某型臥式熱媒爐并網(wǎng)故障分析與處理

陳立佳，孫燕鋒

（北京航天石化技術(shù)裝備工程有限公司，北京 100176）

近年，隨著石化行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，能提供連續(xù)、穩(wěn)定熱源的熱媒爐（有機(jī)熱載體爐）應(yīng)用也越來越廣泛。熱媒爐作為特種設(shè)備[1]，按結(jié)構(gòu)形式可分為立式熱媒爐和臥式熱媒爐兩種。臥式熱媒爐由于爐體安裝高度低，系統(tǒng)布置緊湊，在封閉空間或空間受限的場所應(yīng)用廣泛，同時也更易于模塊化生產(chǎn)，撬裝供貨，節(jié)約現(xiàn)場施工時間。臥式熱媒爐由鋼制爐殼、熱媒進(jìn)出集合管、爐內(nèi)螺旋盤管、防爆門、鞍座和外部保溫層等組成，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 臥式熱媒爐結(jié)構(gòu)示意圖

1 問題簡述

某化工有限公司因產(chǎn)能擴(kuò)大需新增一臺熱媒爐（5 811 kW/h），與原兩臺熱媒爐（4 068 kW/h）并聯(lián)使用，新增熱媒系統(tǒng)亦并入原熱媒系統(tǒng)。由于爐區(qū)位于工廠廠棚內(nèi)，高度受限，新增熱媒爐采用臥式結(jié)構(gòu)，

工藝流程如圖2所示（云線標(biāo)識為新建熱媒爐）。

圖2 項(xiàng)目工藝流程圖

在系統(tǒng)調(diào)試完成并投入運(yùn)行幾天后，煙囪突然出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，煙囪排出物帶有黑色粉末，現(xiàn)場根據(jù)《調(diào)試備案》，緊急停爐，并對爐膛進(jìn)行長時間氮?dú)獯祾?，待爐膛溫度降至環(huán)境溫度后，打開爐頂蓋，發(fā)現(xiàn)爐頂盤管花瓣處出現(xiàn)導(dǎo)熱油外泄情況，外泄導(dǎo)熱油有結(jié)焦碳化現(xiàn)象。通過打磨，發(fā)現(xiàn)盤管花瓣處彎頭出現(xiàn)裂口，裂口內(nèi)導(dǎo)熱油已經(jīng)碳化結(jié)焦，如圖3所示。

圖3 爐管內(nèi)熱媒碳化結(jié)焦及爐管脹裂現(xiàn)場圖

2 原因分析

問題出現(xiàn)后，首先需要確認(rèn)是否為導(dǎo)熱油本身問題[2]，經(jīng)過對導(dǎo)熱油進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，確定導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性[3]、熱氧化安定性[4]、殘?zhí)苛縖5]均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。之后通過現(xiàn)場現(xiàn)象分析、化驗(yàn)排出物組分、勘查爐內(nèi)盤管狀況并對比運(yùn)行數(shù)據(jù)，對可能原因進(jìn)行拆解梳理（見表1），確定根本原因?yàn)樵诼菪P管內(nèi)氣體未排凈的情況下就進(jìn)行熱媒爐點(diǎn)火運(yùn)行，引起爐管局部受熱高溫，導(dǎo)熱油碳化結(jié)焦，爐管破裂。

表1 原因分析表

3 解決方案研究

針對該項(xiàng)目實(shí)際調(diào)試過程中用戶為保證經(jīng)濟(jì)效益，原有熱媒爐無法長時間停車，原熱媒系統(tǒng)無法滿足新增熱媒爐并網(wǎng)后長時間大流量的熱媒調(diào)試要求，制定出滿足用戶不停車并網(wǎng)的調(diào)試方案。

3.1 增加盤管壓損報警連鎖程序，保護(hù)設(shè)備

通過核算，盤管理論壓損為0.18 MPa，取報警值0.2 MPa，連鎖值0.22 MPa，連鎖動作為停爐。當(dāng)盤管出現(xiàn)堵塞時，盤管流通面積減小，導(dǎo)熱油流速增大，會引起盤管壓損擴(kuò)大，通過監(jiān)測盤管壓損數(shù)值，可以及時發(fā)現(xiàn)有無堵塞現(xiàn)象。

3.2 增加爐膛觀測孔，實(shí)時觀察盤管狀況

根據(jù)現(xiàn)場配管情況，在爐頂側(cè)方便觀察位置增加爐膛觀火孔，以便實(shí)時觀測到爐膛燃燒及爐管情況，如圖4中K所示。

圖4 爐膛觀測孔施工及實(shí)物圖

3.3 增設(shè)支管流量計，檢測各支管流量

根據(jù)爐管結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場空間實(shí)際情況，在盤管入口增加流量計[6]，以便實(shí)時檢測各盤管流量是否均勻，是否有偏流現(xiàn)象。流量計安裝位置如圖5所示。

圖5 支管流量計安裝示意圖

3.4 增加熱媒系統(tǒng)自循環(huán)管線，對熱媒爐及系統(tǒng)進(jìn)行脫氣

為滿足用戶不停產(chǎn)并網(wǎng)的目標(biāo)，設(shè)計出自循環(huán)管線[7]，由爐出口引至循環(huán)泵入口（見圖6），可以在不并網(wǎng)的情況下，實(shí)現(xiàn)新增熱媒爐導(dǎo)熱油的長時間、大流量循環(huán)，完成熱媒系統(tǒng)的脫氣調(diào)試過程。

圖6 熱媒循環(huán)管線系統(tǒng)流程示意圖（PID）

通過CAESARII軟件的計算，驗(yàn)證新增自循環(huán)管線方案的可行性。把新增管線帶入原熱媒系統(tǒng)，對熱媒系統(tǒng)管線進(jìn)行整體應(yīng)力分析，滿足工況運(yùn)行。

3.5 火檢監(jiān)測報警程序優(yōu)化

對火檢監(jiān)測報警聯(lián)鎖程序進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，增加點(diǎn)爐前吹掃過程中，有火報警聯(lián)鎖程序。因?yàn)閷?dǎo)熱油為可燃物，著火點(diǎn)在210℃左右（品類不同，著火點(diǎn)略有差異），一旦爐管破裂，未及時發(fā)現(xiàn)，泄漏的導(dǎo)熱油在高溫環(huán)境中一旦遇到新鮮空氣，會產(chǎn)生燃燒，存在較大安全隱患。點(diǎn)爐過程中增加有火檢測，火檢聯(lián)鎖為N取1，執(zhí)行停爐程序，可以及時反饋爐膛情況，杜絕安全隱患。

4 方案實(shí)施應(yīng)用

依據(jù)上述研究對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，調(diào)試結(jié)束后，系統(tǒng)運(yùn)行正常，熱媒爐盤管壓損為0.17～0.18 MPa（見圖7），與盤管理論計算壓損0.18 MPa相符，說明盤管內(nèi)熱媒流通順暢；各盤管流量在61.5～63.9 m3/h之間，誤差小于4%，在允許誤差范圍內(nèi)；四根盤管出口溫度差異極?。滑F(xiàn)場高排點(diǎn)閥門開啟后無氣體排出；燃燒火焰正常，供熱穩(wěn)定。

圖7 熱媒爐盤管壓損折線圖

5 取得的成效和經(jīng)濟(jì)效益、應(yīng)用前景

經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)的臥式熱媒爐熱媒系統(tǒng)自調(diào)試成功已運(yùn)行一年多時間，運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)參數(shù)正常。該臥式熱媒爐并網(wǎng)方案，可在不影響用戶原熱媒系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，保證大流量、長時間的導(dǎo)熱油循環(huán)，以排凈臥式熱媒爐螺旋盤管內(nèi)氣體，從根本上解決了臥式熱媒爐盤管破裂問題。監(jiān)控措施的完善，可以盡早地發(fā)現(xiàn)問題，消除安全隱患。

此熱媒爐系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化方案，對于類似爐型和相似新設(shè)備的設(shè)計提供了參考經(jīng)驗(yàn)。不僅只針對于設(shè)備本身，還包括在工藝上、結(jié)構(gòu)上、輔助觀測手段上及操作規(guī)程和對用戶后期使用的培訓(xùn)上，都有重要的參考指導(dǎo)價值。