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1、第 2 2卷第 l 期 中国特种设备安全 l 9 导热油炉辐射管泄漏的原因及预防 余 笑枫胡 洪 ( 广州市锅炉工业公司广东5 3 0 2 5 0 ) 近几年来 笔者现场处理了一些导热油炉的炉 膛辐射管烧损泄漏故障 ， 其 中以炉型为管架式导热 油 炉居 多 。 以Y L W一 1 4 0 0 M A型 导热 油炉 为 例 ， 进 行 原 因分析 和提 出预 防措 施 。 广州市番禺区有2 家纤维板厂为其产品生产线 配 置 了Y L W一 1 4 0 0 MA 型 导热 油 炉 设 计燃 料 为 类 烟煤或木材 实际燃用木粉 和纤维板的边角余料 。 在锅炉运行不到1 年 内 就出现过3 次炉膛
2、辐射管烧 损泄漏的故障 严重影响了该厂的正常生产 和设备 安全运行。在导致产生问题 的原因中 ， 除了炉本体 结 构设 计 方 面 的影 响 因素 外 还 与导 热 油 的质 量 性 能指标下降不能继续满足使用 要求以及锅炉系统 的外 电供 应 突 然 停 止 时 导热 油 的循 环 冷 却 保 护 不 够有很大关系。 炉本体结构 、 导热油的流程如 图1 所示 ， 辐射管 出现 泄漏 的位 置 正处 在 炉膛 燃 烧 强 度最 高 的区 域 同时也是 管 内流速 最小 的辐射 管 。 门形辐射管 顶棚管 上集箱 拦 孺 管 左下 篝 箱 ， 、 - - 4 1 1 9 l I 1 I I l
3、 11 1 上 - I l l IJ l 刁 l 1上 I I lI ! 1 ll ll i I i i ii I 图 l 导 热 油 流 程 人油 2结论 1 无 论 是0 7 MP a 或 是 2 1 MP a 反 应 系 统 限流 孔 板 前 后 的压力 比 已远 远 小 于 临界 压 力 比 ，因此 无 论这个压力 比有多小 其通过限流孔板 的气体质量 流量就等于压力 比为临界压力 比时气体质量流量 该质量流量也等于最大的质量流量 ， 该孔板称其为 音 速孔 板 。 2 ) 当反应系统的压力 、 介质 、 总体积及限流孔板 尺 寸 一 定 时 ， 其 泄 压速 度 应该 是 一 定 的
4、 ， 但 实 际上 泄压速度还受到反应系统气相体积影响 ， 而反应 系 统的气相体积又与许 多因素有关 。不同的氢油 比或 者不同的循环氢量、 进料量 ， 其气相体积不 同， 气相 体积越大 ， 泄压速度越慢 ， 反之 ， 则越快 。因此反应 系统 的泄压速度是不 同的 是 围绕着某一平均值 上 下波 动 的 3 1 0 7 MP a 、 2 1 M P a 反 应 系统 限流 孔 板 的 孔 径 可 以通过理论计算得到 但 必须通过实际模拟进行修 正 ， 而 实 际模 拟越 接 近 实 际 工况 越 好 因为 在 理 论 计算 中有几个参数是 比较难确定的 ， 如介质的组成 及分子量、 系统
5、 的实际总体积及气相体积等。 参 考文 献 l 孙剑利 加氢裂化 紧急泄压系统的试验和泄压孔板 内径的 理论计算 石油炼制 与化工 ， 1 9 9 6 ， 2 7 ( 3 ) ， 6 2 6 6 2曾丹苓 。 等 工程热力学 北京 ： 人 民教育出版社 ， 1 9 8 0 ( 收稿 日期2 0 0 5 0 6 2 4 ) 维普资讯 维普资讯 第 2 2卷第 1 期 中国特种设备安全 2 1 时， v = 1 6 4 1 0 - Z s ) 。 代入式( 3 ) 后 ， 可计算 出导热油在集箱 内流动时 的雷诺数 = 1 4 8 5 3 7 ， 并由下式来判断其流动状态。 4 0 0 0 2 6
6、 9 8 ( d e ) ( 4 ) 式中： d 直径 ， ram ( 集箱内径d = 1 4 5 m m) ； 绝 对粗糙度 ， r ll i i 1 f 集箱 内壁 粗糙度8 = 0 0 4 m m ) 。 代入式( 4 ) 则有 ： 4 0 0 o 1 4 8 5 3 7 3 1 5 3 7 1 。流体流 动的雷诺数 此区间时 属于紊流光滑管 区 所 以其 沿程 流动 阻力 系数入 应 按下 式计算 ： 入 = 0 3 1 6 4 R_ ( 5 1 将 雷诺 数 R e = 1 4 8 5 3 7 代 入 式( 5 )中可 得 ： 入 = 0 0 1 6 1 2 。然后将沿程流动阻力系数
7、入 代入式f 2 1 可得： C - - o 0 3 4 4 6 。再将流动阻力系数 代入式( 1 ) 中可得最 小流 量管 子 与平 均流 量管 子进 出 口静 压偏 差 值 AS pi c =1 09 7 Pa。 对于靠近引入集箱入 口端管子 ， 出入 口的压差 减少 了1 0 9 7 P a ， 在管内则表现为导热油流动 的动压 p 减少 。 减少的这部分动压可根据下式计算 出管 内 导热 油流 动速 度的 变化 量 ； ，T r 7 2 p d= 峙苦 (6 ) 计算 时 ，先假设管 内的速度 ，再 按照管径 d = 4 5 m m和管壁粗糙度e =- 0 0 4 mm 在莫迪图上查出
8、沿 程流动 阻力系数入 ， 代入式( 6 ) 后便可求 出速度变化 值 ，根据初步算出的速度昕 雷诺数R 再返 回求得 沿程流动阻力系数入 。经过数次迭代计算后 可求 出 此根管内速度嗍变化值为0 8 2 4 m s 。 按 有机热载体安全技术检察规程及有关方面条 款说明 ( 以下简称 安规 ) 第9 条规定： 辐射受热面管内 流速应不低于2 m s 。 当管内流速太低时 ， 很容易造成管 壁温度超高过热现象。 本锅炉辐射管内导热油的平均 流速为2 6 m s ，靠近引入集箱入 口处辐射管 内流速只 有2 6 - - 0 8 2 4 = 1 7 7 6 m s 。当导热油主流温度 为3 2 0
9、 ( 3 时 计算出的油膜温差达到1 0 4 C， 管壁温度则超过4 6 4 C。 管 内壁稍有残 碳沉积 ， 管壁温度就会 增高 。 2 0 # 的管 子 长期在此工况下运行 ， 安全性是不够的。 2导热油性能 的要 求及 定期检测 一 般说来 ， 在导热油符合其产品质量性能指标 的前提下 导热油炉正常运行1 年后就要对其使用的 导热油质量性能指标进行检测 ， 以决定能否继续使 用。 需检测的质量性能指标为： 最高使用温度 、 粘度 、 闪点、 残碳、 酸值等5 项。按 安规 第3 1 条规定 ； 对使 用的导热油每年应进行一次分 析 ， 上述几项指标中 如有2 项不合格或导热油分解成分含量
10、超过1 0 的 情况下应进行更换或对其进行再生处理。这2 家用 户为了节约生产成本 ， 在新锅炉投运时掺入 了一半 以前使用过的导热油。而且这些使用过的导热油没 有 按规 定 的时 间 内进行 检 测 或再 生 处 理 ， 直 到 锅炉 连续出现3 次辐射管泄漏故障后 ， 才将使用的导热油 进行取样化验。通过对其使用的导热油质量性能指 标 的进行分析检验 可 以明显地看 出导热油质量性 能指标对泄漏故障的影响程度。表 1 是以其 中一用 户使用的3 2 # 导热油检验结果。 表 1 3 导 热 油 检 验 结 果 酸值， 项 目单位 燃点 o C 粘度 ( mmV s 1 闪点 残碳， ( m
11、 g K O H g ) 标准值 3 5 0 2 8 5 - 3 5 2 l 8 0 0 0 1 0 1 检测值 3 2 8 4 5 9 2 1 2 n6 6 O _3 2 1 ) 燃点 该油 的标准燃烧 点是3 5 0 ( 3 送验油样加热到 3 2 8 o C 时 已燃烧 ， 仅 比标 准燃 烧点 低6 2 9 。 可 能是 经 过一段时间的使用后 导热油 的阻燃系数 降低或导 热油有部分可燃附加物f 后一种可能性较小1 。3 2 # 导 热油的最高使用温度 3 2 0 ( 3 。 实际使用的温度最好 不要超 过3 0 0 C 。在试 验过 程 中按 照标 准加 温 方式 ， 这种使用温度
12、范围是可以满足使用要求的。考虑到 实际使用状况与试验过程不可能完全符合 ， 应该将 最高升温点设置在2 8 0 C以下。 2 1 粘度 送 验 油 样 的运 动 粘 度 超 出 标 准 值 上 限 的 3 0 4 ， 已超 出 安规 给 出的允许偏差 1 5 的极 限 值 。继续使用会增大设备负荷 ， 使系统油循环阻力 加 大 ， 流量 降低 。管 内油 的流速 太低 时 ， 会 出现锅 炉 输出热功率下降、 辐射管壁温升高的现象 。根据粘 度指标的化验结果 ， 认为此导热油应不再使用 。 3 1 闪点 送验油样的闪点已超出标准值的1 7 7 8 ， 离 安 维普资讯 2 2 中国特种设备安全
13、 第 2 2卷第 1期 规 给出的允许使用极限值仅有2 2 个百分点空间。 4 、 残碳 安规要求导热油使用时的残碳值一般应控制 在0 0 2 以下而送验油样的残碳值已超出标准值的 6 6 倍、 使用控制值 的3 3 倍。在没有对这批导热油进行 再生处理的情况下 ， 继续使用对锅炉设备使用的经济 性 和安全性 造成很大影 响 。 对更换 下来 的管子进行 检 查 ， 发 现残 碳在 管壁 内上 沉积 的现 象很 严重 ， 油流 通 断 面直径 仅剩下 1 0 mm， 淤 积的管段长度 超过2 m。 5 1 酸 值 安规 要求的酸值指标应低 于0 2 m g K O H g ， 如 超过0 5
14、mg K O H g 时 ， 应停止使用。送验油样的酸值 超出标准值的的0 2 2 个百分点 ，离停止使用极限值 还 有0 1 8 个百 分点 空 间。 3突然停电时的导热油循环冷却保护 这种 以煤 和 木 材 为燃 料 、 采 用 层燃 方 式 的导 热 油炉 ， 正常运行 时炉排面上都会存积着一定数量 的 燃 料 以维持 连 续稳 定 的燃 烧 ， 同 时炉 墙 内也 蓄 积 了 大量 的热量 。一 旦 出现 系统 突 然停 电现 象 时 ， 整 个 系 统及 炉 内的导 热油 也停 止 了循环 流 动 ， 同 时也 失 去了带走炉膛 内热量 、 冷却保 护辐射管的功能。锅 炉正常运行 时
15、， 炉膛中部区域的烟气温度一般都在 8 0 0 C以上。 在突然停电缺乏油循环冷却保护的情况 下 ， 存积在炉排面上燃料 的余热和炉墙蓄积 的热量 都肯定会导致炉膛辐射管壁温超高 ， 管壁金属温度 是很 容 易超过 5 0 0 C 的 。而2 0 # 的钢管 作 炉膛 辐射 受 热面时的允许使用温度是4 8 0 C， 管壁金属温度长期 或 多次 短期 超 出 此 温度界 限 ， 就很 容 易 产生 管 材 许 用应力降低、金属热疲劳和高温氧化腐蚀等问题 。 同时 ，管 内这 部分 流 动停 滞 的导 热 油 温 度 也 会 升 高 ， 当超出其最 高使用温度 时 ， 这部分导热油就可 能会加速
16、氧化分解 、 质量性能变差 。高温对粘度和 残碳 指标 的影 响尤 为严重 ， 造 成导热 油 的流动 性 差 、 结焦倾 向严重 。导 热油 内析 出 的残 碳粘 附 在辐射 管 壁 上后 ， 锅 炉 再次 启 动运 行 时 容 易 出现 金 属管 壁 温 升高、 流道堵塞的现象。 随着系统突然 出现的停 电故障 ， 很容易产生上 述的这种情况 ， 也是引起炉膛辐射 管烧损泄漏 故障 的原因之一。 一旦在锅炉运行 中出现系统停 电故障 ， 要尽可能在短时间内关闭导热油进入用热设备管路 的阀门 ， 同时将膨胀槽( 也 称高位槽) 一炉本体一低 位槽的导热油循环退路打开。让储存在膨胀槽 内温 度
17、较低的导热油流经炉本体后再流到低位槽 ， 以吸 收炉膛 内部分残存 的热量 ， 缓解辐射管壁和导热油 温度超高的状况。另外 ， 在锅炉运行时还要注意将 低位槽的导热油及时输送到膨胀槽 内， 使膨胀槽保 持较高的油位 、 储存更多的温度相对较低的导热油 ， 可以降低因系统突然停电给锅炉带来的危害性。 4结论 1 1 加大集箱直径 ， 降低集箱 内导热油轴 向流速 ， 可 以减 少各 条支管 的流量不 均 匀系 数 。 2 1 膨胀 槽 容 量 的设 计 选 型 时 ， 要 考 虑 到 系统 停 电时需要导热油来冷却保护辐射管 ， 所 以膨胀槽 的 容 量裕 度最 好大 于1 2 。 3 、 对
18、在 用 的导 热 油 质量 性 能 指 标应 严 格 按 安 规 的要求定期检测 ， 以决定能否继续使用。 参考 文献 1 陈学俊。 陈昕宽 锅炉原理 北京 ： 机械工业出版社 ， 1 9 8 1 2 孔珑 蔡 国琰 ， 田名振 ， 等 工 程流体力 学 北 京 ： 电力工业 出 版 社 1 9 8 5 ( 收稿 日期2 0 0 5 0 5 1 3 ) 事 故 报 道) -_ 一 2 0 0 5年 1 0月 9日， 广东省深 圳市 宝安 区松 岗镇燕川 村 水 厂 路 9号 。 深 圳 市 宝 安 区松 岗铭 杰 五 金 加 工 厂 发 生 一 起 气瓶爆 炸严重事故 ， 造成 2入 重伤 。
19、 2 0 0 5年 1 0月 2 7日。浙 江省 温州市龙湾 区黄 石码头 附近 ，浙江长江能源有 限公 司发 生一起 压力管道严重事故 ， 造成 1人重伤 ， 2入轻伤 ， 直接经济损失 9 0万元。 2 0 0 5年 1 0月 1 7 日。辽 宁省 沈 阳市东 陵 区文 萃路 1 0 1号 辽 宁友好 日杂城 有限公司发生一起 电梯严重事 故， 造成 1入死亡。 2 0 0 5年 1 0月 1 2日，安徽省蚌埠 学院二期教学楼工 地 安徽水利开发 股从有 限公 司施工人 员， 在 拆卸 1台塔式 起重机过程 中 发生一起房屋起重机械塔体 断裂倒塌重大事 故 造成 4人死亡 ， 2人轻伤。 ( 郭建) 维普资讯