RBI技術(shù)在有機(jī)熱載體鍋爐上的應(yīng)用

詹葉玉生姚立綱

(1．福州大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 福州 350108) (2．廈門市特種設(shè)備檢驗檢測院 廈門 361004)

RBI技術(shù)在有機(jī)熱載體鍋爐上的應(yīng)用

詹葉玉生1，2姚立綱1

(1．福州大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院 福州 350108) (2．廈門市特種設(shè)備檢驗檢測院 廈門 361004)

本文應(yīng)用基于風(fēng)險的檢驗（RBI）理論全面研究有機(jī)熱載體鍋爐運行安全隱患的各種相關(guān)因素，對有機(jī)熱載體鍋爐和系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評價分析。根據(jù)有機(jī)熱載體的物理特性、化學(xué)特性、劣化原因和危害機(jī)理，研究在用有機(jī)熱載體監(jiān)測指標(biāo)的變化關(guān)系，對在用有機(jī)熱載體進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)測、風(fēng)險評價，為有機(jī)熱載體鍋爐安全運行提供可靠的理論依據(jù)。

有機(jī)熱載體鍋爐 風(fēng)險評價 RBI

有機(jī)熱載體鍋爐本身存在著許多安全隱患和風(fēng)險因素，應(yīng)用RBI對有機(jī)熱載體鍋爐進(jìn)行風(fēng)險評價，能夠事先找出有機(jī)熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定隱患整改和安全措施，科學(xué)、合理、高效地做好有機(jī)熱載體鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行工作。

1 RBI的相關(guān)概念及表述

基于風(fēng)險的檢驗（RBI，risk-based inspection）:以設(shè)備損壞而導(dǎo)致的介質(zhì)泄漏為分析研究對象，主要研究承壓類設(shè)備的風(fēng)險評估和風(fēng)險管理過程[1-3]。

有機(jī)熱載體鍋爐泄漏時危險性極大，應(yīng)用RBI技術(shù)在有機(jī)熱載體鍋爐中應(yīng)用，具有重大意義。

風(fēng)險主要具備客觀性、普遍性、不確定性、損失性等基本性質(zhì)[1-9]。

風(fēng)險評估：定性和定量分析鍋爐系統(tǒng)發(fā)生事故的危險性，評價鍋爐系統(tǒng)發(fā)生事故的可能性和程度，實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)最小事故率、最小損失和最佳效益[1]。

風(fēng)險評價目的：科學(xué)評價鍋爐系統(tǒng)，保證鍋爐系統(tǒng)的可靠性，避免事故發(fā)生，以安全與經(jīng)濟(jì)為目的[1]。

RBI的意義：提高鍋爐系統(tǒng)管理水平保障設(shè)備安全可靠，考慮鍋爐系統(tǒng)檢驗成本和停產(chǎn)損失[1]。

由于鍋爐系統(tǒng)是一個包含人員、設(shè)備、環(huán)境、管理等許多因素的復(fù)雜的特種設(shè)備系統(tǒng)，各種因素難以具體量化，定性方法便可大致了解系統(tǒng)的安全程度，從而找出有機(jī)熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定隱患整改和安全措施，是目前鍋爐系統(tǒng)安全評價更為切實可行的方法。

有機(jī)熱載體鍋爐安全的基本特征：

1）泄漏、燃燒、火災(zāi)、爆炸等。

2）有機(jī)熱載體劣化、變質(zhì)。

3）連續(xù)可靠運行的安全性。有機(jī)熱載體鍋爐系統(tǒng)的本質(zhì)安全性、安全防護(hù)裝置等功能的連續(xù)可靠、有效，都需要得驗證和保駕護(hù)航。

4）技術(shù)、管理與教育的有效、科學(xué)結(jié)合能為有機(jī)熱載體鍋爐提供安全保障。

2 有機(jī)熱載體鍋爐的危險及風(fēng)險識別

保障安全，首先必須會識別危險，識別危險相當(dāng)重要。危險識別的方法有：查閱和收集故障、事故的記錄、安全檢查表等。危險類型實例見表1。

表1 危險類型實例

圖1 危險狀態(tài)

危險狀態(tài)：傷害對象與有機(jī)熱載體鍋爐系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示。 危險狀態(tài)的實例見表2。

表2 危險狀態(tài)實例

傷害事件：傷害事件原因的實例見表3，傷害的實例見表4。

表3 傷害事件原因的實例

表4 傷害的實例

3 有機(jī)熱載體鍋爐風(fēng)險分析

3.1 有機(jī)熱載體鍋爐風(fēng)險要素評估

風(fēng)險評估是對安全概念和現(xiàn)象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)語言描述的過程[1]。

風(fēng)險可用式（1）表達(dá)。

式中：

R——風(fēng)險；

S——傷害的嚴(yán)重程度，見表5；

P——傷害發(fā)生的概率，見表6。

表5 傷害的嚴(yán)重程度[4]

表6 傷害的發(fā)生頻率[4]

在對傷害發(fā)生的頻率、傷害的嚴(yán)重程度作評估定級時，應(yīng)注意下列的各種因素。

影響傷害嚴(yán)重程度的關(guān)鍵因素為：所影響對象（人員、財產(chǎn)、環(huán)境等）的性質(zhì)，在有機(jī)熱載體鍋爐供熱系統(tǒng)中可能發(fā)生傷害的范圍。

影響傷害事件發(fā)生的概率的關(guān)鍵因素為：風(fēng)險情節(jié)發(fā)生的概率，危險發(fā)生的次數(shù)和所用的時間，技術(shù)和人員因素、避免或限定傷害的可能性，系統(tǒng)和部件的使用時間。

評估風(fēng)險的一些其它要素：安全功能的可靠性，安全保護(hù)裝置失效或缺失的可能性，維持安全保護(hù)裝置的能力，可預(yù)見的錯誤操作、破壞行為等的影響。

可預(yù)見誤用和故意損壞行為包括：誤操作、油品未脫水、未脫氣等。

3.2 有機(jī)熱載體鍋爐的風(fēng)險評定

先把風(fēng)險的嚴(yán)重程度和出現(xiàn)概率的等級評定好，便可以評定風(fēng)險的等級，見表7。例如，意外突然停電風(fēng)險情節(jié)嚴(yán)重程度為：1-高，概率等級為：c-偶爾，則其風(fēng)險等級為“1c”。

參照GB/T 16856．2—2008《機(jī)械安全 風(fēng)險評價第2部分：實施指南和方法舉例》來評定風(fēng)險等級（三個類別）[3]，其安全措施見表8。

表7 風(fēng)險等級表

表8 風(fēng)險類別

4 有機(jī)熱載體鍋爐風(fēng)險評價

有機(jī)熱載體鍋爐風(fēng)險評價流程見圖2，該流程可以系統(tǒng)的方法查找到與有機(jī)熱載體鍋爐有關(guān)的風(fēng)險，在完成風(fēng)險評價后，可作風(fēng)險降低的工作。

風(fēng)險分析為風(fēng)險評定提供所需要的信息，依次對有機(jī)熱載體鍋爐、部件和任何相關(guān)過程的安全等級作出判斷[1]。

1）風(fēng)險評價目的：首先確定進(jìn)行評價的目的在于消除或被足夠地減輕風(fēng)險。

2）建立風(fēng)險評價組：評價組應(yīng)有研究、開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)、維修、檢驗、檢測和管理使用等方面具有工作造詣的學(xué)者、專家等人。

3）確定風(fēng)險評價主題：先確定可能性類別，選擇確定各相關(guān)因子的分值：設(shè)計、設(shè)備、環(huán)境等。然后再確定燃燒爆炸后果類別，選擇確定各相關(guān)因子的分值：自燃、質(zhì)量、化學(xué)、狀態(tài)、壓力、補(bǔ)償?shù)窒取?/p>

4）風(fēng)險情節(jié)的識別：要充分減輕風(fēng)險，若因此而冒出新風(fēng)險，則要重新作風(fēng)險分析和評價。

提高安全的措施有：

a）修改或重新設(shè)計；b）培訓(xùn)、補(bǔ)充安全警告標(biāo)志、安全裝置等。

圖2 有機(jī)熱載體鍋爐風(fēng)險評價程序圖

5 有機(jī)熱載體風(fēng)險檢測

風(fēng)險檢測指標(biāo)主要有：運動粘度、殘?zhí)?、閃點、酸值、水分等，見表9。

5.1 有機(jī)熱載體監(jiān)測指標(biāo)的變化關(guān)系

●5.1.1 閃點、運動粘度的變化

高溫時有機(jī)熱載體會有不同程度的裂解，閃點和運動粘度的變化幅度一般并不很大[10]。

表9 有機(jī)熱載體風(fēng)險檢測的指標(biāo)

通常，閃點與裂解產(chǎn)物的性質(zhì)有一定的相關(guān)性，若其裂解產(chǎn)物是小分子的低沸物，即使其含量相當(dāng)少也會可能使閃點大幅下降。容易氣化的裂解產(chǎn)物發(fā)生閃燃時的溫度當(dāng)然較低，閃點的降低主要是因為有容易氣化的裂解產(chǎn)物的存在，但還不能表明低沸物的含量的多少。開式循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)熱載體鍋爐一般沒有安裝取樣冷卻裝置，取樣時低沸物往往因氣化而逸出，很少能檢測到閃點明顯降低。

有機(jī)熱載體的低沸物的性質(zhì)和含量對運動粘度的變化有一定影響作用。

閃點和運動粘度的降低都與低沸物有關(guān)，但它們之間并不存在定量的關(guān)系[11]。

●5.1.2 殘?zhí)俊⑺嶂档淖兓?/p>

通常，油品發(fā)生氧化后酸值就會增加。過熱也會導(dǎo)致有機(jī)熱載體裂解、殘?zhí)吭龆?，變質(zhì)、劣化程度越重，則殘?zhí)烤驮皆龆?。閉式傳熱系統(tǒng)中的油品不易被空氣中的氧氣所氧化，其殘?zhí)亢退嶂盗踊M(jìn)程緩慢，使用時間較長，但開式傳熱系統(tǒng)的油品則殘?zhí)亢退嶂盗踊M(jìn)程較快，使用時間要大幅縮短。

5.2 有機(jī)熱載體風(fēng)險監(jiān)測指標(biāo)的判定依據(jù)

1）GB 23971—2009《有機(jī)熱載體》判定依據(jù)，見表10。

表10 新有機(jī)熱載體判定依據(jù)[13]

2）GB 24747—2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》判定原則，見表11。

表11 在用有機(jī)熱載體判定依據(jù)[12]

這里監(jiān)測結(jié)果只作為風(fēng)險評估分析時的數(shù)據(jù)參考，安全警告、停止使用建議判斷和處置準(zhǔn)則見表12、表13[12]。

表12 安全警告質(zhì)量問題的判斷和處置[12]

表13 停止使用質(zhì)量問題的判斷和處置[12]

顯然，新有機(jī)熱載體的要求比在用有機(jī)熱載體的要求嚴(yán)格的多，新油投用有監(jiān)測嚴(yán)格把關(guān)時，一般沒有問題。在實際應(yīng)用中，已經(jīng)注入有機(jī)熱載體鍋爐中油品多數(shù)是按照在用油處理。

5.3 有機(jī)熱載體風(fēng)險監(jiān)測結(jié)果分析

采集廈門市在用有機(jī)熱載體鍋爐66個在用油樣品，對每個在用油樣品進(jìn)行了監(jiān)測，進(jìn)行相關(guān)風(fēng)險分析。

1）閃點（閉口）

3個油樣品的閃點（閉口）處于安全警告值，有安全風(fēng)險，占4．55%，見圖3、圖4。

2）運動粘度

1個油樣品的運動粘度（40℃）數(shù)據(jù)處于安全警告值，有安全風(fēng)險，占1．52%，見圖5、圖6。

圖3 在用有機(jī)熱載體閃點數(shù)據(jù)分布

圖4 在用有機(jī)熱載體閃點風(fēng)險比例

圖5 有機(jī)熱載體運動粘度（40℃）數(shù)據(jù)分布

圖6 有機(jī)熱載體運動粘度（40℃）風(fēng)險比例

3）殘?zhí)?/p>

5個油樣品的的殘?zhí)刻幱诎踩嬷担邪踩L(fēng)險，占7．58%，見圖7、圖8。

4）酸值

9個油樣品的酸值處于安全警告值，有安全風(fēng)險，占13．64%，見圖9、圖10。

5）水分

1個油樣品的酸值處于安全警告值，1個在停止使用值，這2個均有安全風(fēng)險，占3.03%，見圖11、圖12。

圖7 在用有機(jī)熱載體殘?zhí)繑?shù)據(jù)分布

圖8 在用有機(jī)熱載體殘?zhí)匡L(fēng)險比例

圖9 在用有機(jī)熱載體酸值檢測數(shù)據(jù)分布

圖10 在用有機(jī)熱載體酸值風(fēng)險比例

圖11 在用有機(jī)熱載體水分?jǐn)?shù)據(jù)分布

圖12 在用有機(jī)熱載體水分風(fēng)險比例

6 在用有機(jī)熱載體的風(fēng)險評價

6.1 監(jiān)測指標(biāo)風(fēng)險分析

1）閃點（閉口）

若閃點低，有機(jī)熱載體蒸發(fā)率就增大，加速有毒、有害氣體揮發(fā)，污染空氣，還會引發(fā)火災(zāi)等事故。

當(dāng)有機(jī)熱載體鍋爐系統(tǒng)發(fā)生泄漏，根據(jù)表5的風(fēng)險等級，將其劃分為“1-高”。

例如，有機(jī)熱載體泄漏時，比較危險。根據(jù)表6的風(fēng)險等級，將其風(fēng)險概率劃分為“c-偶爾”。閃點的風(fēng)險等級是“1c”，風(fēng)險類別屬于“I類”，需采用保護(hù)措施減輕風(fēng)險。

2）酸值

實驗研究表明，若油品中存在著水分，當(dāng)其酸值是1．5mgKOH/g或以上時，就會對金屬產(chǎn)生明顯腐蝕，可能導(dǎo)致鍋爐受熱面腐蝕穿孔、泄漏，會引發(fā)火災(zāi)等事故[10]。

按照表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“2-中”。按照表6的傷害發(fā)生的可能性類型分級原則，將其劃分為“d-極小”。酸值的風(fēng)險等級為“2d”，風(fēng)險類別為“II類”，要采用保護(hù)措施減輕風(fēng)險。

3）殘?zhí)?/p>

有機(jī)熱載體殘?zhí)扛邥r，鍋爐受熱面容易結(jié)焦、積炭，會使金屬受熱面超溫、過熱、爆管等，會引發(fā)安全事故[14]。

按照表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。殘?zhí)吭龆?，主要原因是有機(jī)熱載體發(fā)生過熱、氧化反應(yīng)等所造成[10]。鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行操作、開式閉式循環(huán)系統(tǒng)、最高使用溫度以及運動粘度變化等因素對殘?zhí)嫉淖兓休^大的影響作用。

按照表6的傷害出現(xiàn)的可能性類型分類原則，將其劃分為“c-偶爾”。殘?zhí)康娘L(fēng)險等級是“1c”，風(fēng)險類別屬于“I類”，要采用保護(hù)措施減輕風(fēng)險。

4）運動粘度（40℃）

運動粘度過高，將使循環(huán)泵的運行負(fù)荷增加，同時流體流動速度將降速，將致使?fàn)t管內(nèi)有機(jī)熱載體劣化、變質(zhì)，鍋爐受熱面會過燒、結(jié)焦等[15]。

根據(jù)表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。油品運動粘度過大，將易誘發(fā)鍋爐金屬受熱面過燒、結(jié)焦等。根據(jù)表6的傷害出現(xiàn)的可能性類型分類原則，將其劃分為“b-很可能”。運動粘度的風(fēng)險等級是“1b”，風(fēng)險類別屬于“I類”，要采用保護(hù)措施減輕風(fēng)險。

5）水分

水分高時，有機(jī)熱載體鍋爐壓力將驟然升高，可能會引發(fā)爆沸、火災(zāi)或爆炸事故[16]。

根據(jù)表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。根據(jù)表6的傷害發(fā)生的可能性類型分類原則，將其劃分為“b-很可能”。水分的風(fēng)險等級是“1b”，風(fēng)險類別屬于“I類”，需采取保護(hù)措施降低風(fēng)險。

通過上述分析，在用有機(jī)熱載體風(fēng)險監(jiān)測指標(biāo)等級劃分見表14。

表14 在用有機(jī)熱載體監(jiān)測指標(biāo)風(fēng)險等級劃分

具有嚴(yán)重風(fēng)險的項目是：閃點（閉口）、殘?zhí)俊⑦\動粘度（40℃）、水分。

具有中等風(fēng)險的項目是：酸值。

6.2 在用有機(jī)熱載體風(fēng)險評價

根據(jù)GB 24747—2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》及表11的質(zhì)量要求進(jìn)行評價，見表15～表17。

表15 在用有機(jī)熱載體風(fēng)險評價

表16 在用有機(jī)熱載體安全檢查表

表17 在用有機(jī)熱載體風(fēng)險量化結(jié)果

某在用有機(jī)熱載體監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)見表18。

表18 某一在用有機(jī)熱載體監(jiān)測結(jié)果

依據(jù)表17和表18可得到在用有機(jī)熱載體的風(fēng)險值為4．5，屬于嚴(yán)重危險情況，需立即采取整改措施。

根據(jù)監(jiān)測項目和結(jié)果對在用有機(jī)熱載體的風(fēng)險等級進(jìn)行評價，部分評價結(jié)論見表19。

6.3 在用有機(jī)熱載體風(fēng)險

在用油品的風(fēng)險監(jiān)測，對39個使用單位采集了66個樣品。主要危害來源為酸值、殘?zhí)?、水分等指?biāo)處于警告值或停止使用指標(biāo)。風(fēng)險評價結(jié)果如下：

1）閃點（閉口）

中等風(fēng)險的2個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的3．03%；低風(fēng)險的1個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的1．52%。

2）運動粘度

低風(fēng)險的1個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的1．52%。

3）殘?zhí)?/p>

中等風(fēng)險的4個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的6．06%；低風(fēng)險的1個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的1．52%。

4）酸值

低風(fēng)險的9個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的13．64%。

5）水分

嚴(yán)重風(fēng)險的1個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的1．52%；低風(fēng)險的1個，占監(jiān)測樣品總數(shù)的1．52%。

表19 在用有機(jī)熱載體風(fēng)險等級評價表（部分）

由此可見，在有機(jī)熱載體鍋爐日常運行中必須加強(qiáng)在用油品的使用監(jiān)測。

能夠發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的問題，說明在用有機(jī)熱載體的使用存在著較高的風(fēng)險，建議加大在用機(jī)熱載體風(fēng)險監(jiān)測比例，以有效地控制風(fēng)險。

對中等風(fēng)險的在用有機(jī)熱載體，必須加強(qiáng)日常監(jiān)測工作，使用單位必須進(jìn)行再生處理提高有機(jī)熱載體的性能；對嚴(yán)重風(fēng)險的在用有機(jī)熱載體，使用單位應(yīng)停止使用，并更換有機(jī)熱載體，督促、落實使用單位立刻對存在的問題進(jìn)行整改。

7 結(jié)論

本文應(yīng)用RBI技術(shù)全面研究有機(jī)熱載體鍋爐運行安全隱患的各種相關(guān)因素，對有機(jī)熱載體鍋爐和系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險評價分析。

鑒于有機(jī)熱載體在鍋爐運行中擔(dān)任重要角色，根據(jù)有機(jī)熱載體的物理特性、化學(xué)特性、劣化原因和危害機(jī)理，研究在用有機(jī)熱載體監(jiān)測指標(biāo)的變化關(guān)系，對在用有機(jī)熱載體的運動粘度、閃點、殘?zhí)俊⑺嶂?、水分等風(fēng)險監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)測、風(fēng)險評價分析，為有機(jī)熱載體鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行提供可靠的理論依據(jù)。

通過對有機(jī)熱載體鍋爐的科學(xué)、準(zhǔn)確的風(fēng)險評價，能夠事先找出有機(jī)熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定行之有效的針對措施，提高有機(jī)熱載體鍋爐系統(tǒng)運行管理水平，預(yù)防、遏制有機(jī)熱載體鍋爐安全事故發(fā)生，為有機(jī)熱載體鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行保駕護(hù)航。

[1] SY/T 6653—2013 基于風(fēng)險的檢查（RBI）推薦作法［S]．

[2] GB/T 20002．4—2015 標(biāo)準(zhǔn)中特定內(nèi)容的起草-第4部分：標(biāo)準(zhǔn)中涉及安全的內(nèi)容［S]．

[3] GB/T 16856．2—2008 機(jī)械安全 風(fēng)險評價 第2部分：實施指南和方法舉例［S]．

[4] 顧徐毅．基于風(fēng)險的電梯安全評價方法研究[D]．上海：上海交通大學(xué)，2009．

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[12] GB 24747—2009 有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件［S]．

[13] GB 23971—2009 有機(jī)熱載體［S]．

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The Application of RBI Technology in Organic Heat Transfer Fluids Boilers

Zhanye Yusheng1、2Yao Ligang1
(1. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University Fuzhou 350108) (2. Xiamen Special Equipment Inspection Institute Xiamen 361004)

The organic heat transfer fuids boiler risk assessment method based on the theory of risk-based inspection (RBI) by taking full account of the factors that affect the organic heat transfer fuids boiler safe operation was studied. According to the physical and chemical characteristics of organic heat transfer fuids, deterioration reason and harm mechanism, this paper studied the relationship among indicators of organic heat transfer fuids, monitored and assessed the risk of organic heat transfer fuids, provided a reliable theoretical basis for safety and economical operation of organic heat transfer fuids boiler.

Organic heat transfer fuids boiler Risk assessment method Risk-based Inspection (RBI)

X933．2

B

1673-257X(2016)12-0027-09

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．006

詹葉玉生(1965～)，男，碩士，科長，高級工程師，從事承壓類特種設(shè)備檢驗檢測及研究工作。

2016-05-11）