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对有机热载体液相炉安装环节几个问题的讨论江苏省特检院宿迁分院 周凯捷0 前言与传统的蒸汽、热水锅炉相比，有机热载体液相炉（以下简称液相炉）最大的优点是能在较低的工作压力下（一般不大于1.0MPa），获得较高的使用温度（最高可达350）。蒸汽锅炉如需达到此温度，已属电站锅炉范畴，而热水锅炉根本达不到这么高的温度，正是这一优点，使其在化工、建材等多个行业得到了越来越广泛的运用。但液相炉的缺点也很突出，如热油介质渗透性强、易燃；炉管修理、更换困难，一旦结焦、积碳将严重影响锅炉使用寿命甚至只能报废；系统的化学清洗成本高，效果差。为扬长避短，应对液相炉系统的安装、使用、维护、检验等多个环节严格把关。本文主要对安装施工环节中常见的几个问题进行讨论。1 循环油泵的选择循环油泵是整个系统的“心脏”，选择正确与否对系统的安全、经济运行有着直接影响。目前普遍使用的是无水冷却WRY型离心油泵，其基本参数有流量、扬程及效率。下面就这三个参数的选择进行讨论。对于一台确定的泵，在一定转速下，有一个确定的性能曲线，如图1所示。在给定的流量下，均有一个与之对应的扬程，效率也是确定的。因此在选择时，应综合考虑这三个参数。需要指出的是，油泵厂家提供的性能曲线是在常压环境下使用常温清水通过试验得出的，而我们实际使用的介质是导热油，理论上应按其在实际工况下的密度、粘度特性对泵的性能进行换算。当输送的导热油粘度较大时，泵的实际流量、扬程、效率都降低，粘度越大，降幅越大。由于导热油的密度、粘度均随温度升高而降低，因此，最不利的工况为常温，计算时应以此为依据。根据资料1、2，清水在常温下的运动粘度约为1mm2/s，密度为1000kg/m3，而目前常用的导热油常温下的运动粘度在20mm2/s左右，密度一般均小于1000kg/m3。对于粘度，两者差别不大，对泵的性能影响也不大，且随导热油温度的升高，粘度急剧下降，因此可不进行换算2。而根据P=gH可知，当忽略粘度影响时，输送密度相对较小的导热油比输送清水能得到更大的扬程，这正是我们所希望的。对于流量，理论计算公式为： （1）式中：锅炉额定热功率，KW； 、导热油在设计工况下进、出口温度，；导热油在、平均温度下的比热，KJ/(Kg)； 导热油在、平均温度下的密度，Kg/m3。目前，液相炉生产厂家提供的锅炉设计流量即是根据（1）式得出的。在实际工况下，该式中的、均有可能与设计存在差异，因此实际需要的流量与设计值也会存在差异。目前，由于我们对各种导热油在不同温度下的掌握不够，因此严格按照（1）式进行计算选择并不现实。折中的做法是在锅炉设计流量的基础上加10%15%的裕量作为泵的“设计”流量，以保证使用时的流量满足额定要求。另外需要注意的是，为了使泵能经济、高效运行，“设计”流量下的效率应不低于其最高效率的85%，配套的电机功率应尽量小。对于扬程，理论计算公式为： （2）式中，泵的扬程；炉内阻力损失；炉外热力管道阻力损失；用热设备阻力损失。以上单位均为m。对于，在设计工况下是一个定值，一般由厂家提供。炉外热力管道阻力损失主要包括直管部分的沿程阻力损失和阀门、管件的局部阻力损失（由于系统为闭式，故重位压差不计），具体计算方法可参照HG/T20570.7-1995管道压力降计算或SH/T3035-2007石油化工企业工艺装置管径选择导则。表1是根据国内某液相炉生产厂家提供的产品样本进行估算的结果。计算标准：SH/T3035-2007，原始数据：管道内径与配管内径相同，往返总长200m，绝对粗糙度0.2mm。导热油平均温度20，密度900kg/m3，运动粘度20mm2/s。闸阀（全开）、止回阀、90弯头数量分别取6、1、16。表1YGL-120MAYGL-1400MAYLL-2300MAYLW-7000MA循环油量m3/管内径mm50125150250管道压降KPa28120919082用热设备的阻力损失也可参照以上两个标准进行估算。目前，循环泵一般由液相炉制造厂选配，此时其流量能满足设计要求，只需校核扬程即可。当由用户单独购买时，就应按上述方法进行计算、选择。2 高、低位槽的容积要求及试漏高位槽是液相炉系统中重要的安全装置。正常使用情况下，其主要作用有两个：一是储存热载体的受热膨胀量；二是突然停电时实施冷油置换。这两个作用都和高位槽的容积密切相关。根据有机热载体炉安全技术监察规程（以下简称规程）规定，可以通过下式确定高位槽的容积： （3）式中：高位槽容积；锅炉本体的容积；供热管道中导热油容积；用热设备中导热油容积；系统内导热油的平均温度，；1/1000导热油温度每升高1，近似膨胀1/1000。同循环泵一样，高位槽大多也由制造厂随炉配置，由于对用户现场供热管道、用热设备不了解，高位槽容积不足的情况时有发生。在进行锅炉设备验收时，应校核高位槽的容积是否满足要求。高位槽另一个容易被忽略的问题是试漏。高位槽在无氮封时，属常压容器，其制造质量往往得不到保证，焊缝布置不规范，表面质量低劣等问题众多，特别是当该设备由用户自制时，质量更不易保证。本地区就曾发生过用户自制的高位槽在投入使用不到一个星期就泄漏的事故。因此，有必要做试漏。对于随炉配置的高位槽，其壁厚一般为46mm，直径在1m左右，可以0.10.2Mpa做液压试验，只要焊接接头没有重大缺陷，强度上是没有问题的。对于用户自制的，可以根据设备结构、尺寸等实际情况判断，至少应做煤油或肥皂水试漏。一般不建议自制。对低位槽，也应按上述要求进行校核、验收。3 供热管道的柔性布置液相炉供热管道的工作温度很高，为防止在启停过程中产生过大的热应力，导致管道疲劳破坏，在设计布置时，应使管道具有足够的柔性。提高管道柔性最常用的方法是合理设置补偿器来吸收管道的热膨胀量。对液相炉供热管道，最适合使用空间立体弯自然补偿器和型补偿器。对于采用空间立体弯自然补偿的，在完成管道布置设计后，可以通过下面的经验公式来判断其有无足够的补偿能力： （4） （5） （6）式中：管道外径，mm；管道合成热膨胀量，mm；管道展开总长度，m；管道两端固定点间的直线距离，m；、管道分别在坐标轴X、Y、Z三个方向的热膨胀量；管道线膨胀系数；X、Y、Z方向管道的长度，m；输送介质温度，；管道安装时的温度，。上述（4）式是有使用条件限制的4、5。液相炉供热管道一般均可使用该式进行快速校核。如图2，取=159mm，=300，=20，=1310-6m/(m)。根据（4）式计算得到： （7）所以，该段管道有足够的自补偿能力，柔性满足要求。当自然补偿不能满足要求时，可以通过改变管道走向，加设弯曲管段，增加弯头数量等常规措施来重新设计布置，也可以在适当的管段加设型补偿器，如图2虚线所示。型补偿器的制作与安装应遵照相关管道施工手册中的要求。确定型补偿器后，应重新按（4）式校核管道的柔性。4 供热管道的射线检测在对供热管道实施射线检测前，首先应明确检测比例和检测部位。检测比例与管道的类别有关。液相炉供热管道属于工业管道，其设计压力一般取1.0Mpa即可，设计温度为介质可能达到的最高温度，即350，介质导热油的闪点大于60，具有丙级火灾危险性6。据此，可以确定液相炉供热管道为GC2级压力管道。根据规范7，该级别压力管道焊接接头的射线检测比例为不少于5%，级合格。对于检测部位的选择，其原则是：1、施焊难度大，容易产生焊接缺陷的接头；2、在循环条件下工作的接头。根据这些原则，应尽量选择固定焊的焊接接头以及循环油泵进出口的第一道或邻近的焊接接头。在规范7中，规定固定焊焊接接头的检测比例应不小于40%。对于外径不大于100mm的管道，目前均为薄壁管，因此采用倾斜透照方式椭圆成像，相隔90透照两次。大于100mm的管道，采用双壁单影透照方式。为了获得较大的一次透照长度和较小的横向裂纹检出角，透照时应尽量选用小焦距。当把X射线机的窗口直接贴放在管道外壁时，焦距最小，该焦距能满足标准9的要求，同时透照次数最少。实际操作时，通常将X射线机直接纵向放置在管道上进行透照，此时，焦距有所增大。采用以上两种方式时，其透照次数的差别见表2。X射线机焦点至窗口距离取150mm，窗口至管壁的距离取150mm，有效焦点尺寸取3mm，工件表面至胶片距离统一取壁厚+2mm焊缝余高，透照厚度比K=1.2。表2管子规格mm108413351596219624582738要求最小焦距mm100110120120140140直接贴放时焦距mm258283309369395423透照次数555555实际操作时焦距mm408433459519545573透照次数555555由此可见，对目前常见的薄壁管道，两种方式的透照次数是一样的。5 结束语以上是对液相炉安装监检时发现的几个常见问题的总结和一些处理方法。液相炉由于介质的特殊性，其安装环节显得尤为重要。安装单位在安装时，应制定详细的施工方案，对设备开箱验收、管道布置、焊接施工、检验检测等关键环节严格控制，发现问题及时处理。监检机构也应对上述关键环节以及监检项目把好检验关，将安装错误消除在热载体介质加注之前。参考文献：1：孔珑.工程流体力学. 北京：中国电力出版社，1992.2：冯维君.有机热载体炉安全技术. 北京：中国锅炉压力容器安全杂志社，1994.3：陈翠刚.浅析有机热载体炉供热系统