醇基燃料蒸汽鍋爐的優(yōu)化改造

馬濤

摘 要：針對(duì)醇基燃料蒸汽鍋爐使用中出現(xiàn)的問(wèn)題，依據(jù)甲醇特性、靜電產(chǎn)生的危害和相關(guān)特種設(shè)備法律法規(guī)，對(duì)鍋爐使用中的不安全和不利于使用的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了改造方案，切實(shí)提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：鍋爐；甲醇；靜電；改造

鍋爐廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活，一般要求連續(xù)運(yùn)行，不同于一般設(shè)備可以隨時(shí)停下檢修，它具有與一般機(jī)械設(shè)備不同的特點(diǎn)。鍋爐是一種密閉的容器，其本體在高溫、承壓的條件下運(yùn)行，工作條件惡劣，具有爆炸危險(xiǎn)，發(fā)生事故時(shí)不僅損壞設(shè)備本身，而且損壞周圍的設(shè)備和建筑，并常常造成人身傷亡。

基于鍋爐設(shè)備的上述特點(diǎn)，保證鍋爐安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。本文針對(duì)一臺(tái)使用醇基燃料的蒸汽鍋爐，在投入使用不久時(shí)就暴露出供油系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患，通過(guò)對(duì)供油系統(tǒng)的分析和改進(jìn)，鍋爐的使用便利性及安全性有了明顯提高。

1 蒸汽鍋爐供油燃燒系統(tǒng)工作原理

太原機(jī)車車輛配件廠使用的鍋爐是由河南某鍋爐公司設(shè)計(jì)安裝的一臺(tái)LSS4-1.6-Y（Q）型全自動(dòng)燃油貫流式蒸汽鍋爐，鍋爐額定蒸發(fā)量為4t/h，額定蒸汽壓力為1.6MPa?，F(xiàn)結(jié)合簡(jiǎn)圖對(duì)供油系統(tǒng)做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

鍋爐使用的醇基燃料是以醇類（主要為甲醇）物質(zhì)為主體配置的燃料，它是以液體形式存在的。醇基燃料平時(shí)儲(chǔ)存在一個(gè)30m3的密閉儲(chǔ)罐中，儲(chǔ)罐直埋于距離鍋爐房6m遠(yuǎn)處的地下。鍋爐啟動(dòng)時(shí)，移動(dòng)式空壓機(jī)首先開始工作對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行加壓。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力達(dá)到0.05～0.08MPa時(shí)，燃料被擠壓出儲(chǔ)罐，經(jīng)過(guò)油管進(jìn)入供應(yīng)裝置加壓，最后燃料經(jīng)鍋爐頂部燃燒器霧化直接噴射到燃燒室內(nèi)點(diǎn)火燃燒。儲(chǔ)罐上設(shè)有安全閥，起跳壓力為0.1MPa。

2 在投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題。

2.1 供油方式不安全

向儲(chǔ)罐內(nèi)打壓意味著向儲(chǔ)罐內(nèi)注入空氣，甲醇易揮發(fā)，空氣直接進(jìn)入儲(chǔ)罐內(nèi)與甲醇蒸汽匯流，形成爆炸混合物，遇明火就會(huì)有爆炸的可能，設(shè)備存在著嚴(yán)重的安全隱患。

2.2 鍋爐使用不方便

灌注燃料時(shí)，鍋爐必須停爐，影響了生產(chǎn)連續(xù)性。

2.3 儲(chǔ)罐使用的風(fēng)險(xiǎn)

燃料儲(chǔ)罐是按常壓容器標(biāo)準(zhǔn)制造的常壓儲(chǔ)油罐，但運(yùn)行時(shí)是承壓運(yùn)行的，運(yùn)行中還發(fā)現(xiàn)有超壓現(xiàn)象，標(biāo)配的壓力表量程（0.4 MPa）顯示為0.1 MPa，使用有法律風(fēng)險(xiǎn)。

3 問(wèn)題分析

3.1 供油方式不安全的問(wèn)題

工業(yè)領(lǐng)域中經(jīng)常發(fā)生甲醇罐（車）的爆炸事故，除了人為因素外，主要的事故原因是靜電和對(duì)甲醇無(wú)知無(wú)畏造成的。

醇基燃料主要成分為甲醇。甲醇的危險(xiǎn)和危害性主要特點(diǎn)表現(xiàn)在中等毒性、易燃性、高揮發(fā)性、爆炸極限濃度范圍廣，沸點(diǎn)64.5℃，閃點(diǎn)12.22℃，自燃點(diǎn)463.89℃，蒸汽密度1.11，蒸汽壓13.33KPa，蒸汽與空氣混合物爆炸極限為6%～36.5%，遇熱、明火或氧化劑易著火，遇明火會(huì)爆炸。

而油料在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，要發(fā)生流動(dòng)、噴射、過(guò)濾、沖擠、灌注和劇烈晃動(dòng)等一系列接觸、分離現(xiàn)象，這就使油料在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生靜電。油料在油管流動(dòng)輸送過(guò)程中會(huì)受到摩擦、沖擊、分離，由于靜電荷產(chǎn)生速度高于泄露速度，也會(huì)積累靜電荷。當(dāng)靜電荷產(chǎn)生并積累產(chǎn)生火花，可燃混合氣體達(dá)到爆炸極限，靜電放電能量達(dá)到可燃混合氣體的最小點(diǎn)火能就會(huì)產(chǎn)生燃燒和爆炸。

目前的燃料儲(chǔ)罐靜電保護(hù)措施主要為罐體外殼接地，但電能釋放需要一定時(shí)間，在靜電產(chǎn)生時(shí)無(wú)法及時(shí)釋放的能量就會(huì)對(duì)儲(chǔ)罐造成安全隱患。

空壓機(jī)工作時(shí)，壓縮空氣通過(guò)排氣管進(jìn)入燃料儲(chǔ)罐，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)壓力達(dá)到0.08MPa時(shí)自動(dòng)停機(jī)，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力降至0.05MPa時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。借助空氣壓力，儲(chǔ)罐中的燃料可以通過(guò)管道輸送到燃料供應(yīng)裝置，但是這種方式忽視了靜電和甲醇的危害性，進(jìn)入的空氣與甲醇蒸汽混合后容易形成爆炸性混合氣體，稍有靜電火花，碰撞火花，或者溫度高點(diǎn)都有可能導(dǎo)致起火爆炸，其后果將是十分嚴(yán)重的。

3.2 鍋爐使用不方便的問(wèn)題

因?yàn)椴捎每諌簷C(jī)打壓儲(chǔ)罐向鍋爐提供燃料的方式，儲(chǔ)罐加注燃料時(shí)，儲(chǔ)罐不能保持密封狀態(tài)，壓力不能保持，燃料自然無(wú)法輸送，鍋爐也就無(wú)法運(yùn)行。

目前這種單一儲(chǔ)罐的配置，不能保證連續(xù)穩(wěn)定供油，在儲(chǔ)罐需要加注油料或維修情況下，就必須停爐，難以滿足工業(yè)企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的使用要求，應(yīng)增加一個(gè)中間油箱，保證連續(xù)穩(wěn)定供油，不間斷生產(chǎn)。

3.3 儲(chǔ)罐使用的風(fēng)險(xiǎn)

燃料儲(chǔ)罐用壁厚8mm的鋼板制作，容積30m3，是根據(jù)《鋼制焊接常壓容器》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造的。由于采用打壓供油的方式，儲(chǔ)罐在鍋爐運(yùn)行時(shí)承受壓力0.05～0.08MPa，有時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)達(dá)到0.1MPa，安全閥未啟動(dòng)。

根據(jù)《質(zhì)檢總局關(guān)于修訂《特種設(shè)備目錄》的公告》（2014年第114號(hào)），壓力容器是指盛裝氣體或者液體、承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓）的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體、容積大于或者等于30L且內(nèi)直徑（非圓形截面指截面內(nèi)邊界最大幾何尺寸）大于或者等于150mm的固定式容器和移動(dòng)式容器。

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第八十三條第二款明確規(guī)定“將非承壓鍋爐、非壓力容器作為承壓鍋爐、壓力容器使用的，由特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門責(zé)令停止使用，予以沒收，處2萬(wàn)元以上10萬(wàn)元以下罰款”。

由于儲(chǔ)罐容積為30m3，最高工作壓力等于0.1MPa，盛裝甲醇液體，按國(guó)家規(guī)定，此種情況下儲(chǔ)罐應(yīng)為壓力容器，觸犯了國(guó)家特種設(shè)備相關(guān)法律法規(guī)，有嚴(yán)重的法律風(fēng)險(xiǎn)。甲醇燃料帶有腐蝕性，儲(chǔ)罐承壓使用增加了儲(chǔ)罐泄露的風(fēng)險(xiǎn)，有一定的安全隱患。

并且還有一個(gè)明顯的問(wèn)題，壓力表選型有誤，使用壓力0.05～0.08MPa，壓力表量程0.4MPa，壓力表盤刻度極限值是最高工作壓力的4倍，量程過(guò)大。壓力表選型應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用壓力來(lái)進(jìn)行，壓力表盤刻度極限值應(yīng)為最高工作壓力的1.5-3.0倍，最好選用2倍，表盤直徑不應(yīng)小干100mm。常壓容器可以用0～0.16MPa量程的壓力表，如果壓力比較小，可采用KPa表。

4改造方案

通過(guò)上面的分析可以看出現(xiàn)有鍋爐供油系統(tǒng)有嚴(yán)重的缺陷，不符合生產(chǎn)安全及特種設(shè)備安全法律法規(guī)的要求，對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，而且使用上也很不便利，因此必須對(duì)醇基燃料鍋爐進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的改造方案如下：

①取消空壓機(jī)、安全閥及排氣管道，杜絕空氣直接進(jìn)入燃料儲(chǔ)罐內(nèi)，不會(huì)與甲醇蒸汽形成可燃性爆炸氣體，也就保證了使用安全。儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力平衡則由呼吸閥進(jìn)行控制，自動(dòng)控制罐體內(nèi)外氣體通道的啟閉，保證儲(chǔ)罐常壓使用，這樣也可以減少燃料蒸發(fā)損耗。

②在燃料儲(chǔ)罐上增加一個(gè)輸油泵，用于向鍋爐供應(yīng)燃料。

在改造燃料供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重視輸油泵的選型工作，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。加油工藝流程分為潛油泵式和自吸式兩種。潛油泵利用正壓推送的原理，從根本上杜絕了氣阻現(xiàn)象，解決了自吸泵在高溫環(huán)境、高揚(yáng)程、遠(yuǎn)距離條件下出油少（氣液兩相）、環(huán)境污染等問(wèn)題。潛油泵置于儲(chǔ)罐人孔蓋上安裝，不需要單獨(dú)建泵室，具有安裝維修方便、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)、故障率低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。2013年3月1日起執(zhí)行的GB50156-2012《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》6.3.5條“加油站宜采用油罐裝設(shè)潛油泵的一泵供多機(jī)（槍）的加油工藝”，說(shuō)明國(guó)家也推薦油罐采用潛油泵。

因此改造方案最終確定為儲(chǔ)罐中燃料使用潛油泵輸送到日用油箱。按輸油管道的壓力降及箱、罐間的油位差計(jì)算揚(yáng)程，再結(jié)合醇基燃料的性質(zhì)和流量，最終確定為YQYB-100-15-0.75型綠牌潛油泵。

在潛油泵和油罐的液位設(shè)置聯(lián)動(dòng)功能，在油罐內(nèi)增設(shè)浮球液位開關(guān)，中間油箱的高低液位控制潛油泵的啟停，燃料儲(chǔ)罐低液位狀態(tài)時(shí)控制潛油泵不啟動(dòng)。

同時(shí)對(duì)燃料供應(yīng)裝置改造，統(tǒng)一由鍋爐控制柜控制，實(shí)現(xiàn)潛油泵與燃燒器連鎖運(yùn)行。

③在燃料儲(chǔ)罐和供應(yīng)裝置中間增加一個(gè)日用油箱。日用油箱具有貯存燃料的作用，在儲(chǔ)罐維修或加注燃料時(shí)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定供油，保證鍋爐不間斷連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)還可以起到沉淀過(guò)濾燃料中雜質(zhì)和水的作用。

油箱置于鍋爐房北側(cè)室外架空放置，其最低油位應(yīng)高于鍋爐燃燒器進(jìn)油口0.5～1.5m。日用油箱為閉式，容量約1m3，用6mm厚的鋼板制作。油箱上設(shè)有進(jìn)油管、出油管、回油管、溢流管、通氣管等管座。出油管應(yīng)高于油箱底部0.1m。出油管和回油管的管徑要相同，應(yīng)與輸油泵的進(jìn)出口管徑相匹配。通氣管上安裝呼吸閥。油箱上采用UHC系列磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)，與潛油泵聯(lián)鎖自動(dòng)控制啟停（當(dāng)?shù)陀臀粫r(shí)自動(dòng)開泵，高油位時(shí)自動(dòng)停泵）。燃料由燃料儲(chǔ)罐先儲(chǔ)存至日用油箱，日用油箱可以起到調(diào)節(jié)緩沖的作用，避免供油設(shè)備的不停歇運(yùn)行，加大安全性及設(shè)備使用壽命。

④更換儲(chǔ)罐上的壓力表，由于儲(chǔ)罐內(nèi)為腐蝕性氣體環(huán)境，所以選用了一塊不銹鋼型壓力表，表盤直徑200，量程0.1MPa。

5 結(jié)束語(yǔ)

按照上述方案對(duì)鍋爐進(jìn)行了改造，運(yùn)行2個(gè)月未出現(xiàn)故障，通過(guò)了驗(yàn)證，安全性大大提升，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全、穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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