4。分析由于膨脹槽高度不足,不能提供足夠的靜壓力和有效減緩油氣分離器與膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體的對(duì)流,而循環(huán)泵揚(yáng)程過(guò)大又進(jìn)一步加劇了對(duì)流,從而導(dǎo)致膨脹槽內(nèi)溫度偏高,引起膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體的快速氧化變質(zhì)。圖3為現(xiàn)場(chǎng)膨脹槽管道照片,中間為膨脹管,左右為溢流管,圖4為膨脹槽位置示意圖。

上述第2)和3)也是該系統(tǒng)首次運(yùn)行三個(gè)月內(nèi),有機(jī)熱載體酸值即達(dá)到停止使用標(biāo)準(zhǔn)的重要原因之一。

4)此外,該系統(tǒng)投用時(shí),安裝單位沒(méi)有加密循環(huán)泵入口過(guò)濾網(wǎng),不能有效過(guò)濾并除掉管道、鍋爐及容器內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)。循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)會(huì)造成循環(huán)泵葉輪損傷,并且會(huì)在循環(huán)管道內(nèi)沉積,影響有機(jī)熱載體的正常循環(huán)流動(dòng)。

3 處置措施

本例中,要有效減緩有機(jī)熱載體氧化變質(zhì)速率,關(guān)鍵是降低膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體溫度,故建議:一是針對(duì)循環(huán)泵的揚(yáng)程與系統(tǒng)不匹配的情況,可調(diào)整循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)或者選擇揚(yáng)程合適的循環(huán)泵,以降低循環(huán)管道內(nèi)流體壓力,防止高溫有機(jī)熱載體進(jìn)入膨脹槽,造成膨脹槽高溫,加快有機(jī)熱載體氧化變質(zhì)速率;二是增加膨脹管的有效高度,提高系統(tǒng)靜壓力,平衡循環(huán)系統(tǒng)的壓力變化,減緩膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體與傳熱系統(tǒng)內(nèi)高溫有機(jī)熱載體的對(duì)流,降低膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體溫度。

此外,將開(kāi)式傳熱系統(tǒng)改為閉式,即采用“氮封”或“油封”的方式,將膨脹槽內(nèi)有機(jī)熱載體與空氣隔絕,也可防止有機(jī)熱載體繼續(xù)氧化變質(zhì)。閉式傳熱系統(tǒng)需要有可靠的泄壓裝置,并要有措施確?！暗狻被颉坝头狻钡挠行?對(duì)傳熱系統(tǒng)管理水平和操作人員的技術(shù)要求較高。

[3]提出了一種將開(kāi)式系統(tǒng)改成半開(kāi)式系統(tǒng)的處理建議,具體做法為:徹底封閉膨脹槽,在低位槽中間上部加一豎直隔板,浸入低位槽內(nèi)有機(jī)熱載體液面以下,底部保持互通,膨脹槽的溢流管與低位槽豎直隔板一側(cè)相連,在另一側(cè)設(shè)置放空管,與大氣相通。系統(tǒng)運(yùn)行前,低位槽隔板左右兩側(cè)液位相平;系統(tǒng)運(yùn)行后,由于循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)熱載體受熱膨脹進(jìn)入膨脹槽,將膨脹槽上方的氣體擠壓至低位槽,低位槽溢流管側(cè)液面下降,放空管側(cè)液面上升;系統(tǒng)停止運(yùn)行降溫后,各部分液位又回到初始狀態(tài)。該方法需預(yù)先在低位槽設(shè)置隔板,并要保證低位槽的有機(jī)熱載體儲(chǔ)量足夠多,同時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)平穩(wěn),否則各液位難以復(fù)原。

4 總結(jié)

本案例是比較典型的由于循環(huán)泵與系統(tǒng)流動(dòng)阻力系數(shù)不匹配而導(dǎo)致在用有機(jī)熱載體氧化變質(zhì)加速的情況,并且由于高位槽的有效高度不足,進(jìn)一步加劇了氧化速率,才得以在有機(jī)熱載體的首次定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,避免了更大安全事故的發(fā)生。通過(guò)原因及處理建議的分析,提示大家在有機(jī)熱載體鍋爐的設(shè)計(jì)、安裝、使用及檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題:

1)在有機(jī)熱載體傳熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時(shí),應(yīng)注意循環(huán)泵的選型與循環(huán)系統(tǒng)的流動(dòng)阻力系數(shù)相匹配。選擇循環(huán)泵,不僅要考慮泵的流量、揚(yáng)程、功率等參數(shù)與有機(jī)熱載體裝填量、熱力特性和鍋爐的匹配,同時(shí)還應(yīng)該與循環(huán)系統(tǒng)的阻力特性相適應(yīng)。在保證鍋爐受熱面有機(jī)熱載體安全流量的基礎(chǔ)上,循環(huán)泵揚(yáng)程不能過(guò)高。

2)在有機(jī)熱載體傳熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時(shí),高位槽的高度應(yīng)與循環(huán)泵的揚(yáng)程及整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的流動(dòng)阻力系數(shù)相適應(yīng)?！跺仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(TSG G0001—2012)雖然取消了對(duì)高位槽高度的具體要求,并不代表高位槽的高度可以隨意設(shè)置,按照設(shè)備和管道的布局和設(shè)計(jì)應(yīng)滿足“避免和防止系統(tǒng)中有機(jī)熱載體發(fā)生超溫和氧化”的原則,高位槽的高度應(yīng)該與有機(jī)熱載體循環(huán)流動(dòng)時(shí)的靜壓力相適應(yīng),以有效減緩膨脹管道內(nèi)的對(duì)流傳熱,防止膨脹槽內(nèi)溫度過(guò)高。

3)在有機(jī)熱載體傳熱系統(tǒng)安裝和使用過(guò)程中,應(yīng)保證系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)計(jì)要求一致,需要改變系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備或管道的數(shù)量及布局結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)從系統(tǒng)全局考慮更改的影響,同時(shí)更改系統(tǒng)各相關(guān)的設(shè)備和管道的參數(shù),以滿足有機(jī)熱載體安全使用要求。

4)本例中,如參照文獻(xiàn)[3]的方法,將開(kāi)式系統(tǒng)改成半開(kāi)式系統(tǒng),一定要保證系統(tǒng)至少有一處與大氣相通,以免發(fā)生非承壓設(shè)備承壓運(yùn)行的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 施建新．試述導(dǎo)熱油鍋爐中膨脹管的功能及其設(shè)計(jì)要求[J]．工業(yè)鍋爐， 1995(03)： 45-53．

[2] 郭元亮，童有武，等．《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》釋義[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2 013：256-265．

[3] 任利國(guó)．有機(jī)熱載體爐膨脹系統(tǒng)的改進(jìn)[J]． 工業(yè)鍋爐， 2003(03)： 49-50．

Analysis of Rapid Oxidation of Heat Transfer Fluid in a Newly Built Boiler and Its Improving Suggestion

He Jingwei Wang Yizhuang Cao Xianfu
(Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Dongguan Branch Dongguan 523416)

In this paper, the reason for the rapid increase of acid value of heat transfer fl uid in a heat transfer fl uids boiler with an opening heating system was analyzed. It showed that mismatching pumping head with resistance of the circulatory system and the low height of expansion tank were the two main reasons. Some improving suggestions were given for the circulatory system. And common problems re fl ected from this accident were also analyzed in this paper.

Heat transfer fl uids Acid number Oxidation Circulating pump Resistance of the circulatory system Height of expansion tank

X933.2

B

1673-257X(2017)11-0051-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.11.013

何涇渭（1960～)，男，本科，總工程師，高級(jí)工程師，從事鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)及管理工作。

何涇渭，E-mail： hogingwei@126．com。

2017-04-19）