對(duì)有機(jī)熱載體爐設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)過程的控制與分析

包貴林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇南通226001）

有機(jī)熱載體爐是一種新型的特種鍋爐，具有低壓高溫工作特性，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有機(jī)熱載體爐得到了不斷的發(fā)展和應(yīng)用。從介質(zhì)的形態(tài)可分類為：液相爐和氣相爐。所有氣相爐均是承壓的，而液相爐則分為承壓（注入式）與不承壓（抽吸式）兩種型式。

與蒸汽鍋爐相比較，考慮到有機(jī)熱載體爐的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、使用要求等因素，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的有效控制，是有機(jī)熱載體爐的質(zhì)量保證、安全運(yùn)行、發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。本文僅對(duì)此做了分析與論述。

1 有機(jī)熱載體爐的設(shè)計(jì)

有機(jī)熱載體具有易滲漏、易燃的特性，防止泄露、避免發(fā)生火災(zāi)是有機(jī)熱載體爐的主要問題所在。有機(jī)熱載體爐的元件不論受壓與否，均應(yīng)該按照國(guó)家鍋爐計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（目前我國(guó)現(xiàn)行鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)包括：《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》和《鍋殼式鍋受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》）進(jìn)行計(jì)算。但其設(shè)計(jì)計(jì)算壓力選取確與蒸汽鍋爐選取有所區(qū)別，蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算壓力選取一般是額定工作壓力，而有機(jī)熱載體爐則應(yīng)為工作壓力加0.3 MPa，且不低于0.59 MPa，計(jì)算公式及其他參量的選取、系數(shù)的確定都應(yīng)按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

另外，有機(jī)熱載體爐設(shè)計(jì)時(shí)，同蒸汽鍋爐設(shè)計(jì)一樣，還要考慮到具有一定的彈性，要保證有機(jī)熱載體爐各部分在運(yùn)行中能夠自由膨脹。有機(jī)熱載體爐運(yùn)行中受熱就會(huì)膨脹，如果受熱元件不能自由膨脹，則溫度每升高1℃，就會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而引起受熱元件的損壞，甚至能造成鍋爐事故的發(fā)生。因此，在進(jìn)行有機(jī)熱載體爐設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分別對(duì)有機(jī)熱載體爐部件本身結(jié)構(gòu)及整體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行考慮自由膨脹因素。

2 材料的選用

有機(jī)熱載體爐的工作條件較差，受熱面元件不僅受火焰、煙灰作用，還承受一定的壓力和有機(jī)熱載體介質(zhì)作用，因此應(yīng)選用鍋爐專用優(yōu)質(zhì)鋼材，不得采用鑄鐵或有色金屬。

鑄鐵是脆性材料，而脆性材料不能用于承壓元件；另外與鋼材比較，鑄鐵的金相組織比較疏松，有機(jī)熱載體在高溫的工作條件下易滲漏。而有色金屬材料與有機(jī)熱載體接觸時(shí)，有色金屬分子會(huì)自動(dòng)向有機(jī)熱載體介質(zhì)中擴(kuò)散，會(huì)起催化劑作用，在高溫條件下加劇有機(jī)熱載體起化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致有機(jī)熱載體加速老化、變質(zhì)，縮短有機(jī)熱載體的使用壽命，且能造成受熱面過熱；另外，有機(jī)熱載體介質(zhì)對(duì)有色金屬也有腐蝕作用，影響爐的安全運(yùn)行。因此，不僅在我國(guó)，在國(guó)外的有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也均明確規(guī)定，有機(jī)熱載體爐不準(zhǔn)采用鑄鐵和有色金屬進(jìn)行制造。

目前，有機(jī)熱載體爐受壓受熱元件采用的材料主要有GB713-2008中的Q245R和Q345R，鋼管常用20#鍋爐專用優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管。另外非受火焰接觸的受壓元件材料常用Q235B普通優(yōu)質(zhì)鋼。

3 載體的焊接

（1）管子與鍋筒、集箱、管道應(yīng)采用焊接連接。有機(jī)熱載體具有易滲透、易燃的特性，因此對(duì)有機(jī)熱載體爐整個(gè)產(chǎn)品的密封性有較高的要求，由于脹接或螺紋連接在結(jié)構(gòu)上存在縫隙是無(wú)法避免的，密封性不如焊接好，因此管子與鍋筒、集箱、管道應(yīng)采用焊接連接，不得采用脹接或螺紋連接。

（2）焊接方法的選擇要求。同樣是由于有機(jī)熱載體的易滲漏、易燃的特性，防止產(chǎn)生有機(jī)熱載體爐的滲漏、燃燒而引起的火災(zāi)事故，因此要保證有機(jī)熱載體爐的焊接質(zhì)量。鍋筒筒體的縱縫、環(huán)縫及封頭的拼接必須采用埋弧自動(dòng)焊，當(dāng)受工裝限制時(shí)鍋筒最后一道環(huán)縫的內(nèi)側(cè)允許采用手工電弧焊；有機(jī)熱載體爐的受熱面管的對(duì)接焊縫應(yīng)采用氣體保護(hù)焊接。

（3）焊接工藝的編制與執(zhí)行。根據(jù)《有機(jī)熱載體安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的焊接要求，編制出科學(xué)、合理的焊接工藝，制造焊接過程嚴(yán)格執(zhí)行所規(guī)定的焊接工藝，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 焊接檢查試板制備與焊接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)

對(duì)于氣相有機(jī)熱載體爐，批量生產(chǎn)的鍋筒每10臺(tái)做1塊（不足10臺(tái)也做1塊）縱縫焊接檢查試板。試板制備及力學(xué)性能檢驗(yàn)可參照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求。

對(duì)于液相爐的鍋筒及管子、管道對(duì)接接頭，可免做焊接檢查試板，主要是考慮到液相爐本身承受的壓力就比較低，而且《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)于有機(jī)熱載體爐的焊接方法做出了明確的規(guī)定，以及對(duì)焊接工藝評(píng)定也提出較高的要求：按《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定執(zhí)行，因此焊接質(zhì)量是可以得到保證的，所以可免做焊接檢查試板。

5 外觀的檢測(cè)

與蒸汽鍋爐外觀檢測(cè)要求一樣，有機(jī)熱載體爐受壓元件的全部焊縫（包括非受壓元件與受壓元件的連接焊縫）應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，表面質(zhì)量要求可參照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，具體要求為：

（1）焊縫外形尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣和工藝文件的規(guī)定，焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材應(yīng)平滑過渡；

（2）焊縫及其熱影響區(qū)表面無(wú)裂紋、夾渣、弧坑和氣孔；

（3）鍋筒（鍋殼）、爐膽和集箱的縱、環(huán)焊縫及封頭（管板）的拼接焊縫無(wú)咬邊，其余焊縫咬邊深度不超過0.5 mm，管子焊縫兩側(cè)咬邊總長(zhǎng)度不超過管子周長(zhǎng)的20%，且不超過40 mm。對(duì)于焊接的受熱面管子，還應(yīng)按JB/T1611《鍋爐管子技術(shù)條件》進(jìn)行通球試驗(yàn)。

另外，焊縫表面夾渣清理工作，往往是很容易被人們忽視的。如果夾渣未能清理干凈，有可能妨礙其他缺陷的檢出及定性。曾監(jiān)檢過一臺(tái)氣相有機(jī)熱載體爐，做水壓試驗(yàn)時(shí)，剛開始管子與鍋殼的角焊縫處的夾渣未能清理干凈，最初并沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。后要求對(duì)那些殘留的夾渣徹底清除后，就發(fā)現(xiàn)有一處冒處一絲極細(xì)的水束。就是由于殘留的夾渣未能清理干凈而妨礙其他缺陷的檢出。《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》上，對(duì)鍋爐主焊縫的焊接和無(wú)損探傷，有著明確的要求規(guī)定，這些焊接接頭的質(zhì)量有很好的保證；而其他的焊接接頭，如上述所舉例的焊接接頭，確不能像主焊縫一樣能保證質(zhì)量。因此，對(duì)這些焊接接頭外觀檢查時(shí)，就需要特別在意清理夾渣等等，以保證后續(xù)的檢驗(yàn)及水壓試驗(yàn)?zāi)芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷。

6 無(wú)損檢測(cè)

相對(duì)于蒸汽鍋爐而言，對(duì)有機(jī)熱載體爐的無(wú)損檢測(cè)要求則較高，就以兩種鍋爐的鍋筒（鍋殼）縱環(huán)縫及封頭拼接焊縫探傷檢查數(shù)量為例分析（見表1）。

表1 有機(jī)熱載體爐與蒸汽鍋爐的鍋筒（鍋殼）縱環(huán)焊縫及封頭拼接縫探傷檢查數(shù)量比較

考慮100%超聲波加25%射線探傷，完全可以查出焊縫中存在的缺陷，達(dá)到安全要求，又可以降低生產(chǎn)成本。制造單位制造有機(jī)熱載體爐可根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)這兩種方法任選其一。

對(duì)于受熱面管的對(duì)接接頭的探傷，是按受熱區(qū)域來區(qū)分的，根據(jù)受熱情況不同分別提出要求：輻射段不低于接頭數(shù)的10%，對(duì)流段不低于5%。抽查不合格時(shí)，應(yīng)以雙倍數(shù)量進(jìn)行復(fù)查。

另外，《有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》未規(guī)定的，氣相爐可參照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，液相爐可參照《熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

7 水壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)

耐壓試驗(yàn)是對(duì)鍋爐質(zhì)量進(jìn)行綜合性考核，可以防止帶有嚴(yán)重質(zhì)量問題或缺陷的容器投入使用。有機(jī)熱載體爐的水壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力值是以額定工作壓力來確定的，不是以設(shè)計(jì)計(jì)算壓力來確定。

整裝出廠的有機(jī)熱載體爐同蒸汽鍋爐一樣，在產(chǎn)品制造完后，都需進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力以1.5倍工作壓力選取，水壓試驗(yàn)后應(yīng)將水分排盡。另外，對(duì)于對(duì)于整裝出廠的氣相有機(jī)熱載體爐還應(yīng)按工作壓力進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，進(jìn)一步檢查非焊接部位密封情況，以防止有機(jī)熱載體泄露而發(fā)生火災(zāi)等。

8 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的有效控制，是有機(jī)熱載體爐的質(zhì)量保證，是設(shè)備安全投入運(yùn)行、發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。上述任何環(huán)節(jié)的失控，都可能產(chǎn)生安全隱患和發(fā)生事故，危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。制造單位要建立規(guī)范的質(zhì)量保證體系，并良好運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)格遵守法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，編制科學(xué)、合理的制造工藝指導(dǎo)生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。

[1]勞動(dòng)部文件勞部發(fā)（1996）276號(hào)，蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]勞動(dòng)部文件勞部發(fā)（1993）356號(hào)，7有機(jī)熱載體爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].