有机热载体加热炉

关键词：

有机热载体加热炉（精选九篇）

有机热载体加热炉 篇1

关键词：热载体加热炉,PLC控制,DCS控制

1 热载体加热炉的工艺简介

热载体加热炉是化工生产工艺中一种常见的设备。通过利用合成型导热油作为媒介来传递热量;导热油采用离心泵强制闭路循环,换热后的导热油返回炉体内进行再加热,其优点是热损失小,效率高。该系统还具有完备的运行控制和安全监测设施,运行时安全可靠。

对于热载体加热炉而言,其出口导热油温度的高低直接影响下游精馏系统分离效果,间接影响装置操作的稳定性和产品质量;操作不当会造成设备损坏甚至发生生产事故。因此,出口热载体的温度需要严格控制[2]。

表1 合成型导热油的技术参数Table 1 Molding technology parameters of heat conduction oil

2 DCS、PLC的基本概念和两者之间的差异

集散控制系统(Distributed Control System,DCS)是由多个以维处理器为核心的过程控制采集站,分别分散地对各部分工艺流程进行数据采集和控制,并通过数据通信系统与中央控制室各监控操作站联网,对生产过程进行集中监视和操作的控制系统。其具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便、运行安全可靠的特点。

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是一种执行数字运算操作的电子系统,是专门为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程[4]。

PLC系统与DCS系统的结构性差异不大,只是在功能的着重点上有所不同。对于PLC控制系统,DCS控制系统的特点[5]如下:

(1)控制功能强,可实现复杂的控制规律,如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等,也可实现顺序控制。

(2)系统可靠性高。

(3)采用CRT操作站有良好的人机界面。

(4)软硬件采用模拟化积木式机构。

(5)系统容易开发,采用组态软件,编程简单、操作方便。

(6)有良好的性价比。

3 PLC控制热载体加热炉的优缺点

目前,国内多家化工企业采用的是PLC控制热载体加热炉。这种控制式的加热炉多采用生产装置现场控制,进行热载体加热炉的点火、升降温、现场监控等。其操作方便简单、维护工作量小、模块化结构控制等。但由于热载体加热炉出口温度的要求,不能做到适时监控加热炉的运行及温度调节。另外,由于采用的模块化结构控制,其操作程序及调试无法更改,程序反馈信息量较少。当出现紧急故障时,操作员只能按显示故障报警找寻所在原因,却无法掌握到最根本的故障原因,增加了处理故障的找寻范围,贻误了加热炉的正常恢复操作,从而影响了工艺生产的稳定性。

4 DCS控制热载体加热炉的优缺点

DCS系统控制热载体加热炉摆脱了PLC控制系统的局限性,将热载体加热炉操作程序由DCS系统来实现控制,不仅大大提高了操作员的适时可操控性,而且还可以根据实际工况随时做出程序调整,达到加热炉的最佳运行状态。

5 DCS控制热载体加热炉的实际应用

中海油东方石化有限责任公司采用的是燃气式热载体加热炉(共2台,分为A、B炉);通过DCS控制系统操作程序来实现热载体加热炉的点炉、升降温、停炉等操作,并且与加热炉的点炉许可条件相结合,大大提高了点炉的成功率,保护了加热炉及相关设备的良好运行,避免了不利正常操作因素的存在,同时为操作员的适时监控点炉过程及加热炉各部件的运行职能提供了很大帮助。

5.1 启动点炉

该点炉操作程序,采用模块化顺序控制,各运行模块既相互独立且又前后衔接。在满足各项点炉许可条件后,按照设定的顺序控制,点击“启动”,实现点炉的自动化运行。在点炉成功后,采用三支火焰检测器来监测火焰的燃烧情况,保证炉膛内火焰均正常燃烧,避免因缺失火焰而发生偏烧等情况的发生,与传统的PLC控制热载体加热炉的单支火焰检测器有了大为改观。此控制方式充分显示了点炉的分步运行信息,缩小了点炉失败或故障原因的找寻范围,节约了处理故障时间,提高了加热炉运行工作效率。

图1 热载体加热炉的点炉许可条件及启动按钮Fig.1 Point of heat carrier furnace furnace licensing conditions and start button

图2 热载体加热炉DCS控制点炉程序Fig.2 Furnace heat carrier furnace in DCS system

5.2 温度调整

热载体加热炉导热油的出口温度控制,由操作员根据实际生产情况需要给予一定的设定值,该设定值与实际值的偏差通过PID运算给出相应的燃气阀门开度(燃气阀、助燃空气阀两者为自动模式与出口温度设定形成串级模式),助燃空气阀门开度则通过与燃气阀门开度的特定关系,实现助燃空气与燃气的同步控制调整,从而严格控制炉膛氧含量在要求范围之内。该控制方式将温度与燃气阀门开度、助燃空气阀门开度及炉膛氧含量结合起来,只需给予温度设定,便可实现自动化调整。而手动控制方式,则将燃气阀、助燃空气阀、出口温度全部调整为手动模式,在一定氧含量控制指标下,通过手动调整燃气阀与助燃空气阀,使出口温度达到所需数值。由于前期缺乏其燃气阀门开度、助燃空气阀门开度及炉膛氧含量的特定关系方程,在调试过程中(此次采用天然气作为燃料,组分数据见表3),根据手动操作调整,收集大量的数据(见表2),通过对该数据的分析处理,拟合出加热炉助燃空气阀门开度、燃气阀门开度及炉膛氧含量的特定关系方程(见图3),将此关系与温度控制结合起来,从而达到了自动化调整的目的(由于表2中第一组数据为点炉阀门开度,不具备曲线关系,因此图3中未计入该组数据)。

表2 热载体加热炉的部分数据汇总Table 2 Part of data summary of the heat carrier furnace

图3 热载体加热炉的燃气阀与助燃空气阀的曲线关系Fig.3 Heat carrier furnace gas valve and the curve of the relationship between combustion-supporting air valve

表3 天然气的组分名称及含量数据Table 3 Component and content of natural gas

当燃气组分发生变化时,在同等氧含量控制指标下,其燃气阀门开度与助燃空气阀门开度的对应关系随之改变。因此,在生产实际过程中,确定长期使用的燃气组分稳定后,通过手动调节,拟合出相应的燃气阀门开度与助燃空气阀门开度曲线关系,在控制程序中进行修复更改。燃气组分的变化,前后曲线关系不会发生太大变化。

5.3 负荷变化切换操作

热载体加热炉运行操作时,温度调节是伴随着加热炉的负荷变化来实现的,对在加热炉调试过程中产生的大量数据分析处理后,我们拟合出燃气与助燃空气阀门开度的对应方程关系,并在加热炉负荷量程0~100%范围内划分为10段负荷区间,这样能够使加热炉在不同负荷区间内都可以发挥出最高效率;负荷的变化还伴随着另一个问题,由于在设计过程中,升、降温之间的切换操作,两者的主控阀是截然不同的;在升温过程中,利用设定温度与实际温度的偏差计算,燃气阀门主动做出相应开度,此时燃气阀为主控阀,助燃空气阀通过与燃料气阀之间的方程关系进行被动调整,实现升温精确操作;在降温过程中,则恰恰相反,此时助燃空气阀变为主控阀,燃气阀通过与之方程关系进行阀门开度调整,实现降温操作。升降温过程中的主控阀切换成了一个问题,编程工程师通过对后台程序的更改,这个问题迎刃而解,实现了升降温过程中的无缝切换操作,稳定了加热炉的运行状态。

表4 热载体加热炉的10段负荷区间Table 4 Heat carrier furnace 10 section load range

降负荷:Y为燃气阀门开度;X为助燃空气阀门开度;升负荷:Y为助燃空气阀门开度,X为燃气阀门开度。

5.4 停炉

热载体加热炉的停炉过程分为紧急停炉和正常停炉。当出现紧急情况时,方式一:通过手动操作,点击“紧急停炉”,即可实现加热炉的紧急停机;方式二:通过触发停燃烧器的联锁条件也可实现紧急停炉。两者停炉方式都是通过快速关闭燃气阀门开度停燃烧器来实现紧急停炉的,从而保护设备免受非计划停炉的影响。正常停炉则是根据生产情况有计划停炉,点击“正常停炉”后,其按照正常停炉的顺序控制进行停燃烧器,过程中则通过缓慢关闭燃气阀和助燃空气阀,慢慢降低加热炉的负荷,直至负荷为零,停燃烧器,实现正常停炉的过程。

图4 热载体加热炉的停炉按钮Fig.4 Heat carrier furnace boiler stop button

图5 热载体加热炉停炉联锁界面Fig.5 Heat carrier furnace boiler stop interlocking interface

6 结论

通过使用DCS系统控制热载体加热炉,不仅摆脱了传统PLC控制的局限性,而且通过自身热载体加热炉的实际特点归结出可操控性的DCS控制程序,大大提高了热载体加热炉的适时监控调整性,透明了运行工况信息,进一步精准了加热炉的操作调整,使燃气与助燃空气达到最佳燃烧效果,提高了加热炉的燃烧效率,节约了运行成本,增强了加热炉运行的安全性和可靠性,真正实现了燃气加热炉的自动化操作。

参考文献

[1]刘福兴.有机热载体加热炉的发展和应用领域[OL].http://wenku.baidu.com/view/801ae512f18583d04964595.html.

[2]魏文渊,袁洪芳.基于DCS的加热炉控制系统设计[OL].http://www.doc88.com/p-184335957057.html.

[3]运长江.Neosk-OIL 500合成导热油技术特性说明[OL].http://www.docin.com/p-403472584.html.

[4]周荣富,陶文英.集散控制系统[M].北京:北京大学出版社,2011:1-21.

学习有机热载体检测心得体会 篇2

一、学习有机化学及实验课程应多总结、重方法。

1 、总结经验规律

掌握有机化学中规律性的东西对于更好地掌握、理解有机化学反应及其原理是很有帮助的，因此在平时学习过程中应重规律的总结。

2、善于归纳总结

在有机化学学习中，会发现有机反应式错综复杂，且种类繁多，想要全部记住，记准并非易事，但若在平时的学习中善于归纳总结，将所学的每一章节的内容归纳出其知识网络图，相信学好有机化学并非难事。

3、重视实验学习

有机化学作为一门实验科学，若不能掌握其基本的实验操作,不重视实验技能的培养，是很难学好有机化学这门课的。掌握实验操作，在实验过程中理解和记忆有机化学反应能够达到事半功倍的效果。

4、结合实际生活，培养学习兴趣

学好有机化学，重在要有兴趣，培养学习兴趣能够使我们更有效地进行学习。结合生活实际，解释生活中常用的一些问题，或通过所学知识去解决一些与有机化学有关的问题，均能使我们能更近一步掌握和灵活运用所学知识，并逐步建立起学习兴趣。

二、利用各种有效措施来提高和加强有机化学及实验教学

1、终身学习。在今后的授课中，用新的教学理念培养学生，真正做到以学生的发展为本，为学生的终身学习奠定基础。在教学中，体现“授之以鱼，不如授之

有机热载体加热炉 篇3

关键词：液相有机热载体锅炉  安全使用  工业生产

液相有机热载体锅炉是一种以热传导液为加热介质的、常在高温环境中运行的新型特种锅炉。有机热载体的温度一般超过300℃，在低压高温的条件下可保持稳定的运行状态，并且可均匀受热，温控精确，膨胀系数低，具有低压高温的工作特性。近年来，在科技的推动下，工业生产突飞猛进，液相有机热载体炉在工业领域的应用越来越广泛。就目前来看，该锅炉设备在龙岩市的保有量也呈快速上升的趋势。它虽然是低压力运行，但由于炉内温度高，热传导液易渗漏，在高温环境下易燃易爆，不仅伤人性命，还会造成经济损失。因此，为了杜绝人员伤亡事故发生，运行管理部门一定要严格遵照运行规程对液相有机热载体炉加强管理。

1 液相有机热载体锅炉的运行管理

1.1 运行前的准备

有机热载体在运行之前，首先要对整个工作系统进行一次全面的检查。检查设备、电器仪表及整个工艺管道安装是否完善，系统管线是否进行了气密性试验，是否用干燥空气进行了彻底的吹扫干净。

1.2 液相有机热载体锅炉的调试工作

■

冷态调试是有机热载体按要求注入系统后在常温下进行的，冷态调试的循环时间一般不少于4h。调试的过程中，应打开高位槽放空阀，经常开启管道放空阀，不断排出空气，直到循环泵出口压力表及系统压力表平稳显示，并检查系统有无泄漏和阻塞现象。并进行低液位、低压差、低流量报警、温度控制等试验。调试过程中应清洗过滤器1-2次。

热态调试是从点火开始直到有机热载体温度升到所需工艺温度的过程。此过程反映了整个系统的运行情况。

1.2.1 烘炉

烘炉时循环泵应保持运转，油温控制在100℃以内，并缓慢升温，尽量做到升温均匀，防止升温速度过快使炉墙开裂、变形，并应时刻注意炉墙有无开裂、塌落等现象。烘炉时间与炉墙结构、干湿程度有关。若炉墙潮湿，气候寒冷，特别是在雨季，烘炉时间还应适当延长。此外，烘炉时间还与炉型大小有关，至少不低于烘炉曲线图的要求。

1.2.2 脱水排气过程

烘炉后，锅炉持续升温，升温速率大概为每小时10℃。当炉温升高到80～100℃时开始脱水，热载体和管线中的水分逐渐蒸发，从热载体中逐渐分离开来，通过高位槽和低位槽的排空口排出。与此同时，高位槽和低位槽内的油也持续升温，运行压力失稳。当温度升高到100～120℃时，是脱去系统内残存水份和有机热载体所含微量水份阶段，工作压力的波动幅度增大，同时高位膨胀槽放空管处排气量加大，循环泵偶尔吸空。在此运行阶段，水分大量蒸发，有机热载体中低挥发物逐渐气化。通常6～8h完成脱水，最长也不超过12h。

1.2.3 升温阶段

脱水排气后，锅炉持续升温，大概每小时升高30℃。在这一过程中，运行人员要时刻关注是否有残余水分蒸发，发现炉内压力过高时，须适当降低炉温。当炉温升高到210～230℃时停止升温，使热载体中轻组分自然脱离。轻组分能够降低闪点，在有渗漏的情况下有爆燃的危险。这种物质通常以气相存在于导热油中，会造成阻气，使循环油泵泵压失稳，流量中断或急剧下降。一般情况下，有机热载体的质量、牌号与轻组分脱离的效果息息相关。当放空管中气体排出，循环油泵泵压恢复平稳，锅炉就能继续升温，一般每小时温度可提高10℃，将温度升至额定工作温度。从210℃直至热载体运行温度是在脱气结束后进行，温度持续升温，每小时可达到40℃。在这种情况下，运行人员必须对各测量、控制仪表的工作状态进行检查，重点查看锅炉、供热系统、各配套辅机设备是否正常运行，是否符合生产要求。

2 运行期间对有机热载体的合理取样与检测

有机热载体长期在高温环境下，会发生分子内碳链的断裂，导致化合物发生分解，产生气体、低分子化合物及自由基。自由基又能与其他分子发生聚合而产生高聚合物，使热载体逐步发生劣化，形成焦质附着在加热炉管壁上，从而降低其传热效率，带来安全隐患。因此，在运行期间必须对有机热载体进行定期检测，并选择能反映出有机热载体实际特性的动态过程处取样。取样检测时间根据所使用的热载体的种类和使用温度来决定。

3 液相有机热载体锅炉常见安全问题分析

3.1 不同类型的有机热载体混用

把不同牌号的有机热载体混用的现象也常有发生。因为不同牌号的有机热载体有不同的化学物理特性，各生产单位在对基础油进行加工成有机热载体产品时往往需要加入一些添加剂，比如抗氧剂等，不同牌号有机热载体混用会使其产生化学物理变化，影响传热效果，浪费能源，更为严重的是有可能产生导热油事故安全隐患。

3.2 空气和水份进入系统的安全隐患

在换油、注油和维修过程中带入了水和空气。随着锅炉不断升温，被带入的空气逐渐膨胀，水分缓慢蒸发，体积逐渐膨胀，甚至超过了油本身遇热膨胀（相对压力为零时，水蒸发体积膨胀约1654倍，空气在升温270℃的情况下约5倍）系数。如果不及时排掉这些水和空气，就会在一定程度上提高锅炉运行压力，使炉内压力失稳，并且会导致膨胀槽不断升温，油进入膨胀槽和低位槽，引发灾难性后果。

3.3 突然停电、循环泵无法工作的隐患

当发生突然停电时，对于液相有机热载体锅炉虽然可以用高位膨胀槽中温度低于70℃的有机热载体对炉管内的高温有机热载体进行置换，目的是保护炉管和有机热载体。

但是，因炉膛蓄热量大，在短时间内热量无法迅速降低。炉墙的高温辐射，一方面会使置换排进低位槽的有机热载体温度高于70℃，甚至超过100℃，这样，在低位槽中的有机热载体就会造成高温氧化变质。另一方面高位槽的有机热载体会出现供油不足，加上炉膛余温居高不下的情况，很容易造成炉管内的导热油因超温而变质和炉管变形损坏。

3.4 管道法兰或阀门间的泄漏隐患

导热油一般会在管道法兰或阀门连接部位泄漏。前文已提及，锅炉是高温低压运行，导热油在高温条件下渗漏后易燃易爆，若不及时处理就会导致灾难性的后果。锅炉设备从停用至运行过程中逐渐升温，温度变化较大，法兰或阀门间极易松动，出现油渗漏的情况。因此，要求运行人员必须提前检查法兰紧固件，及时处理松动的固件，防止锅炉运行时油泄漏，甚至喷射。

3.5 自动控制系统失效隐患

当前，液相有机热载体锅炉一般采用高位膨胀槽液位示控及联锁装置、超（差）压报警及联锁装置、超温报警及联锁装置、循环泵停运联锁装置实施自动控制。以油、气为燃烧材料的锅炉系统，必须配设点火程序控制装置（热功率≥2.8MW时）和炉膛熄火保护装置，提高锅炉的安全系数。但是不得不承认，有些使用单位缺乏安全意识，为了节省锅炉运行成本，即使锅炉配设了保护装置，实际运行时基本失效，形同虚设。其中，膨胀槽液位示控及联锁装置、循环泵停运联锁装置失效的情况较为多见。当膨胀槽液位示控及联锁装置失效时，油一旦渗漏，就会使膨胀槽液位下降。液位比系统设定值低时，系统自动预警，若司炉人员未察觉，一旦液位预警失效，外部空气会随着液位的降低而被带进系统，对系统的安全运行状态产生威胁，严重时会引发火灾。

4 安全、高效使用液相有机热载体炉的措施

液相有机热载体炉在运行中的危险不在于发生爆炸，而在于有机热载体渗漏引发火灾。近几年，液相有机热载体炉在工业领域的应用越来越广泛，安全事故也比较多见。针对液相有机热载体炉在生产中频繁出现的爆管事故，结合以往的事故教训，笔者提出一些液相有机热载体炉在工业生产中安全使用的具体措施。

①特种设备使用单位必须加强安全知识的学习，提高安全责任意识，提高管理水平，学习国家有关特种设备的法规和技术规程。这样一来，运行人员在选择导热油时，就会根据设备的技术特点和工艺流程来选择温度和性价比较高的材料，而不只看价格和使用温度。

②控制有机热载体的流速。锅炉中导热油流速越慢，边界层就越厚，该处的介质温度就会与主流体之间形成温度差，继而造成管壁因温度过高使导热油快速变质。

③控制有机热载体的使用温度。要避免导热油迅速劣化，除了控制其流速，还要按运行要求严格控制其温度。当设备突然断电，或突发故障紧急制停时，立即将冷油置换阀门打开，用高位膨胀槽中的低温有机热载体换掉炉内盘管中高温有机热载体至低位槽内，并且适当降低炉内温度。

④加装取样口并定期取样检验导热油的油质，若油质有变化，就深入分析油质变化的成因。参照运行规程，定期监控粘度、闪点、残炭、酸值等技术指标。选择有代表性的导热油取样送检。不建议从低位槽、高位膨胀槽、液面计等处取样送检，因为这些部位的油与实际循环系统中油存在差别，检验结果不准确，不能准确的反映系统中导热油的品质情况。定期适当补充同一厂家生产的同一牌号的导热油，使其残炭基本稳定。加入系统中的热载体油必须预先充分脱水。

⑤增设手动补油泵或发动机带动的备用油泵。当突然停电或注油泵发生故障时，可以通过手动补油泵或发动机带动的备用油泵把低位槽中的有机热载体注入高位膨胀槽，满足有机热载体液相炉的冷却置换需要。

⑥严格对液相有机热载体锅炉的在用定期检验。定期检查各个监测仪表，及自动控制系统的联锁装置，使其灵敏、准确、可靠;对整个系统的安全运行进行符合性的验证;确保液相有机热载体锅炉在设定好的自动控制系统下安全运行。

在此，建议使用单位应严格按锅炉安全操作规程加强运行管理，制定一套符合现场运行条件的设备操作规程，明确锅炉设备启停、运行注意事项，并就运行阶段可能存在的故障点进行全方位的技术交底，所有现场运行人员一律持证上岗，尽可能在保证安全的前提下提高锅炉设备运行的经济效益。

参考文献：

[1]GB24747-2009，有机热载体安全技术条件[S].

[2]白坤江，侯建波.有机热载体的选择及其应用[J].河北化工，2004（5）.

在用有机热载体的检验 篇4

有机热载体在使用过程中, 可能发生过热裂解、缩合等一系列无规律化学反应, 有机热载体的定期取样检验监测是动态管理的主要内容。其目的就是掌握油品的变质情况, 进而检查, 判断系统设计是否合理、现场操作管理是否存在失误及油品本身的质量情况, 以便采取应对措施。

一、在用有机热载体的质量指标

(一) 外观

有机热载体的外观检验反映了油品的精制深度。在用导热油的外观检验通过分层、沉淀、乳化判断油品的老化或分解程度。

(二) 闭口闪点

在规定条件下, 加热油品所溢出的蒸汽和组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度, 即为该油品的闪点, 以℃表示。闭口闪点是使用规定的闭口闪点测定仪测得的闪点。闪点是衡量油品安全性和损坏程度的重要指标之一, 反映高挥发性产物和可燃性气体形成的可能性。油品过热和易挥发轻组分含量增加都可能导致油品闪点下降, 闪点降幅过大可能引发安全事故。

(三) 运动粘度

运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度, 以mm2/s表示。运动粘度是衡量有机热载体低温下泵送性及热传导效率的重要指标, 同时也可大致判断油品基础油的化学组成。通常情况下, 油品的组成分子越小, 其粘度就越低, 油品也越稳定。粘度的变化可以说明油品分子量和分子结构的变化情况, 裂解使粘度下降, 聚合与氧化使粘度上升。油品的化学变化对高温粘度影响较小, 但对低温粘度影响较大, 特别是对于寒冷地区和伴有冷却操作工艺或间歇操作的设备, 低温粘度会直接影响泵的的启动性能。

(四) 残炭

残炭是指在规定条件下, 油品裂解后形成的残留物, 以质量分数表示。残炭的主要物质是含硫、氮、氧的低分子化合物以及胶质、沥青质、多环芳烃等高聚物。残炭值说明油品的精制深度, 反映油品发生结焦聚碳的倾向性与老化程度。运行中导热油残炭值随温度和时间变化呈不断增加的趋势。

(五) 酸值

酸值是指中和1g油品中的酸性物质所需氢氧化钾毫克数, 以mg KOH/g表示。根据酸值的变化情况可判定导热油的老化程度。有机热载体酸值往往呈不规律的变化, 酸值增加通常是氧化所致, 当油品老化到一定程度时, 可溶性有机酸可能进一步聚合成高分子产物, 引起酸值重新下降。应注意酸值的变化趋势来判断油品的氧化变质程度。导热油的酸值增高, 是导热油在运行过程中的必然现象, 在高温通氧状态下, 导热油品势必产生大量的游离酸, 游离酸在锅炉和管路中与金属表面相互作用, 不但造成金属表面的电化学腐蚀, 导致粘泥和焦质的产生, 高温状态下的裂解如果不能得到有效地控制, 就会产生越来越多的游离酸, 从而无限度的链反应, 导致裂解速度无法控制, 油品加速变质, 因而, 控制导热油的酸值成为导热油运行过程中最为重要的事情。

(六) 水分

经过充分加工精制的有机热载体是不含有水分的, 如含有水分, 就会使油品呈浑浊或乳化状, 一般情况导热油的水份为痕迹。导热油的水分含量是关系到加热装置系统平稳运行的一项重要指标。如果导热油中存有水分, 在加热过程中会气化而引起体积急剧膨胀, 导致泵发生气蚀, 压力不稳定、操作不平稳, 严重时引发喷油和着火。因此, 对于导热油中的水分指标应严格控制。

(七) 5%低沸物馏出温度

馏程是一项反映油品沸点范围的指标。馏分切割越窄, 油品的成分越纯, 热稳定性也越好。馏程的变化表明有机热载体分子质量的变化, 比较待测油和新油的馏程, 以高沸物和低沸物含量中可得知导热油发生裂解及聚合的程度。

二、在用有机热载体的检验相关规定

(一) 在用有机热载体的质量判定

根据《有机热载体安全技术条件》GB 24747—2009判定与处置条款。外观、闪点、运动粘度、残炭、酸值、水分、馏程各项指标处于正常状况可继续使用。同时该标准还给出安全警告质量指标和停止使用质量指标。

(二) 在用有机热载体检验周期采取样、送样注意事项

在用有机热载体至少每年取样检验一次, 遇偶然事故、更改系统等其他情况需即时送样检验。

取样应符合GB/T 4756的要求, 取样应在循环系统回路内通过取样冷却器进行, 并且每次取样点条件应相同。取样温度应不高于50℃, 应采用小口金属容器盛接样品, 取样后应立即盖紧容器口, 以防止低沸点组分挥发, 影响闪点和馏程检验的准确性;样品冷却至常温后, 可移至便于携带的塑料瓶中, 再送往检验单位;样品应贴上标签, 标明用户单位、取样日期、导热油牌号、已运行累积时间、工作温度及取样口在系统中位置;为便于快速直观分析油品的变化情况, 宜携带该样品新油的出厂检验数据。

参考文献

[1]孙成杰, 热传导液技术及发展概述[J]润滑油, 2000, 15 (5) :19～24.

[2]傅德慧, 安华油品闪点:主要安全指标[J]内蒙古质量技术监督, 2001 (6) :37～38.

[3]李建良等导热油在使用中的化验检测[J]油气储运, 2010, 29 (3) :213～214.

有机热载体加热炉 篇5

2006年10月4日23时30分, 上海某皮革厂一台型号HET-300的有机热载体炉的下位储存罐 (下位储油槽) 发生喷油事故, 导致当班司炉工杨某全身77%的面积烫伤, 其中40%三度严重烫伤。当班司炉工杨某在巡检时发现下位储存罐附近的地面上喷溅一部分有机热载体 (文中的“有机热载体” 与“导热油”同义) , 他用废布来擦抹地上的导热油, 同时在寻找喷油的原因, 这时在他的身后有机热载体炉的下位储油槽入孔处突然喷出大量的导热油, 其中一部分导热油 (温度270 ℃左右) 直接喷在他的后背上, 他关掉锅炉的燃烧机, 把锅炉熄火, 然后到车间求救。随后立即由 “120”救护车送往医院抢救, 经抢救无效于10月27日死亡。

2 原因分析

事故发生后, 当地安监部门立即成立事故调查小组, 并请了有机热载体炉生产厂家的技术人员和当地的压力容器技术服务部门的锅炉专家一起核查事故原因[1], 经过现场调查和分析, 此次事故的原因如下:

1) 有机热载体中混入大量的水和空气, 是有机热载体急速喷出的直接原因。

2) 下位储存罐上的人孔盖没有用螺栓进行紧固, 并且储存罐上的排气孔没有接到安全地点, 这两个方面都为有机热载体喷出后伤到司炉人员埋下了隐患。

3) 下位储存罐与有机热载体炉之间没有用墙进行隔开, 是有机热载体喷出伤人的间接原因。

4) 对事故前期症状的认识不足, 是本起事故的人为因素。10月4日下午14:10, 公司安全员巡检时发现有机热载体循环泵出口低压力报警器鸣叫, 立即通知当班司炉领班沈某, 沈某对循环泵低压力情况没作深入分析, 只是进行了简单排气, 待低压力报警器不再鸣叫后立即停止了排气。晚上22:00左右, 这种情况再次发生, 当班司炉工杨某立即打电话向沈某汇报, 并请求帮助, 沈某要求进行排气, 同时观察循环泵电流、循环泵出口压力, 很快低压力报警器不再鸣叫, 压力暂时恢复“正常”。23:30左右, 杨某巡检时发现下位储存罐附近地面有一部分喷溅的导热油, 他拿来废布一边擦抹地上的导热油, 一边在寻找原因, 这时事故发生了。这显然是导热油中仍然含有大量的水和空气产生的直接后果, 如果从下午14:10发现循环泵出口低压力报警时, 就开始对低压力的原因进行分析, 并采取有效的纠偏措施, 晚班导热油喷出伤人事故是可以避免的。

5) 管理混乱, 记录不规范, 以及紧急停炉无章可循。公司对锅炉运行记录极不重视, 锅炉运行记录缺乏及时性、真实性和可追溯性, 并且在10月4日白天的运行记录与交接班记录上没有循环泵出口压力偏低和排气操作的有关记录, 到晚上接班的杨某不知道白天锅炉运行曾经出现的异常情况。公司制定的锅炉操作规程中没有对紧急停炉的情况做出相应说明, 紧急情况发生时, 司炉工无章可循。当班司炉工杨某发现下位储油槽附近地面上有一部分喷溅的导热油时, 在原因没有查明前, 本可以通过实施紧急停炉来避免事故的扩大, 待原因查明后再点火运行, 可是事实恰恰相反, 瞬间的耽搁为喷油事故的发生埋下了很深的隐患。

6) 内部信息不畅通是本次事故的根本原因。10月2日 (休息停产) , 该公司对压花机进行改造, 预留了两个加热控制阀门, 同时, 在改造过程中曾经放出一部分导热油, 这样导致大量的空气漏进热载体管道和锅炉管道中。另外, 该厂1#胶布机温控系统中一个冷却包里的有机热载体盘管渗漏, 导致上位油槽 (膨胀槽) 因此而缺油, 破坏了导热油循环系统, 同时一部分冷却水由此进入导热油循环系统。当上位油槽放空时, 运转的循环泵把水和空气吸入到270 ℃左右的有机热载体系统中, 且夹着270 ℃左右的有机热载体再次回到膨胀槽, 并形成压力, 顺着溢流管喷涌而下, 直冲下位储油槽, 管道中270 ℃左右、压力为0.5 MPa (表压) 的水和空气进入下位储油槽的瞬间 (近似看作理想气体等温膨胀过程) 压力突然降到零 (表压) , 水的体积膨胀约1654倍[1], 空气进入下位储油槽后, 体积膨胀是原来的5倍, 突然膨胀的水蒸气与空气夹着导热油急速喷溅而出, 伤到司炉人员。上述设备的改造过程和冷却包里的盘管渗漏故障, 由于内部信息不通畅, 司炉工对此一无所知, 是本起事故的又一原因。

7) 对锅炉运行中低油位的异常现象不重视。由于上述用热设备改造时放出大量的导热油以及用热设备的渗漏故障, 有机热载体系统中已经严重缺油, 锅炉发出低油位报警, 但是10月4日白班和晚班司炉当班人员对这一运行异常情况都没有引起足够的重视。事故发生后的第二天 (10月5日) 仅一次性就补充了2100 kg导热油。

3 事故教训及防范措施

1) 加强导热油中水分和挥发物的排除。在冷油循环时, 要经常打开放气阀门排放残存空气, 观察并记录各点上的压力表、温度表、电流表等显示情况。记录油泵电流、油泵进出口压差、油泵出口压力、热载体炉进出口压差等数据, 并检查油泵是否运行平稳。在点火升温过程中必须定期打开膨胀槽底部的排污管, 放出冷凝水。正常运行时, 保证高位膨胀槽的油量在安全液位, 温度不得超过70 ℃;运行过程中, 当发现循环泵出口压力偏低和循环泵运行不稳定等情况时, 应立即进行充分排除导热油系统中的水分及挥发物, 若控制不住, 应立即停炉;运行过程中发生导热油爆沸喷溅情况时, 必须立即停炉。

2) 储存罐上的人孔应紧固密闭, 排气管的出口应接到安全地点。

3) 严格遵守有关规定, 把有机热载体下位储油槽与有机热载体炉之间用墙隔开。我国《有机热载体炉安全技术监察规程》第二十二条规定:“储存罐与有机热载体炉之间应用墙隔开。”

4) 规范有机热载体炉的运行记录和交接班记录, 确保记录的及时性和真实性, 为记录的可追溯性提供保证。

5) 建立良好的内部信息沟通渠道, 保证用热设备的故障和对用热设备的任何改造要让每一个司炉工知道。

6) 完善紧急停炉机制。对紧急停炉的情况做出具体说明;对紧急停炉的操作步骤做出详细规定, 并公布在锅炉房, 让每一个司炉工熟悉紧急停炉的情况。

7) 把公司锅炉以前出现过的各种安全事故和应急情况一一排查出来, 加大司炉工的业务技能教育和安全意识教育, 增强司炉工对应急情况的感性认识, 提高司炉人员对锅炉故障的排除能力。

摘要：通过一起有机热载体炉的导热油喷出事故, 阐述了该起事故的原因, 并提出相应的解决措施。

关键词：有机热载体炉,喷油事故,解决措施

参考文献

试论有机热载体锅炉房的设计要点 篇6

1.1 目前有机热载体炉的现状

众所周知, 在我国有机热载体炉的应用已经有将近三十多年了。在纺织印染、石油化工、建材生产、粮食加工、筑路养路等各个领域都存在着大量的运用有机热载体炉的现象。尤其是伴随着我国进入到WTO, 印染纺织等行业逐渐的走出低谷, 很多私营的印染纺织企业得到壮大发展, 其所运用的有机热载体就变得更多了, 而且其规模、容量也得到了不断的提高。但目前仍然没有锅炉房的设计手册或规范, 大都由企业进行自行安装和设计, 从而也留下了许多的安全隐患。

1.2 有机热载体炉用途和特性

众所周知, 有机热载体炉就是一种特殊的锅炉。其适合在低压的高温环境中进行工作, 通常情况下其工作压力低于1Mpa, 也可以为常压, 其供热的温度则可到达气相400℃或液相340℃。现在有汽相道生油和液相导热油这两大类的锅炉。身为锅炉家族一员的有机热载体炉, 其拥有较为宽广的用途。其必须要稳定均匀的进行加热, 而且不能让火焰进行直接的加热, 其工艺加热的温度应该控制在150℃~380℃之间, 在大部分的生产场合当中, 均可运用有机热载体炉来进行供热, 包括一些生活用热也都可以运用。在运用180℃以上的饱和蒸汽进行加热的生产过程中, 如果用有机热载体炉来取代工作压力较高的等级的蒸汽锅炉来进行供热, 则可大幅度的降低其设备运行的压力, 降低设备运行的管理费, 同时还可以提高生产的安全性, 从而节约基建投资和设备。

2 机热载体锅炉房基本的设计要点

2.1 选择有机热载体炉的要求

众所周知, 在进行有机热载体炉的选择时, 要以企业的用热负荷作为依据, 根据生产工艺的加热温度、网路阻力等来进行计算, 将电力或燃料的具体供应情况等, 综合在一起进行分析, 从而选择安全可靠性高和技术性能好的设备。

2.2 有机热载体炉的具体结构

现在市场上有机热载体炉大都按照锅炉的本体结构来进行分类, 集体分为管架式热油炉、盘管式热油炉及锅壳式热油炉。我国最初的有机热载体大多是盘管式。这样的炉其占地面积小, 结构紧结;造价低, 材料省;但热效率不高, 不能够满足配套的自动化燃煤的具体装置, 而且其装置消烟除尘较无法达到环保的要求。管架式的热油炉是针对盎管式的热油炉存在的不足而进行改进的有机热载体炉。这样的炉型有利于制成快装式的大容量, 方便运输和安装, 降低锅炉房的高度。但它和盘管式的热油妒相同, 存在着有机热载体的容量小, 富裕吸热能力不高, 停电后容易导致受热面结焦、爆破的事故。锅壳式热油炉就是针对这个缺陷进行研制的炉型, 但是它占地面积较大, 投资高, 而且锅壳底部保温层脱落后, 容易导致鼓包、鼓包开裂的事故。目前国内运用较多的为管架式热油炉。

2.3 有机热载体的选用

有机热载体是一种有机化合物, 多呈淡黄色或褐色油状液体, 大都是无毒无味的, 因用于作传热介质, 故俗称导热油。导热油具有较高的沸程, 可以在很低的饱和压力下被加热到较高的工作温度, 达到液相340℃或汽相400℃, 并有较的热稳定性。使用中当油温超过80℃时必须有隔离空气措施, 否则导热油会被急剧氧化而变质, 影响使用。导热油都是可燃的, 使用中必须注意防火要求。选用导热油的一个最主要的技术指标是导热油的最高使用温度, 它表示导热油在这一温度及以下使用时, 能保持导热油的热稳定性, 而不分解、变性、降质、或发生事故, 起到正常传热媒介作用。因此, 选用的导热油的最高使用温度必须高于有机热载体炉设计规定的供热温度, 并高于有机热载体炉中任一受热面部位的导热油可能达到的最高实际工作温度。

2.4 锅炉房的安全技术要求

由于目前并没有专门的有机热载体锅炉房设计规范或手册, 因此新建的有机热载体锅炉房应执行现行的相关标准, 即必须符合《建筑设计防火规范》、《工业企业设计卫生标准》及《工业“三废”排放标准》等规定的要求。

锅炉房的设置要求除与一般的蒸汽或热水锅炉房有相同的锅炉房设置要求处, 有机热载体锅炉房民应满足下列要求:有机热载体锅炉房原则上应单独建造;宜采用单层建筑;且不应设在建筑物的地下室或半地下室内;有机热载体锅炉房不得与甲、乙及使用可燃液体的丙类火灾危险厂房和有易燃、易爆或其它危险物品的房间相连;有机热载体锅炉房与民用建筑的防火间距不应小于5米, 与厂外道路路边, 厂内主 (次) 要道路路边的防火间距应分别不应小于15米、10米 (5米) ;膨胀器不得安装在任何一台锅炉的正上方, 且膨胀器底部与炉顶的垂直距离不小于1.5米, 以防有机热载体镒出引起火灾及受热氧化;油气分离器的布置应高于循环管网的最高位置;相邻有机热载体炉之间的净距不小于较大炉膛宽度加1.5米;低位油槽应尽可能放在加热系统最低位置, 以便放净锅炉中的有机热载体, 低位油槽与有机热载体炉之间应用隔墙隔开。

有机热载体炉的管网系统应采用焊接连接, 不得采用螺纹连接。管道及管道附件不得采用铸铁或有色金属制造。有机热载体炉及管网的最高处应有必要数量的排气阀, 以便有机热载体炉在运行中定期排放形成的气体产物。排气阀的开关位置应便于操作;排气阀的排气管应与固定容器相连, 液相炉的排气管可直接与大气相通。固定容器、排气管口与明火热源的距离不应小于5m。膨胀器上应装有溢流管, 封闭式膨胀器上还应装有安全泄放装置, 溢流管和泄放管应接到低位油槽上。溢流管的直径与膨胀管一样, 且不得安装阀门。低位油槽上部应装有排气管, 排气管应接到安全地点, 其直径应比膨胀管大一档次。

由此可见, 由于有机热载体锅炉的供热介质非常特殊, 具有可燃、高温、易氧化、渗透性强等特点。因此, 在锅炉的设计中要遵守热水锅炉或蒸汽锅炉的锅炉房设计的相关标准, 同时还应按照其规程进行执行。有机热载体锅炉房的安全性很大程度上还取决于其操作规程的严格执行。只有认真学习并严格执行这些规程、规定, 才能最大限度的减少不安全因素。

参考文献

[1]赵钦新.燃油燃气锅炉结构设计及图册[M].西安:西安交通大学出版社, 2002.

有机热载体加热炉 篇7

春节假期过后, 某单位一台有机热载体炉在运行过程中发生火灾事故, 造成直接经济损失五十多万元。所幸的是, 火势得到了控制, 没有蔓延到锅炉房附近的生产车间, 生产车间内价值上千万的布匹幸免于难。

事故现象:锅炉运行过程中, 膨胀罐放空管突然喷油喷火, 不久, 储存罐人孔盖炸开, 引发大火。

事故原因排查: (1) 查阅油质监测报告, 未见异常; (2) 进行锅炉内部检验, 仅有一根对流段受热面管变形 (更换修理) , 其它无异常; (3) 对有机热载体流经的整个循环系统逐一检查, 最后发现有可能是蒸汽发生器 (一种油水换热器) 中的换热管泄漏造成水侧的水蒸汽和热水窜入油侧, 由于水分进入运行温度在200℃以上的有机热载体循环管路后将迅速气化膨胀, 大量高温有机热载体冲向膨胀罐, 部分从放空管喷出, 部分从溢流管冲向储存罐, 从而引起膨胀罐放空管突然喷油喷火、储存罐人孔盖炸开, 引发大火。

为此, 对蒸汽发生器水侧进行水压试验, 发现确实有部分换热管已穿孔泄漏。抽芯检查, 发现U型换热管管束上结满了水垢, 而且有严重的腐蚀。

处理方法:更换换热管, 水压试验确认合格;增加一台逆流再生钠离子交换器, 蒸汽发生器补给水由自来水改为软水;加强蒸汽发生器给水 (含回用水) 、发生器内水的水质化验工作。蒸汽发生器是一种压力容器, 但按照《固定式压力容器安全技术监察规程》, 其水质也应符合GB/T1576-2008《工业锅炉水质》的要求。

经修理、整改后, 该台锅炉及蒸汽发生器正常运行至今, 而且, 由于蒸汽发生器的无垢运行, 其出力由0.2t/h恢复到0.5t/h。

2 常见喷油事故原因及防止

由于使用操作不当, 有机热载体锅炉开式传热系统中有水分进入或突然进入大量冷油, 将直接导致有机热载体锅炉膨胀罐放空管喷油事故甚至火灾事故。现就一些常见的水分或冷油进入而导致事故的原因及处理、防止方法作简要分析。

水分进入的原因:

(1) 有机热载体锅炉储存罐中的油含水量较高, 在系统补油时水分一起带入;

(2) 车间用热设备检修、清洗后残留水分放不尽, 用热设备投用时水分进入有机热载体循环系统;

(3) 蒸汽发生器 (油水换热器) 等用热设备, 在使用过程中, 如果发生换热管腐蚀穿孔等原因导致的泄漏, 由于水汽一侧的压力往往高于油侧的压力, 大量的热水和水蒸汽将迅速窜入油侧;

(4) 露天布置的有机热载体锅炉储存罐人孔盖未盖好或破损, 导致雨水进入, 由于水的比重大于油的比重, 在系统补油时, 补油泵首先把储存罐底部的水直接送入膨胀罐;

(5) 其他原因导致水分进入。

水分进入的处理、防止方法:

(1) 有机热载体锅炉储存罐中的油也应参与煮油脱水过程, 这样在系统需要补油时就不用担心有过多的水分带入;

(2) 车间用热设备检修、清洗后的残留水分, 可采用干燥压缩空气彻底吹干;

(3) 蒸汽发生器 (油水换热器) 等用热设备, 一般是作为压力容器设计制造的, 但《固定式压力容器安全技术监察规程》规定其水质应当符合GB/T1576-2008《工业锅炉水质》的要求, 而事实上很多在用的这类压力容器既没有采用软化水等锅外水处理, 也没有采用任何锅内加药处理, 导致设备水侧结垢、腐蚀严重, 直至换热管穿孔泄漏。处理方法是更换换热管, 经水压试验合格确认无泄漏后恢复使用;同时, 应采用合适的锅内加药或软化水等锅外水处理方法, 与工业锅炉一样做好水质处理工作, 防止设备结垢、腐蚀。

(4) 排净储存罐底部积水, 储存罐中的油参与煮油脱水后才能使用。根据具体情况, 分别盖上储存罐人孔盖或更换人孔盖, 条件允许时搭建防雨棚等, 防止雨水进入储存罐。

(5) 实际情况千变万化, 还应根据用户现场实际管路系统、生产工艺过程等排查其他可能导致水分进入循环系统的原因, 并分别采取对应的处理方法。

大量冷油突然进入的原因:

(1) 长时间停用的用热设备突然开启;

(2) 储存罐向膨胀罐补油速度太快;

(3) 其他原因。

防止大量冷油突然进入的方法:

(1) 长时间停用的用热设备及其供回油支管管路中有较多的冷油, 如果突然开启, 除了容易造成锅炉膨胀罐放空管喷油事故外, 还极易引起供回油支管因急剧热胀冷缩而撕裂, 导致火灾事故。可在用热设备处设置旁路, 用热设备停用时, 旁路开启, 供回油支管处于流动热管状态;用热设备投用时, 阀门缓慢开启, 旁路缓慢关闭, 让用热设备缓慢升温。

(2) 特别在冬季, 储存罐中油温较低, 向膨胀罐补油时应控制速度。

(3) 根据用户现场实际管路系统排查其他可能导致冷油进入的原因 (如备用锅炉、备用循环泵的切换等) , 并分别采取对应的处理方法。

3 结语

有机热载体锅炉传热系统中有水分进入, 在加热过程中会产生气化, 引起体积的急剧膨胀, 造成系统工作压力的波动和循环泵的气蚀, 导致锅炉内传热恶化, 严重时将直接导致有机热载体锅炉膨胀罐放空管喷油事故甚至火灾事故。因此, 在发现有机热载体锅炉系统运行中有工作压力的波动或循环泵的气蚀现象时, 应及时取样化验其水分和5%低沸物的馏出温度。如果仅有5%低沸物的馏出温度超标, 可进行脱气操作, 经检验合格后继续使用。当水分超标时, 应及时排查原因, 将事故消灭在萌芽状态。

摘要：由于使用操作不当, 有机热载体锅炉传热系统中有水分进入或突然进入大量冷油, 将直接导致有机热载体锅炉膨胀罐放空管喷油事故甚至火灾事故。本文分析归纳了一些常见的水分或冷油进入有机热载体锅炉传热系统而导致事故的原因及处理、防止方法。

关键词：有机热载体,火灾事故,水分

参考文献

[1]GB 24747-2009《有机热载体安全技术条件》.

有机热载体加热炉 篇8

我国工业余热资源丰富, 广泛存在于工业各行业生产过程中, 余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%, 其中可回收率达60%, 余热利用率提升空间大, 节能潜力巨大, 工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”, 近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容[1]。

有机介质作为热载体具有加热均匀, 调温准确, 能在低压下产生高温, 传热效果好, 输送操作方便等特点, 因此有机介质作为热载体是实现烟气余热回收利用的重要方式。

但是有机热载体存在高温劣化结焦的问题, 结焦后会严重影响其换热效率, 甚至威胁到余热回收装置的稳定生产与运行。与此同时, 正常使用的有机热载体也会由于温度达不到最佳值, 导致余热回收效率不能实现最大化的后果, 造成余热资源的大量浪费。

因此, 确定有机热载体温度的合理监测点, 找到其最佳热工参数, 并开发相应的自动控制系统, 才能实现高温报警、智能化防结焦以及高效率回收烟气余热的功能。

1 模型参数确定

1.1 有机热载体的工作参数

由参考文献[2]可知:

有机热载体密度ρ=889kg/m3;速度v=1.5m/s;运动粘度υ=0.66×10-6m2/s;比热cp=2.44k J/ (kg·℃) ;导热系数λ″=0.098W/ (m·K) 。

1.2 确定管道参数

余热回收管道采用多排U型管, 如图1所示。管道选用材料45号钢, 由参考文献[3]附录可查得:

45号钢导热系数λ=42.0W/ (m·K) ;内径dw=50mm;外径dw=56mm;曲率半径R=112mm;直管段长度L=1500mm。

1.3 确定流动参数

有机热载体温度T有=350K, 烟气温度T烟=900K, 烟气流速v烟=10m/s, 有机热载体流速从1.6m/s变化到2.5m/s。模型处于稳态状态, 且结焦炭层厚度为δ'=3mm, 导热系数λ'=4.48W/ (m·K) 。有机热载体结焦后的传热示意图如图2所示。

注:d—余热回收管道内径;dw—余热回收管道外径;δ—管壁厚度;δ'—结焦炭层厚度;λ—管道导热系数;λ'—结焦炭层导热系数;α1—烟气侧对流换热系数;α2—管道内对流换热系数;v—导热油流速;Wg—烟气流速;T烟—烟气温度;T—导热油温度。

2 热工参数的优化

2.1 确定温度监测点

运用Fluent软件对管道内介质的流动和温度分布情况进行数值模拟, 结果分析如图3所示。

由图3可以看出, 管内有机热载体的流动状态呈规律性分布, 在入弯处内侧会出现涡流, 外侧速度则较小, 因此外侧热量无法及时带走, 使得温度升高过快从而出现局部高温。

同时, 随着有机热载体的流动, 烟气的热量不断被吸收, 因此壁温也不断升高, 即最后一段弯管处的局部高温点的温度最高, 该点最容易出现结焦。因此, 对于管排系统, 可以选择每一层的最后一段弯管处为温度监测点, 这样就能够有效地防止有机热载体结焦。

2.2 确定最佳热工参数

以印染行业500万kcal/h的单台锅炉、有机热载体温度T有=350K、烟气温度T烟=900K、烟气流速v烟=10m/s、有机热载体流速从1.6m/s变化到2.5m/s为例, 分析此状态下的最优热工参数。

利用Fluent软件可以计算出有机热载体在管道入口处和管道出口处的温度值, 即有机热载体的温度变化ΔT, 结合有机热载体的流速便可以计算出有机热载体的最大热流量, 该点对应的流速即为该状态下的最佳流速。用Fluent软件模拟出的结果如表1所示。

根据表1所示结果, 可以作出热载体流速与温度变化的关系图, 并将曲线线性化, 结果如图4所示。

由图4可得:

则传热量为:

式中:Q—有机热载体吸收的热量, k J;

cp—有机热载体的比热, k J/ (kg·℃) ;

m—有机热载体的热流量, k J/s。

而有机热载体的传热量可由式 (3) 确定:

式中:ρ—有机热载体的密度, kg/m3;

v—有机热载体的速度, m/s;

d—内径, mm。

利用上述公式, 可以作出有机热载体单位时间内传热量与其流速的关系, 如图5所示。

由图4可知, 热载体的温度变化与流速成反比关系, 即有机热载体流速越大, 其温度升高幅度越小, 要防止有机热载体因高温出现结焦, 则应使其在较高流速下运行。

由图5可知, 随着流速的提高, 单位时间内传热量呈现一个先上升后下降的趋势, 当流速为2.2m/s时, 传热量出现最大值, 其数值为35.27k J/s。

综上所述, 在本文所述工况下, 有机热载体的最佳热工参数为:v=2.2m/s, m=35.27k J/s。

3 热工参数控制

通过分析可知, 要实现温度监测点的温度值低于有机热载体最大工作温度值, 并且换热器热效率最大, 需要构建一套自动控制系统, 根据监测的实时温度值, 及时调节管道内有机热载体的流速, 实现对有机热载体热工参数的优化控制。

控制系统包括流量调节系统和缓冲热载体循环管路内压力、流量的储油罐系统, 如图6所示。通过两个反馈调节系统的相互配合, 实现以下控制目标:

1) 防止导热油温度超过警戒值;

2) 确保导热油流量达到最佳值;

3) 确保高位储油罐内液位恒定。

3.1 流量控制系统

安装在导热油管道外壁的热电偶实时监测导热油管道的壁温。当壁温超过警戒值时, 控制单元通过增加阀门开度来降低温度, 避免导热油因高温而出现结焦。另外, 安装在导热油炉入口处的流量计实时反馈导热油的流量给控制单元, 当流量值偏离最佳流量范围时, 控制单元发出信号, 调节控制阀的开度, 使流量回到最佳流量范围内, 确保了余热回收过程效果的最优化。

由流量控制系统流程图 (见图7) 可知, 热电偶测温装置测得实时外壁温度后, 将信号输出给控制单元, 控制单元对此温度与警戒温度进行比较, 若其超过警戒温度, 则增大阀门开度, 达到降低内壁温度的目的;若低于警戒温度, 则判断导热油的实时流量是否在当前工况下的最佳流量范围内。

若导热油的实时流量偏离当前最佳流量范围, 控制单元根据偏差值调节阀门开度, 直至导热油的实时流量回到最佳流量范围内;若导热油的实时流量处于当前最佳流量范围内, 则此时的烟气余热回收过程处于最佳状态, 余热回收效果最好。

3.2 储油罐系统

在高位储油罐的下方安放有低位储油罐, 当高位储油罐内液位超过警戒值时, 导热油自动流入到低位储油罐内;当高位储油罐内液位偏离设定值时, 控制单元启动油泵, 将低位储油罐内的导热油注入到高位储油罐内, 通过2个储油罐的配合, 保持高位储油罐内液面的恒定。

由储油罐液位控制系统流程图 (见图8) 可知, 在高位储油罐的下方安放有低位储油罐, 当高位储油罐内液位超过警戒值时, 导热油自动流入到低位储油罐内;当高位储油罐内液位偏离设定值时, 控制单元启动油泵, 将低位储油罐内的导热油注入到高位储油罐内, 通过2个储油罐的配合, 保持高位储油罐内液面的恒定。

3.3 组态软件

根据余热回收系统的工艺流程和控制要求, 利用组态王工控软件可以设计出针对该系统的控制方案, 如图9、图10和图11所示。通过工艺流程界面、有机热载体炉监控界面、储油罐监控界面、实时报警界面、历史曲线界面和报表界面的配合, 控制人员能够实时获取有机热载体温度、速度、高位储油罐液位等重要工艺参数, 并根据实际生产设定各个参数值, 实现余热回收过程的优化控制。

4 节能降耗分析

以印染行业500万kcal/h的单台锅炉为例, 其清洗周期约为2a, 平均结焦炭层厚度为1.5mm, 利用集总参数法, 根据传热学多层圆筒壁传热公式有:

式中:T烟—烟气温度, ℃;

T—有机热载体温度, ℃;

α1—烟气与管壁侧的换热系数, α1=86W/ (m2·K) [4];

α2—导热油与管内壁的换热系数, α2=1594.6W/ (m2·K) [4];

λ—钢壁的导热系数, W/ (m·K) ;

d—内径, mm;

dw—外径, mm;

λ'—结焦炭层的导热系数, W/ (m·K) ;

δ'—结焦炭层的厚度, mm。

可以计算出结焦前后热流量差值ΔQ=Q1-Q2=94247-36874=57373W。

损失能耗所占比例η=ΔQ/Q1=60.9%。

若使用优化控制系统, 在相同工况下, 考虑到系统的调节能耗和不可避免的传热损失, 经过计算可得损失的能耗所占比例为20%。使用该系统后, 节能效果得到了显著地提高。优化前后能量利用率对比如图12所示。

使用该系统后, 全年运行节约的能量折合标准煤约59t。目前, 在全国约有5000台有机介质余热回收锅炉在运行[5], 若将本作品推广到全国使用, 则每年节约的能量折合标准煤约29.5万t, 具有显著的经济效益与社会效益。

5 结论

1) 结焦炭层附着在管道内壁造成热量大量损失, 损失能耗所占比例达到60.9%, 浪费大量能源。

2) 通过确定有机热载体温度的合理监测点, 找到最佳热工参数, 以及开发相应的自动控制系统, 突破传统的集总参数优化方法, 挖掘系统热载体温度分布的非均匀性特点, 并将防止结焦与热效率最大的多目标优化相融合, 可以实现高温报警、智能化防结焦以及高效率回收烟气余热的功能。

3) 本文所述的热工参数优化控制模型的思路与方法, 还可推广应用于以有机热载体作为传热介质的各种换热设备, 以提高其换热性能, 延长其连续运行时间。

摘要：针对有机热载体换热器在烟气余热回收过程中存在的结焦问题, 应用传热学知识研究了结焦厚度对换热器传热性能的影响规律。采用数值仿真技术, 获得了换热器中有机热载体的温度分布特点。以有机热载体出现温度最高值的位置为温度监测点, 以监测点温度低于有机工质最大工作温度为约束条件, 以换热器热效率最大为目标, 提出了操作参数的优化策略, 并构建了相应的控制系统, 对降低工业产品单位能耗、推进节能降耗工作具有重要的理论与实践意义。

关键词：余热回收,结焦,温度分布,优化策略,节能降耗

参考文献

[1]连红奎, 李艳, 束光阳子, 等.我国工业余热回收利用技术综述[J].节能技术, 2011, 29 (2) :123.

[2]关涛, 刘晓燕, 彭志刚.导热油管内强制对流换热系数的计算[J].工业锅炉, 2002, (6) :9-11.

[3]杨世铭, 陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[4]尚升, 白涵, 马海博, 等.余热回收管道内导热油结焦对传热过程影响的研究[J].节能, 2013, (5) :70-72.

有机热载体加热炉 篇9

关键词：锅炉,节能,应用

0 引言

有机热载体炉因具有“高温低压” (常压或较低压力时出口温度就可达300℃) 、安全、高效等特点, 且供热温度可以精确控制, 能够满足中小型企业的生产需求, 在我县得到了广泛使用。虽然其优点很多, 但在节能降耗方面还有挖掘的潜力, 本文对此类设备的节能现状进行了分析, 并实际检验了余热回收技术在节能降耗中的作用。

1 有机热载体锅炉能耗状况

1.1 排烟温度偏高导致排烟热损失过大

热量传递方式有热传导、热辐射、热对流3种, 我们的有机热载体锅炉主要是通过辐射和对流受热来提高锅炉温度, 缺少蒸汽锅炉前后管板烟气辐射和管束对流辐射, 相比之下受热面和受热路径就显得小很多, 相当一部分的火焰及烟气直排大气, 排烟温度高达200℃以上, 导致排烟热损失过大。

1.2 油汽共存现象导致浪费能源

《有机热载体炉安全技术监察规程》第30条规定:“有机热载体必须经过脱水后方可使用”, 这是因为新加油、换油或者维修过程中容易混入水分, 所以一般锅炉加入热载体后要进行脱水操作, 当油温升至110℃以上时, 水分被汽化, 且汽化量随温度升高不断增加, 当高位油槽放空阀大量排气时, 还会出向喷油, 此时往往会紧急关闭放空阀, 导致脱水不净, 产生气阻现象, 影响热载体循环流量的稳定, 浪费能源。

1.3 停炉不规范导致热损耗增加

停炉时未能做到炉停泵转, 造成了热油自然冷却在系统内, 当下次继续使用时, 因系统管壁有较厚的油膜, 人为的缩小的系统管径, 这样, 不但增加了循环泵的阻力, 同时也影响了传热, 而且还损耗了可用热载体。

1.4 缺少保温措施导致散热损失增加

有不少单位出于经济成本的考虑, 锅炉或者管道不进行保温措施处理, 导致大量热能的散失。还有一些单位不能及时对锅炉受热面的积灰进行清理, 影响了传热, 导致出口温度偏低, 供热不足, 浪费了燃料。

综上所述, 有机热载体炉的热效率受多种因素的影响, 间接或直接的浪费了能源、污染了环境。

2 充分利用烟气余热、大幅提高热效率

有机热载体炉运行时的排烟温度通常在180℃~400℃之间, 排烟热损失随着排烟温度的升高而增加。高温烟气大量排放不仅没有得到充分合理的利用, 浪费了大量的热能, 反而污染了环境。所以说, 有机热载体炉排烟余热的合理利用对提高运行热效率具有积极的作用, 而烟气余热回收技术的利用正好解决了这一问题, 我们通常采取的措施是在锅炉尾部烟道加装余热回收装置, 对高温烟气进行回收二次利用。

2.1 改造案例

我们选取了当地某纺织印染企业一台WQXL-3.5/320-AⅡ型导热油炉进行了技术改造, 改造前排烟温度为320℃、给水温度为20℃、24小时耗煤量为15t, 针对该导热油炉的现状, 其排烟温度仍有较大利用空间, 我们在其尾部烟道加装了热管式热水发生器, 回收排烟损失的大部分余热, 用于生产热水, 提高锅炉给水温度, 实现节能效果。

2.2 回收装置工作原理

烟气余热回收装置主要为热管换热器, 热管的下端从烟气侧吸热, 其中的导热介质吸收了高温烟气的热量后汽化, 介质状态由液态转为气态, 并由热管底端上升至上端向管外工质 (锅炉给水) 放热, 凝结为液体, 沿管内壁返回到受热段并再次受热汽化, 如此循环反复, 连续不断吸收烟气中的热量, 并将热量从一端传递到另一端, 从而降低排烟温度, 减少热损失, 同时提高给水温度, 大幅度提高锅炉热效率。

2.3 改造效果

经过改造, 其节能效果十分显著。该导热油炉的排烟温度降低为200℃, 烟气降温幅度达120℃, 同时给水温度也得到了增加, 提高为65℃, 相反24小时内的燃煤量有所下降, 减少为14.3t。由此我们可以分别计算一下数据量。

(式中:Q为热管换热器回收热量, 单位:kcal/h;Bj为燃料消耗量, 单位kg/h;I1为320℃时烟气焓值, 单位kcal/kg;I2为200℃时烟气焓值, 单位kcal/kg;为热管热水发生器保热系数, 取0.98)

(式中:G为热水量, 单位:kg/h;Q为热管换热器回收热量, 单位:kcal;I1为给水焓, 单位k J/kg;I2为出水焓, 单位k J/kg)

年产热水量=105.8t/天×300天=31740t (年运行时间按300天计算) ;

烟气中回收来的热量不仅仅有效节约了企业用煤, 所产生的热水除了可以用于锅炉给水外, 还可用于企业的生活用水等方面, 进一步节省了企业成本。

3 余热回收装置节能技术特点

3.1 热管特性

热管对于该余热回收装置而言可以说是最重要的部件, 它是一种具有极高热性能的新型传热元件, 通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量, 具有以下基本特性:1) 超强的导热性。依靠内部工作液体的汽、液相变传热, 热阻很小, 因此具有很高的导热能力;2) 优良的等温性。热管内腔的饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小, 温降亦很小, 因而具有优良等温性;3) 热流方向可逆性。热管两端均可吸热和放热;4) 热流密度可变性。可以单独改变蒸发段和冷却段的加热面积;5) 使用的安全性。管内压力低于外界压力, 其不会发生爆炸;6) 应用的广泛性。应用广泛、灵活, 能适应各种恶劣的工作环境。

3.2 余热回收装置技术特点

热管余热回收装置具有以下技术特点:1) 体积小, 只是普通热交换器的1/3, 结构紧凑, 对安装空间要求不高;2) 烟室为上下贯通式, 增大了烟气流通面积, 因而流通阻力减小, 传热效果增强, 降温幅度增大;3) 低温烟气进入除尘器后, 产生水汽较少, 可以降低引风机的负荷;4) 系统为程序化控制, 无需专人操作, 安全可靠;5) 进口处设烟气挡板, 可调节通过装置的烟气量, 使之传热均匀;6) 设有多处清灰装置, 根据现场情况制作清灰漏斗, 全方位彻底清灰, 降低烟尘排放量, 有利于环境的保护。

4 结论

通过利用余热回收装置将锅炉烟气中的热量进行回收再利用, 它的积极意义不仅仅在于将传统有机热载体炉锅炉废烟气回收用于提高锅炉给水温度, 实现能源再利用, 大幅提高现行工业锅炉运行热效率, 而是要通过节能技术的改造推广来唤醒整个行业的节能降耗意识、保护资源环境, 从而带动全社会推进节能降耗行动, 从我做起、从身边做起。

参考文献

[1]邝平健, 过伟权, 王显章, 谢新华.工业锅炉节能方法及应用[J].黑龙江电力, 2007 (12) .