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燃气导热油炉供热系统的安全问题分析研究

发布日期:2020-12-12

  1安全问题研究的重要性

  导热油炉供热系统具有节能、高效、管理方便等优点,在石油天然气行业中得到广泛应用。导热油有高比热和低粘度,传热均匀,热稳定性好及优良导热特性,且导热油对普通碳钢设备和管道基本无腐蚀作用,因此在高温传热的条件下,实现高温低压。导热油炉供热系统同样存在一定的火灾爆炸危险性。爆炸主要发生在燃烧系统的化学性及物理性爆炸。

  2危险性分析

  2.1导热油的火灾危险性分析

  (1)油中残炭指标超标

  导热油在储存、运输中水分、杂质或其他油污等混入油中,当导热油工作升温到100C时,会引起喷油并着火,或者水分受热汽化产生高压,引起设备的超压爆炸。当油中残炭指标超标,导热油在加热运行过程中会发生化学变化而生成少量高聚合物,同时也会因局部过热生成焦炭,这些高聚合物和残炭不溶于油而悬浮在油中,运行中这些物质会沉积在锅筒底部而过热鼓包,或沉积在管壁而过热爆管。

  (2)出口温度超温和流速过低

  只提高出口温度来保证供热量,会使出口温度接近甚至超过热载体的最高允许使用温度,从而加重结焦、结垢程度,而使散热器传热效率更低,形成恶性循环,直到炉管爆破。过低流速会造成受热而中的大部或局部管内壁温度高于允许油膜温度,而缩短导热油的正常使用寿命,导致过热引起鼓包、爆管。

  (3)导热油泄漏引起火灾

  由于焊接质量问题,导热油输送主管焊缝部分脱落或超温情况下大量汽化,引起管道振动,甚至损坏而致使大量导热油外漏,导热油渗透性较强,特别是法兰垫片处较为严重,泄漏后遇火源引起火灾。

  2.2燃烧系统危险性分析

  2.2.1点火过程中 的爆燃

  天然气是高度易燃易爆的气体,天然气的爆炸下限为5.3%,极易发生爆炸事故。

  2.2.2炉膛爆炸、 火灾危险性分析

  炉膛爆炸是由于可燃气体漏入并与空气混合形成爆炸性混合物,当达到爆炸极限范围时,一旦接触到点火源,就会发生爆炸事故。炉膛爆炸主要由以下因素造成:

  (1)点火不当点火时,若启动操作不当,出现熄火而又未及时切断气源;供气管进行可燃气体吹扫不彻底;打开阀门时喷嘴点不着火,或者被吹灭;或其他可能使炉膛中存积大量高浓度可燃气体并处于爆炸极限范围内的情况,再次点火时易引起爆炸。

  (2)火焰不稳定而熄灭

  燃烧器出力过大,就会发生脱火现象,出力过小,发生回火现象,使炉膛火焰不稳定而熄灭。由于炉膛呈炽热状态,高浓度可燃气体与空气的混合物达到爆炸极限,就有可能发生爆炸。

  (3)设备不完善

  因阀门漏气或设备不完善,无点火灭火保护装置和火焰检测装置,可燃气体充满炉内,点火发生爆炸。

  (4)炉体质量

  由于炉体材料质量问题,受压元件强度不够,持续加热等因素造成的爆炸事故。

  2.3其它

  (1)导热油供回油管线之间无连通线,导致导热油炉压力超压。当热用户不需要热源供给时,将供油管线入口阀关闭,如果供回油管线之间无连通线,将导致供油线不能回油,而导热油炉是一种强制循环的热媒炉,导致炉内超压而过热爆管,引发火灾事故。

  (2)输气管道泄漏引起火灾

  由于管道老化、腐蚀,若维护和检修不到位,或管道上的阀门操作不当、失效等因素,在输气过程中容易发生可燃气体泄露,引起火灾或爆炸事故。

  3安全措施

  3.1 工艺系统采取的防泄漏、防火、防爆等措施

  (1)防泄漏

  a.采取相应的密封措施加强管道、设备密封,防止介质泄漏。

  b.管道穿越处采用非燃烧材料严密填实。

  c.膨胀槽设溢流口,当膨胀槽液位过高时,通过溢流口进入储油槽。

  (2)防火

  a.在热媒循环泵及注油泵入口设置过滤器,及时清除导热油中残炭等杂质。

  b.在运行中严格控制热媒循环油泵流量,使导热油在导热油炉中保持必要流速。受热面管内的导热油流不宜太低,以防止产生残炭、堵塞管径、造成管壁过热等事故。

  c.选用热稳定性好、热容量大、无毒、无刺激性气味、不易挥发、闪点高、燃点高、蒸发倾向小、凝固点低、馏程高、安全性好的导热油作为热载体。

  d.导热油炉的最高出口油温应比热载体的最高允许工作温度低,以防止热媒油在使用过程中过热分解变质。

  e.储油槽周围设围堰,防止溢出的导热油流散,阻止火灾事故迅速蔓延和扩大。

  f.燃气管线上的放散管引至膨胀槽平台高点放空,防止放散燃气在平台聚集。

  g.在燃气管线靠近燃烧器前增设阻火器,防止回火事故。

  (3)防爆

  a.热媒循环泵采用防爆电机。

  b.动力柜及控制柜均选用防爆型的。

  c.在导热油炉间内设置可燃气体报警器,并与燃气紧急切断阀和通风机连锁。

  d.燃烧器能保证燃料充分燃烧,热效率高。当点火不成功则自动切断燃料的供给,并报警:点火成功则燃烧器进入正常运行,当系统发出停机信号时,燃烧器自动关机,并切断燃料的供给。

  e.设置火焰检测装置和氧含量分析仪。监测导热油炉燃烧状况及烟气中的氧含量,使气体中可燃成分低于爆炸下限。

  f.导热油炉炉管材质强度高,耐高温。

  g.在导热油炉出口,上设安全阀,防止导热油炉超压,并将卸放的导热油泄放到储油槽内。

  h.炉膛内配备氮气灭火系统。

  i.在膨胀槽和储油槽设置氮封系统,可防止导热油氧化和挥发,延长导热油寿命。

  3.2仪控安全措施

  (1)主要连锁保护

  a.循环泵与燃烧器连锁。

  b.导热油炉出口导热油温度超过设定限制值报警并停炉。

  c.火焰熄灭与燃烧器、鼓风机连锁。

  d.供油管线出口压力与连通线上的压力调节阀连锁。

  e.可燃气体报警与紧急切断阀、轴流通风机连锁。可燃气体检测报警装置与通风机、紧急切断阀联动设计,当可燃气体浓度达到爆炸下限的20%时,报警并启动通风机,当可燃气体浓度达到爆炸下线的40%时,应自动关闭紧急切断阀,并切断控制柜电源。

  f.导热油炉导热油流量低于设定限制值时。

  g.运行系统主装置连锁停运时。

  h.导热油炉出口导热油温度超过设定限制值和烟温超过设定值二者同时发生时。

  (2)主要故障报警

  a.导热油炉烟气出口设置烟气超温以及氧含量分析远传报警。

  b.膨胀槽设置高低液位报警。

  c.燃气泄漏。

  d.导热油炉排烟超温。

  e.导热油炉出口设置超压、超温、低流量和低压的报警。

  3.3平面布置

  可将导热油炉和热媒循环泵布置于导热油炉间或者导热油炉棚内,膨胀罐框架区上面布置膨胀槽,下面布置储油槽和注油泵,将油气分离器、调节阀组等布置在中间操作平台上。

  3.4电气

  电气设备选型严格依照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50085-92)执行。用于爆炸性气体环境的电气设备和灯具的防爆、防护等级与所在区域的级别相适应。用电设备配电电缆采用阻燃交联金属铠装型电力电缆和控制电缆。爆炸危险环境范围内的电缆沟、电缆井应充砂。

  3.4.1防雷、 防静电接地设施

  导热油站按第二类防雷建构筑物设置防雷及接地设施。建筑物的防雷利用金属棚顶及金属屋架作为接闪器,金属立柱作为防雷引下线。电气设备不帶电的金属外壳、电缆桥架、能产生静电的设备、管道、平台、构架、爬梯等均应进行防静电接地。输送易燃易爆工艺物料的管线,在阀门和法兰两端应进行防静电接地跨接;工艺管道在进出装置区处、分岔处应进行防静电接地。

  4综述

  燃气导热油炉供热系统采用的强制循环工艺技术,是液相方式的导热油供热系统,是国内比较成熟的工艺技术,应配置完善的自控系统、安全防护系统及消防设施。在预防事故、控制事故、减少与消除事故方面,采取相应的安全设施,满足国家法律、法规的要求,可有效防止安全事故的发生。


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