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摘要：近年来，有机热载体的应用范围越来越广，已被大量应用在纺织、化纤、木材加工等行业。由于对影响液相强制循环有机热载体锅炉运行安全的常见因素，如热载体循环异常、锅炉压力异常、循环泵参数不符进行了分析探讨，并提出预防措施。
关键词：有机热载体锅炉；运行安全；影响因素
有机热载体锅炉由于其与蒸汽锅炉相比具有压力低、温度高以及热量损失少等优点，在工业企业中得到越来越广泛的应用。然而，有机热载体锅炉普遍存在系统工艺流程复杂、运行安全受系统及用热机械设备影响大等诸多问题，使用环节事故较多，轻者产生热载体过热劣化报废、锅炉受热面管子积碳爆管等失效现象，重者产生火灾甚至爆炸事故。影响有机热载体锅炉运行安全的因素很多，但对工业生产领域使用数量最多的液相强制循环锅炉而言，较常见的有诸如热载体循环异常、锅炉压力异常等。
一、有机热载体劣化表现
1、热劣化。有机热载体长期处于高温环境中运行，分子内碳链发生断裂，分解成气体、低分子化合物、自由基，自由基又与其他分子发生聚合反应生成高分子聚合物。外观表现在颜色逐渐变深，由黄色变为褐色直至黑色，新的高分子聚合物的热稳定性、导热性、闪点、运动黏度等都发生变化，影响使用性能。
2、氧化劣化。有机热载体和空气接触，被氧化成有机酸，有机酸进一步催化聚合反应，导致运动黏度增加，且有机酸遇水后对设备有一定的腐蚀作用。
3、混入异物的劣化。所混入的有机物可能成为催化剂，催化油品分解、聚合反应；混入水分在高温下发生气化，造成运行压力不稳，严重时甚至引起超压事故。在用有机热载体质量变化的一般规律是：闪点、低沸物馏出温度降低，残炭、运动黏度和酸值增大。
二、循环异常对锅炉运行安全的影响
液相强制循环有机热载体锅炉运行时循环异常主要表现在有机热载体循环低流量、低流速等，锅炉出现问题如长时间得不到处理，就会发生有机热载体过热劣化，受热面管子局部积碳甚至阻塞管内有机热载体流动，从而造成受热面管爆裂。据不完全统计，近几年每年都有多台有机热载体锅炉由于运行时低流量、低流速等循环异常而引起有机热载体短时过热劣化、锅炉受热面管爆裂漏油甚至爆燃事故。
1、有机热载体循环低流量的影响。对有机热载体锅炉而言，其系统热负荷等于有机热载体锅炉的出力。有机热载体锅炉的体积流量计算公式为:
有机热载体锅炉在设计时，根据额定热功率的大小，布置相应的受热面，并且为了确保锅炉安全可靠运行，设定了其允许的最小体积流量。但在实际运行中，由于配套循环泵额定功率不够或泵性能老化等各种原因，会出现锅炉有机热载体循环流量偏低的情况，若锅炉仍按额定热功率运行，势必会使锅炉内有机热载体供、回油温差增大，甚至出现有机热载体超温现象。因此，长时间低流量运行会造成锅炉内有机热载体过热与积碳，影响锅炉的安全运行。
2、有机热载体循环低流速的影响。有机热载体的循环流速按式计算确定:v = Q/(3600 F)锅炉受热面管内有机热载体的流速受到有机热载体总循环流量和各受热面管之间有机热载体分配均匀性的影响，在有机热载体总循环流量减少或受热面管流量分配不均匀的情况下，所有受热面管或部分受热面管内的有机热载体流速会降低至其安全流速之下，低流速会引起受热面管内的热载体过热积碳，甚至爆管，影响锅炉的安全运行。压力异常对锅炉运行安全的影响根据粘性流体在管程内的伯努利方程式，可以列出液相强制循环有机热载体锅炉进、出口的伯努利方程:
由式可推算出锅炉进、出口油压差，对有机热载体锅炉，锅炉几何高度差相对整个系统阻力降可忽略不计，即(Z2－Z1)≈0; 只要锅炉内有机热载体有流动，进出口流量相同，在进出口总管管径相同时，根据式可知，进出口流速也相同，(α2 v22－α1 v21)≈0。所以锅炉进、出口油压差的计算公式:
当锅炉内有机热载体循环流速降低，假设直至流速v→0，则锅炉进、出口油压差p1－p2也将降低，直至p1－p2→0，有机热载体循环流量也将不断降低，锅炉运行将出现异常。产生这种现象的主要原因是循环泵故障或用热设备系统堵塞引起。其判别方法是: 当进口油压p1和出口油压p2均过低或为零时，应是循环泵故障引起; 当进口油压p1和出口油压p2均过高时，应是用热设备系统堵塞引起。这是锅炉控制系统设立低压差以及超压、低压报警连锁装置的目的之一。当锅炉内有机热载体循环流速增加，假设直至流速v→∞，锅炉进、出口油压差p1－p2也将增加，直至p1－p2→∞。当然，实际的锅炉进口油压p1不可能无限增加，最高也只能达到循环泵的最大扬程，这种情况下，锅炉运行也会不正常。产生这种现象的主要原因是锅炉本体管路积碳堵塞，流通内径变小引起。其判别方法: 进口油压p1过高、出口油压p2过低，当锅炉管子完全堵死时，出口油压p2将降至零。这也是锅炉控制系统设立超压、低压报警连锁装置的目的。
三、循环泵参数不符对锅炉运行安全的影响
锅炉安装时，应选取合适的热油循环泵，使其在锅炉运行过程中，保证通过锅炉的有机热载体流量不低于锅炉允许的最小体积流量。但在实际使用中，有机热载体锅炉由于循环泵选型不当，或运行过程中其它因素影响，循环泵达不到额定参数要求，会影响锅炉运行安全。
1、泵额定功率的影响。功率是单位时间内所做的功。因为泵内有各种损失，所以它从原动机得到的能量不可能全部传递给流体，泵的有效功率是指单位时间内通过泵的流体所得到的功率，用Ne表示，其计算公式为:
从式可知: 如果锅炉配套的热油循环泵额定功率达不到要求，将会产生有机热载体体积流量不够或者扬程不够，影响锅炉的出力甚至影响锅炉的运行安全。
2、泵工作点的影响。所谓泵的性能曲线是指在一定转速下泵的体积流量与实际扬程的关系曲线; 管路特性曲线是指管路中通过的体积流量与所需要消耗的扬程之间的关系曲线。将泵本身的性能曲线A 与管路特性曲线B用同样的比例尺绘在同一张图上，则这两条曲线相交于M点，M点即是泵在管路中的工作点( 见图) 。该点流量为QM，总扬程为HM。这时泵的扬程等于管路装置所需克服的阻力，所以在M点工作时，能量平衡工作稳定。
但是，从图可知: 在配套泵的额定功率不够或者泵长期运行性能老化、有效功率降低时，泵的性能曲线将下移，在锅炉系统不变即管路特性曲线B 不变的情况下工作点由M点下移至M1，泵的体积流量及扬程均下降，从而达不到锅炉的使用要求，影响锅炉的运行安全; 如锅炉由于管路积碳堵塞或用热设备负荷增加，锅炉系统管路阻力将增加，管路特性曲线由B 变为B1，在泵性能曲线A 未变化的情况下，则工作点由M 移至M2，要求泵的扬程由HM提高至HM2，此时泵内有机热载体体积流量将由QM降低至QM2，当其小于锅炉允许的最小体积流量时，也将影响锅炉的运行安全。
总之，液相强制循环有机热载体锅炉运行时，应密切关注锅炉有机热载体循环流量、流速及压力等运行参数，防止出现有机热载体循环低流量、低流速以及锅炉超压或低压等异常状况; 锅炉循环泵额定功率等参数选取应符合整个锅炉系统对流量、扬程的要求，并且运行时泵本身的性能曲线与管路特性曲线相交的工作点要满足锅炉的实际流量、扬程要求; 锅炉安装位置要适宜，既不能过高也不能过低，以防锅炉运行异常。
参考文献：
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论文作者:常珍珍
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/22
标签：锅炉论文; 热载体论文; 流速论文; 流量论文; 油压论文; 扬程论文; 管路论文; 《防护工程》2018年第1期论文;