液相有機熱載體鍋爐的安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院駐馬店分院，駐馬店 463000）

0 引言

液相有機熱載體鍋爐具有耐高溫的工作特性，一般情況下，其供熱溫度可超過液相狀態(tài)下的340℃或汽相狀態(tài)下的400℃，常以汽、油、煤等物質(zhì)作為燃料，在熱油介質(zhì)的作用下，可借助循環(huán)油泵對液相循環(huán)行為進行強制干擾，并可將剩余能量返回至加熱爐進行重新加熱處理。由于該類型設(shè)備可在低壓環(huán)境下獲得相對較高的工作溫度，因此能夠在執(zhí)行常規(guī)加熱任務(wù)的同時，實現(xiàn)對自動化元件結(jié)構(gòu)的高精密性控制[1]。在高利用率條件下，液相有機熱載體鍋爐的運行與維修都相對較為方便，是一種理想化的安全、高效、節(jié)能型供熱設(shè)備。

受到P92型鋼元件化學(xué)性能的影響，液相有機熱載體鍋爐設(shè)備的狀態(tài)及壽命評估值都會隨時間的延長而不斷下將。為避免上述情況的發(fā)生，項目實踐型檢驗手段在循環(huán)泵設(shè)備的作用下，確定鍋爐內(nèi)氣體流場的分布規(guī)律，再通過速度場壓力值計算的方式，實現(xiàn)對鍋爐設(shè)備實用壽命的估量與預(yù)測。然而此方法很難將液相有機熱載體鍋爐的超臨界作用強度控制在既定數(shù)值水平之內(nèi)，易造成結(jié)構(gòu)體表面溫度的快速上升。為解決此問題，設(shè)計液相有機熱載體鍋爐的安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)應(yīng)用方法，分別從膨脹槽、油氣分離器兩個角度入手，分析鍋爐主要設(shè)備的基本作用能力，再按照監(jiān)督程序的實際控制流程，實現(xiàn)對靈敏度檢測系數(shù)的精準計算。

1 液相有機熱載體鍋爐的主要設(shè)備及其作用

液相有機熱載體鍋爐的主要設(shè)備元件包括膨脹槽與油氣分離器，其具體作用能力研究流程可按如下步驟進行。

1.1 膨脹槽

膨脹槽是液相有機熱載體鍋爐中一項較為重要的安全性裝置，大多數(shù)均表現(xiàn)為圓形的鋼制容器元件。存在于膨脹槽上端的集熱器可直接與液相有機熱載集中站相連，可在膨脹罐設(shè)備的作用下，控制換熱器裝置內(nèi)的熱量傳導(dǎo)情況，并可借助取水管道，將適量的高溫液體與高溫液體同時存儲于儲水箱裝置之中[2,3]。在儲水箱內(nèi)部，為避免高溫氣體沖擊作用的影響，有機熱載體上部必須以氮封措施隔絕外界空氣，一方面防止高溫狀態(tài)下，空氣對高溫氣液混合物造成的變質(zhì)作用，另一方面實現(xiàn)對有機熱載體使用壽命時間的大幅延長。

圖1 液相有機熱載體鍋爐膨脹槽結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 油氣分離器

油氣分離器能夠保證液相有機熱載體鍋爐設(shè)備與循環(huán)泵之間的可靠性運行關(guān)系，從而使得膨脹槽元件在短時間內(nèi)進入連續(xù)性供熱狀態(tài)。在鍋爐運行初期，油氣分離器中會殘存大量的高溫水蒸氣，當(dāng)循環(huán)泵進入受熱后，殘留水蒸氣會隨熱載體表面水分的蒸發(fā)而快速析出，但也有少部分會以小水珠的形式，進入底層廢水之中[4,5]。這些空氣、水蒸氣若不能及時借助安全閥排除至裝置外，則會引起壓差計數(shù)值的快速升高。因此，在整個加熱過程中，玻璃管始終保持絕對干燥的存在狀態(tài)，一方面可為混合液提供穩(wěn)定的冷凝環(huán)境，另一方面也可避免氮氣孔板表面發(fā)生“噴油”現(xiàn)象。

圖2 油氣分離器結(jié)構(gòu)示意圖

2 鍋爐安裝監(jiān)督方法

在液相有機熱載體鍋爐主要設(shè)備及其操作機理的支持下，按照全面質(zhì)量管理、監(jiān)督程序控制的處理流程，實現(xiàn)鍋爐安裝監(jiān)督方法的設(shè)計與應(yīng)用。

2.1 全面質(zhì)量管理

在液相有機熱載體鍋爐安裝監(jiān)督檢驗項目中，全面質(zhì)量是指除重視檢驗質(zhì)量特征之外的檢驗質(zhì)量體系運轉(zhuǎn)情況。從鍋爐安裝監(jiān)督檢驗項目籌備開始，就應(yīng)該對各項檢驗程序進行全面性管理，也只有在明確全面質(zhì)量概念的同時，才能建立相對較為完整的鍋爐安裝監(jiān)督質(zhì)量保證體系[6]。安裝監(jiān)督檢驗的目的是為了確保液相有機熱載體鍋爐的實際安裝質(zhì)量，在檢驗過程中所發(fā)現(xiàn)的各項問題數(shù)據(jù)能夠較好反應(yīng)安裝質(zhì)量的好壞，且數(shù)據(jù)客觀性能夠準確描述安裝檢驗操作中的客觀事實，可輔助執(zhí)行人員對所出現(xiàn)情況采取一定的處理措施及優(yōu)化策略。

2.2 監(jiān)督程序控制

液相有機熱載體鍋爐監(jiān)督程序是指國家電廠工程項目所制定的質(zhì)量方針與質(zhì)量目標(biāo)體系，包含竣工質(zhì)量、施工質(zhì)量、設(shè)計質(zhì)量、決策質(zhì)量等多項組成條件[7]。針對鍋爐安裝監(jiān)督檢驗項目所進行的控制程序，主要包含如下檢查步驟：

1）查閱液相有機熱載體鍋爐的質(zhì)量管理手冊與程序控制文件。

2）檢查鍋爐受壓件材料的回收、發(fā)放、保管、移植及驗收情況。

3）檢查液相有機熱載體鍋爐項目施工過程中不符合項的具體處理情況。

4）核實液相有機熱載體鍋爐項目中監(jiān)檢員提出的各類安裝問題與監(jiān)督反饋情況。

3 鍋爐自動化檢驗技術(shù)

聯(lián)合鍋爐安裝監(jiān)督方法，通過分辨P92鋼化學(xué)成分及機械性能的方式，計算靈敏度檢測系數(shù)的數(shù)字結(jié)果，完成鍋爐自動化檢驗技術(shù)方法的搭建。

3.1 P92鋼化學(xué)成分及機械性能

P92鋼是是一種新型的細晶強韌化熱強鋼類應(yīng)用型材，可對原有P91鋼進行純凈化冶煉，從而控制微合金化工藝的實際改進方向。在化學(xué)成分方面，可將Mo元素含量減少至0.5%，且添加了1.7%W元素，借助Nb與V元素的合金化處理能力，控制B元素與N元素結(jié)構(gòu)體的實際耐熱能力，并可通過這種方式，實現(xiàn)對P92鋼高溫蠕變斷裂強度的不斷提升[8]。合理控制C元素含量，可保障P92鋼型材的機械加工性能。一般情況下，P92鋼可在正火與回火狀態(tài)下共同使用，且在整個實驗過程中，AC1始終處于800℃～835℃之間、AC3則始終處于900℃～920℃之間。隨冷卻行為的實施，P92鋼可從奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樽罡哂捕鹊陀?50HV的馬氏體組織[9]。P92鋼液相有機熱載體鍋爐型材的詳細化學(xué)成分及機械性能如表1、表2所示。

3.2 靈敏度檢測系數(shù)

靈敏度檢測系數(shù)計算需要同時考慮鍋爐設(shè)備清理、機體維護核查等多項應(yīng)用性問題。一般情況下，隨液相有機熱載體鍋爐結(jié)構(gòu)體外表面溫度的不斷升高，P92鋼型材的物化表現(xiàn)性能也會隨之改變，且在此過程中，由于Mo、Si等多種化學(xué)元素的存在，自動化檢驗技術(shù)的實際關(guān)注問題也會集中于監(jiān)督程序控制等問題之上[10]。設(shè)Wmax代表液相有機熱載體鍋爐結(jié)構(gòu)體外表面所能承受的最高溫度值，Wmin代表液相有機熱載體鍋爐結(jié)構(gòu)體外表面所能承受的最低溫度值，e0代表鍋爐安裝監(jiān)督程序的最小控制系數(shù)，en代表鍋爐安裝監(jiān)督程序的最大控制系數(shù)，n代表鍋爐安裝監(jiān)督程序的實際執(zhí)行次數(shù)。聯(lián)立上述物理量，可將液相有機熱載體鍋爐的靈敏度檢測系數(shù)值表示為：

表1 P92鋼化學(xué)成分

表2 P92鋼機械性能（20℃）

4 實驗數(shù)據(jù)分析

為驗證液相有機熱載體鍋爐安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)應(yīng)用方法的實際應(yīng)用價值，設(shè)計如下對比實驗。以圖3所示鍋爐設(shè)備作為實驗對象，分別將其與實驗組、對照組控制主機相連，在相同實驗環(huán)境下，記錄相關(guān)實驗指標(biāo)的具體變化情況，其中實驗組控制主機搭載液相有機熱載體鍋爐安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)應(yīng)用方法，對照組控制主機搭載項目實踐型檢驗手段。

圖3 液相有機熱載體鍋爐設(shè)備

已知DPR指標(biāo)能夠反應(yīng)液相有機熱載體鍋爐超臨界作用的實際表現(xiàn)強度，一般情況下，DPR指標(biāo)值越大，液相有機熱載體鍋爐的超臨界作用能力也就越強，鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體的使用狀態(tài)也就越差，反之其使用狀態(tài)也就越優(yōu)。表3記錄了實驗組、對照組DPR指標(biāo)數(shù)值的具體變化情況。

分析表3可知，隨著實驗時間的延長，實驗組DPR指標(biāo)始終保持不斷下降的變化趨勢，但實驗前期的數(shù)值下降幅度明顯大于實驗后期，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達到38.4%。對照組DPR指標(biāo)則在一段時間的穩(wěn)定狀態(tài)后，開始逐漸趨于穩(wěn)定上升的變化狀態(tài)，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果達到了59.4%，與實驗組極值相比，上升了21.0%。綜上可知，隨著新型安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)的應(yīng)用，DPR指標(biāo)數(shù)值得到了有效控制，能夠適當(dāng)抑制液相有機熱載體鍋爐的超臨界作用強度，在維護鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體使用狀態(tài)方面具有較強促進作用。

表3 DPR指標(biāo)數(shù)值對比表

鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度能夠反應(yīng)液相有機熱載體鍋爐的壽命評估值，一般情況下，鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體的表面溫度均值越小，其壽命評估值結(jié)果也就越大，反之則越小。表4記錄了實驗組、對照組鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度值的具體變化情況。

表4 鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度值

分析表4可知，隨著實驗時間的延長，實驗組鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度始終保持相對穩(wěn)定的波動變化狀態(tài)，整個實驗過程中的最大溫度值僅能達到45.8℃。對照組鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度則基本保持小幅上升的數(shù)值變化趨勢，整個實驗過程中的最大溫度值達到了63.4℃，與實驗組最大值相比，上升了17.6℃。而從平均值角度來看，對照組63.3℃與實驗組44.8℃相比，上升了18.5℃。綜上可知，隨著新型安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)的應(yīng)用，鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度值的上升趨勢也得到了有效控制，符合延長液相有機熱載體鍋爐壽命評估值的實際應(yīng)用需求。

5 結(jié)語

與項目實踐型檢驗手段相比，新型安裝監(jiān)督與自動化檢驗技術(shù)可在有效控制DPR指標(biāo)數(shù)值的同時，抑制鍋爐設(shè)備結(jié)構(gòu)體表面溫度的無故上升趨勢，不僅能夠緩和液相有機熱載體鍋爐超臨界作用的實施強度，也可以適度延長鍋爐的壽命評估值結(jié)果，且在膨脹槽、油氣分離器等設(shè)備元件的作用下，P92鋼型材的化學(xué)成分及機械性能得到充分激發(fā)，在精確靈敏度檢測系數(shù)方面具備較強實際應(yīng)用價值。