第九章有机热载体炉的基本知识 有机热载体炉作为锅炉家族中的一员，存在广泛的用途。凡是需要均匀稳定地加热、且不允许火焰直接加热，工艺加热温度在150~160℃之间的各种生产场合中，都能够使用有机热载体炉供热。某些生活用热也可应用。用电紧张的地区，采用有机热载体炉以代替用电加热，既可节省电耗，又能发展生产。 有机热载体炉的特性 有机热载体炉是一种新型特种锅炉。具有低压高温工作特性，一般工作所承受的压力不高于1MPa，甚至是常压，而其供热温度可达到液相340℃或汽相400℃。随着工业生产的发展和科学技术的进步，有机热载体炉得到了不断的发展和应用，现有液相导热油锅炉和汽相道生锅炉两大类。 管架式有机热载体炉 管架式有机热载体炉 盘管式有机热载体炉 锅壳式有机热载体炉 某厂导热油炉工艺流程图 有机热载体炉的主要技术参数（一） 额定供热量：表示有机热载体炉在单位时间内可以稳定地向外提供的有效热量，用符号Q表示，单位是GJ/h。（G是10的九次方）过去常用10000kcal/h作为计量单位。 额定热功率：表示有机热载体炉在单位时间内可以稳定地对外提供热能做功的有效能力。用符号N表示，单位是MW。热功率与供热量的换算关系是1GJ/h＝0.28MW。（或1KJ/h＝0.28W） 供油（或汽）温度：表示有机热载体炉在额定工况下输出的有机热载体介质温度。用符号t2表示，单位是℃。 有机热载体炉的主要技术参数 （二） 回油温度：表示有机热载体炉在额定负荷下工作时网路回油进入锅炉的有机热载体介质温度。用符号t1表示，单位是℃。 工作所承受的压力：表示有机热载体在额定工况下工作时承受的内压力。用符号p表示，单位是MPa。 循环流量：表示有机热载体炉在额定负荷下工作时流过锅炉受热面的有机热载体数量，多指容积流量。用符号V表示，也有用Q表示的，单位是m3/h。 适用热载体：不同的热载体具有不一样物理化学特性，设计有机热载体炉时一定要考虑介质特性，以确保锅炉的安全经济运行。 有机热载体炉的主要技术参数 （三） 适用燃料或加热方式：加热装置是根据不同的加热方式或燃料品种进行设计的，它有一定的适用性和要求，所以每种有机热载体炉的加热方式或适用燃料必须明确。 燃料消耗量或电耗量：表示有机热载体炉在额定负荷下必须消耗的燃料数量，用符号B表示，固体或液体燃料单位是kg/h，气体燃料单位是Nm3/h；或为直接加热有机热载体的电热棒需消耗的电度数，电度数计量单位是kw?h。电量与热量的换算关系是1kw?h＝860kcal。 有机热载体炉的主要技术参数 （四） 热效率：表示有机热载体炉在额定工况下的热能或电能利用率。用符号η（艾塔）表示，单位用百分率表示。 排烟温度：表示有机热载体炉在额定工况下的尾部烟气排放温度。用符号Tpy,单位是℃。 烟尘排放浓度：表示有机热载体炉在额定工况下，锅炉尾部烟气排放中粉尘含量换算成标准状态下的数值。用符号C表示，单位是g/Nm3。 烟气黑度：表示有机热载体炉在额定工况下，锅炉尾部烟气排放的颜色黑度，常用林格曼氏标准烟色图对照评定烟色等级。 林格曼黑度 选用有机热载体炉的基础要求 一般应按实际用热负荷的1.2~1.5倍选用有机热载体炉的供热量。对用热负荷较为稳定的且使用管理上的水准较高的企业，可按1.2倍富裕量选用。 生产的基本工艺中的用热温度必须低于有机热载体炉设计供热温度20℃以上。 有机热载体炉在液相运行中的进出油温差不宜超过40℃，一般应控制在20℃左右。 有机热载体的种类 矿物油型：机械油、汽缸油、汽轮机油、常压油、芳香三线油，有机硅油、醇醚、专用导热油等。 合成油型：道生油、氢化三联苯、烷基联苯、二苄基甲苯、烷基苯，乙基联苯等。 机械油、汽缸油、汽轮机油等不是专用导热油，但是能在250℃以下代替导热油使用。 我国目前使用矿物油型比较多，合成油型导热油使用较少。 各种各样不同型号的导热油（一） 各种各样不同型号的导热油（二） 导热油的一般特性 （一） 导热油是一种有机热载体，多呈淡黄色或褐色油状液体，大多数是无毒无味的，少数的具有某些特定的程度的毒性和刺鼻臭味。 闪点：是指导热油在一定的加热条件下，油蒸汽与附近空气混合后，在接近火源时能发生短促闪燃的最低温度。 燃点：可燃物质在空气或其它助燃物质相接触的情况下，达到某一温度时，遇火源即会发生持续的着火燃烧（不少于5秒）。发生这种持续燃烧所需的最低温度叫燃点。 自然点：可燃物质在空气或其它助燃物质存在下，被加热到某一温度时，在未接触火源条件下会自行起火燃烧时的最低温度。 导热油的一般特性 （二） 粘度：是指导热油在规定条件下的稀稠程度及流动性. 残碳：导热油在高温工作时会裂解或氧化产生胶质、沥青质及聚合物，形成残碳。残碳值的大小可用以判别导热油在高温使用中的结焦倾向性。一般要求控制在残碳值0.03W%。当残碳值超过1.5%时，必须对导热油做处理。 酸值：是指导热油中的各种有机酸的总和。有机酸达到一定值时，会对设备管道产生某些特定的程度的腐蚀作用.一般控制导热油的酸值在0.02mgKOH／g以下，如超过0.5mgKOH／g时，这种导热油就不可以使用了。 导热油的一般特性 （三） 沸程：导热油是一种有机混合物，各种有机物具有不一样的沸点，因此导热油的沸腾温度是一个范围，而不是一点温度。一般要求导热油的初沸点即能高于导热油最高安全使用温度，以确保导热油在低压液相状态下方便地安全使用。初沸点是导热油中最轻馏份的沸腾温度。导热油的馏出温度不宜过宽，以其沸程范围较窄为好。 水分：是导热油的有害成分，当导热油循环系统管路设计安装并使用不当时，常会引起喷油并着火，或者水分受热汽化产生高压，引起设备的超压爆炸。 导热油的一般特性 （四） 密度：导热油的密度大都小于1。 外观：其颜色应单一纯净，不应混浊或有悬浮物、沉淀物，否则不能直接投入到正常的使用中，应予处理。颜色多为淡黄色或淡褐色。 凝固点：是指其液体转变为固体的温度点。凝固点越低，导热油的运输、灌装就方便，低温启动就容易。 蒸汽压：是导热油的一个重要技术指标。导热油在密封容器中高温使用时，会产生一些导热油蒸汽。导热油的饱和蒸汽压力一般很低，大都不超过1MPa，且多数在0.1MPa表压以下。 导热油的一般特性 （五） 毒性：毒性程度的高低是判断导热油使用安全性的一个重要指标。大多数导热油是无毒的，少数品种的导热油有一定毒性。有毒的导热油应防止泄露，防止人和畜沾染中毒事故发生。 最高使用温度：表示导热油在这一温度及使用时，能保持导热油的耐热性。必须控制有机热载体即导热油工作时候的温度在其最高使用温度以下，不得超温使用。 膜温：导热油流过锅炉受热面时，会在受热面吸附一层很薄的油膜。油膜温度往往高于主流体温度10℃~40℃以上，油膜层温度控制不让超温是防止导热油过热的关键。 导热油的一般特性 （六） 导热系数：也称热导率，是表示物质传导热量的效果好坏的一个表征参数。 线胀系数：表示物质受热以后胀大程度的一个表征参数。导热油从常温被加热到某一工作时候的温度时，体积会增加许多，一般温升每增加100℃，近似膨胀8%~10%左右（指液体）。 有机热载体炉用密封材料（一） 高强石墨垫片：是采用厚度为0.2~0.25mm的金属薄钢板和石墨材料，经过特殊工艺加工复合而成。膨胀石墨也叫柔性石墨，它是采用天然石墨经特定的化学处理、高温瞬时处理，使石墨层间距扩大即膨胀而成。利用金属钢板和膨胀石墨结合而制成的高强度石墨垫片具有许多优点。 重量轻：石墨的密度是2.22g／cm3,制成膨胀石墨以后密度约为0.8~1.8g／cm3。 耐温性好：膨胀石墨具有很宽的耐温范围，如﹣200~3000℃，当然这是指理想状态下。但是膨胀石墨与金属薄钢板结合制成的高强度石墨垫片在﹣200~550℃范围内可以安全地使用。 有机热载体炉用密封材料（二） 耐放射性：能承受各种射线的长期辐照而不发生明显变化。 柔软性：膨胀石墨具有非常好的柔软性。 耐腐蚀：由于膨胀石墨的化学性质很不活泼，几乎能不受所有介质的腐蚀。 不渗透性：膨胀石墨对气体和液体都拥有非常良好的不渗透性。 自润滑性：膨胀石墨拥有非常良好的自润滑性。因此，不会粘附在密封平面上而影响装拆。 抗拉强度高：由于金属钢板衬在膨胀石墨材料中间，因此高强度石墨垫片具有较高的抗拉强度。 使用压力较高：高强度石墨垫片≤19.61MPa。 石墨垫片 石墨填料 对有机热载体炉结构的一般要求 具有一定的弹性，保证有机热载体炉各部分在运行中能自由膨胀。 有机热载体炉的焊接要求：管子与锅筒、集箱、管道的连接，不得采用胀接或螺纹连接。锅筒纵环焊缝、封头的拼接焊缝一定要采用埋弧自动焊（当受工装限制时，锅筒最后一道环缝的内侧允许采取手工焊），受热面管的对接焊缝采用气体保护焊。 对法兰的要求：受压元件之间的连接应尽量采用焊接。当一定要采用法兰连接时，应采取了工程压力不小于1.6MP的榫槽式法兰或平焊钢法兰，且法兰之间的垫片高强度石墨垫片，不得采用石棉制品垫片，以保证法兰连接处的严密性。 受热面必须得到可靠的冷却。 平焊钢法兰 有机热载体炉的榫槽式法兰 有机热载体炉的工作系统 有机热载体炉有气相炉和液相炉之分。气相炉是一种自然循环的有机热载体炉，液相炉是靠循环泵的压头将有机热载体打入热网系统来满足生产的基本工艺需要的锅炉（强制循环方式）。 循环泵安装在液相炉有机热载体的入口处，称为注入式。主要部件有机热载体本体、循环油泵、膨胀器、储存罐、过滤器、注油泵、油气分离器、管道膨胀补偿器及仪表阀门等组成。盘管式和管架式有机热载体炉的循环方式大多设计安装成注入式强制循环系统。 循环油泵安装在液相炉有机热载体的出口处，称为抽吸式。其主要部件与注入式有机热载体炉基本相同。锅壳式有机热载体炉的循环方式大多设计安装成抽吸式强制循环系统。 有机热载体炉辅助装置的作用 （一） 膨胀器：是有机热载体炉及系统中的重要安全保护装置。基本功能是防止有机热载体受热膨胀而引起系统超压，其最大的作用有：①储存有机热载体炉及系统中的有机热载体受热后引起的膨胀量。②在系统中起着补充有机热载体的作用。所以，又称补充槽。③在新油装入系统后，在启动升温过程中起着排除液相炉和系统中气体的作用。④在向系统注油时也可把油注入膨胀器，由膨胀器自动流到有机热载体炉及系统，起着中间槽的作用。⑤在突然停电的情况下，可以用膨胀器中的冷介质置换有机热载体炉中热介质，起着置换槽的作用。⑥膨胀器置于高位，起着补充压头的作用。所以，又称高位膨胀器。 有机热载体炉辅助装置的作用 （二） 储存器：应尽量放在加热系统最低位置，以便放净锅炉中的有机热载体。储存罐与有机热载体炉之间应用隔墙隔开。①储存罐应装一直液面计，储存罐上部应装有排气管。排气管应接到安全地点，其直径应比膨胀管大一档次。②储存罐的容积应不小于有机热载体炉中有机热载体容量的1.2倍。 过滤器：在循环泵入口处应装过滤器，以便滤去有机热载体在高温下形成的聚合物和残渣。 循环泵：在整个循环系统中起着很重要的作用。在工艺流程中普遍设有备用循环泵，以便在工作泵出现故障时，投入备用泵。循环泵的流量和扬程的选取应保证有机热载体在锅炉中必要的流速。如压力不够，会降低有机热载体在系统中的循环流速，因此导致有机热载体在管内油膜加厚，致使有机热载体过热结焦，早期老化，甚至发生爆管事故。 油泵（离心式） 油泵（螺杆泵） 外齿轮泵 油泵（外齿轮泵） 外齿轮泵工作原理图 外齿轮泵内部结构 油泵（内齿轮泵） 油泵（内齿轮泵） 内齿轮泵内部结构 有机热载体炉安全阀的技术方面的要求 （一） 每台气相炉至少应安装两只不带手柄的全启式弹簧安全阀。安全阀与锅筒连接的短管上应串联一只爆破片。 气相炉安全阀开启时排出的有机热在汽化物应通过导管进入用水冷却的面式冷凝器，再接入单独的有机热载体储存罐，以便脱水净化。冷凝器的背压不应超过0.03MPa。 * 背压是指后端的压力：①通常是指运动流体在密闭容器中沿其路径（譬如管路或风通路）流动时，由于受到障碍物或急转弯道的阻碍而被施加的与运动方向相反的压力。②通常用于描述系统排出的流体在出口处或二次侧的压力（大于当地大气压） 有机热载体炉安全阀的技术方面的要求 （二） 气相炉安全阀和爆破片爆破时的排放能力，应不小于气相炉额定蒸发量。 安全阀至少每年一次从气相炉上卸下进行检测验证，检验定压后应进行铅封。检验结果应存入有机热载体炉技术档案（有机热载体炉在实际在做的工作当中每半年应效验一次）。 爆破片与锅筒或集箱连接的短管上应安装一只截止阀，在气相炉运行时截止阀必须处于全开位置。 无论是采用注入式或抽吸式强制循环的液相炉，液相炉本体上可不装安全阀。 有机热载体炉的全启式安全阀 波纹管 有机热载体炉液面计的技术要求 气相炉的锅筒应安装两只彼此独立的液面计；液相炉的膨胀器应安装一只液面计。 有机热载体炉上不允许采取玻璃管式液面计，应采用板式液面计。 液面计的放液管必须接到储存罐上，放液管上应装有放液旋塞。有机热载体炉运行时，放液旋塞必须处于关闭状态。 有机热载体炉的液面计 有机热载体炉温度仪表的技术方面的要求 有机热载体炉出口的气相或液相有机热载体输送管道上，在截止阀前靠近有机热载体炉的地方应安装温度显示和记录仪表；有机热载体炉热功率不超过2.8MW时可只装温度显示仪表。在液相炉回路的入口处应装温度显示仪表（有机热载体炉上温度仪表每半年应效验一次）。 有机热载体炉阀门的技术方面的要求 有机热载体炉的载体进出口管道上均应安装截止阀，当泵与锅炉之间距离不超过5米时，在锅炉进口处可不装截止阀。阀门连接处应选用不泄漏型的密封材料，不准采用石棉制品。 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应不小于5米。 溢流管上严禁安装阀门。膨胀管上一般不得安装阀门. 阀门渗漏或损坏时应及时维修。 阀门应有防止误操作措施。 有机热载体炉上的截止阀 有机热载体炉的点火升温操作 开启循环泵，使热载体循环，注意开泵时应先将泵的冷却水接通，检查冷却进出口是否畅通。 打开高位膨胀槽上和系统最高点的放空管排气阀。 按照不同的燃烧设备，用木材或其它易燃物点火。严禁用汽油或其它挥发性强的易燃物引火。 有机热载体炉的升温（一） 有机热载体炉的点火升温是运行操作中较危险，需要非常谨慎，其升温过程要遵循“一慢二停”原则：一慢即升温速度要慢，二停即在95℃~110℃和210℃~230℃两个温度段要停止升温、维持这个温度一段时间。 冷炉点火后，控制升温速度10℃／时，直到90℃~95℃。由于冷炉时油的粘度大，如升温过快，容易使局部油膜温度过高。 95℃~110℃范围内是驱赶系统内残存水分和热载体所含微量水阶段。升温速度控制在0~5℃／时，视脱水情况决定。 有机热载体炉的升温（二） 当锅炉和管道中响声变小，循环油泵不再出现抽空现象（泵出口压力降至0.1MP以下，有沉重的喘气声）时，可以5℃／时的速度再升温，但不能超过120℃，直到放空管不再有气体排除为止。 脱水过程完成后，以30℃／时的速度继续升温，但仍注意可能会有残余水分蒸发，准备随时停止升温。 当温度达到210℃~230℃时要停下来，这时主要为脱去热载体中的轻烃组分，有轻烃组分存在会使导热油的闪点降低，一旦泄露，引起爆炸的可能就增大。以气相存在时，会造成“气阻”，使循环油泵泵压不稳、流量下降甚至中断。 有机热载体炉的升温（三） 脱轻组分的过程视热载体的不一样的牌号、不同质量而不同，当放空管中无气体排除，循环油泵泵压稳定，即可继续以0℃~10℃／时的速度升温。 从210℃直至热载体工作时候的温度是在脱气结束后、以40℃／时的速度升温，这时应全方面检查锅炉本体、各种附属设备和仪表。 点火升温中应注意的事项：当热载体温度升到200℃以上时，应对设备及总系统进行一次全方面检查，并对所有的螺栓连接部位进行一次热紧，消除因热膨胀不均引起的泄露。 注意热载体的膨胀量。 有机热载体炉的维护保养 及时清灰：在运行中受热面积灰不但使排烟温度上升热效率下降；而且往往造成出力不足，供热量不能够满足生产规格要求。当采取加强燃烧来提高出力时，未积灰的受热面就会局部热负荷过分集中使壁温升高。结果是在这部分受热面的内壁加速超温分解析碳，使内壁很快形成焦垢，以致传热进一步恶化，直到炉管烧毁。 清除焦垢：为避免事故的发生，对液相热载体炉受热面的内壁至少一年应清垢一次。（气相热载体炉视结垢情况决定是不是清洗）。为了能够更好的保证化学洗涤效果，最好是将炉体与热系统（包括管道和用热机的散热器）一并清洗，因为油质变化后，整个油路系统管道内同时会产生沉积，尤其是用热器内的焦垢，对传热影响很大。 停用较长时间的热载体炉，在炉体冷却后，将热载体全部放入储存罐内，关闭所有阀门隔绝空气，清焦除垢。最好采用氮气保养，维持氮气压力0.05~0.1MPa。 有机热载体炉超压爆炸事故的原因 当联苯混合物中含有水份时，短时间之内迅速汽化，压力骤增，导致加热炉超压引起爆炸。 加热炉玻璃视孔有渗漏或在安装温度计时有空气进入道生炉内，升温后也未排除空气，结果道生油与空气形成爆炸性混合物，在高温作用下发生爆炸。 停炉期间不注意保温，道生油凝固（凝固点12.3℃）.开车前又未事先升温熔化。锅炉升火后，道生油不能在总系统内循环，造成锅炉局部超温、超压甚至爆炸。 没安装安全泄压装置和温度、压力指示装置或上述装置在使用的过程中失灵。 有机热载体炉超压爆炸事故的处理 在运行过程中发现道生油相应的温度和压力不正常，液面剧烈波动，液相混合物的管道发生冲击等现象，必须立即进行排汽脱水，使压力、温度回到正常状态，否则应紧急停炉。 有机热载体炉超压爆炸事故的预防（一） 设计：制造时应考虑联苯混合物渗透性强，液体循环差，锅炉钢板壁温高等特点，应严格按照《有机热载体安全技术监察规程》的要求做。 加热炉应装有下列主要安全保护装置，并保证灵敏可靠： ①安全阀：每台加热炉至少应装两个全封式安全阀。安全阀泄压装置后部必须配有因加热炉超压释放出有毒气体的回收装置。安全阀应每半年检查和校验一次。 ②压力表：加热炉应安装具有指示、报警的压力表。报警压力不允许超出安全线的排放压力。各种压力表应每半年检查和校验一次。 ③测温仪表：加热炉的出气口和进液口应装有测温仪表及超温报警器。测温仪表每半年应校验一次。 ④液位计：加热炉应装设两套高温的板式玻璃液位计，不得采用玻璃管式液位计。 有机热载体炉超压事故的预防（二） 健全道生油加热炉的安全技术操作规程，加强职工责任心，教育职工严格执行PROC、精心操作、认真维护、杜绝跑、冒、滴、漏现象。 道生锅炉和整个加热系统必须严密不漏，每次投入运行及加液时，必须严格进行完全脱水，脱水时一定要缓慢升高到100~110℃，直到排汽口的水蒸汽没有时为止（排汽时注意将放空阀打开）。 联苯混合物的配比不当回影响它的凝固点，从而增加循环阻力，甚至破坏循环是锅炉烧坏。为此，在使用中必须定期查核混合物的配比，掌握变动情况及时加以处理。 吸油口 排油口 垫片 不锈钢滤网 波纹管 弹簧 波纹管 *
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