某型卧式热媒炉并网故障分析与处理

陈立佳，孙燕锋

（北京航天石化技术装备工程有限公司，北京 100176）

近年，随着石化行业的稳步发展，能提供连续、稳定热源的热媒炉（有机热载体炉）应用也越来越广泛。热媒炉作为特种设备[1]，按结构形式可分为立式热媒炉和卧式热媒炉两种。卧式热媒炉由于炉体安装高度低，系统布置紧凑，在封闭空间或空间受限的场所应用广泛，同时也更易于模块化生产，撬装供货，节约现场施工时间。卧式热媒炉由钢制炉壳、热媒进出集合管、炉内螺旋盘管、防爆门、鞍座和外部保温层等组成，典型结构如图1所示。

图1 卧式热媒炉结构示意图

1 问题简述

某化工有限公司因产能扩大需新增一台热媒炉（5 811 kW/h），与原两台热媒炉（4 068 kW/h）并联使用，新增热媒系统亦并入原热媒系统。由于炉区位于工厂厂棚内，高度受限，新增热媒炉采用卧式结构，

工艺流程如图2所示（云线标识为新建热媒炉）。

图2 项目工艺流程图

在系统调试完成并投入运行几天后，烟囱突然出现冒黑烟现象，烟囱排出物带有黑色粉末，现场根据《调试备案》，紧急停炉，并对炉膛进行长时间氮气吹扫，待炉膛温度降至环境温度后，打开炉顶盖，发现炉顶盘管花瓣处出现导热油外泄情况，外泄导热油有结焦碳化现象。通过打磨，发现盘管花瓣处弯头出现裂口，裂口内导热油已经碳化结焦，如图3所示。

图3 炉管内热媒碳化结焦及炉管胀裂现场图

2 原因分析

问题出现后，首先需要确认是否为导热油本身问题[2]，经过对导热油进行取样化验分析，确定导热油热稳定性[3]、热氧化安定性[4]、残炭量[5]均满足标准要求。之后通过现场现象分析、化验排出物组分、勘查炉内盘管状况并对比运行数据，对可能原因进行拆解梳理（见表1），确定根本原因为在螺旋盘管内气体未排净的情况下就进行热媒炉点火运行，引起炉管局部受热高温，导热油碳化结焦，炉管破裂。

表1 原因分析表

3 解决方案研究

针对该项目实际调试过程中用户为保证经济效益，原有热媒炉无法长时间停车，原热媒系统无法满足新增热媒炉并网后长时间大流量的热媒调试要求，制定出满足用户不停车并网的调试方案。

3.1 增加盘管压损报警连锁程序，保护设备

通过核算，盘管理论压损为0.18 MPa，取报警值0.2 MPa，连锁值0.22 MPa，连锁动作为停炉。当盘管出现堵塞时，盘管流通面积减小，导热油流速增大，会引起盘管压损扩大，通过监测盘管压损数值，可以及时发现有无堵塞现象。

3.2 增加炉膛观测孔，实时观察盘管状况

根据现场配管情况，在炉顶侧方便观察位置增加炉膛观火孔，以便实时观测到炉膛燃烧及炉管情况，如图4中K所示。

图4 炉膛观测孔施工及实物图

3.3 增设支管流量计，检测各支管流量

根据炉管结构及现场空间实际情况，在盘管入口增加流量计[6]，以便实时检测各盘管流量是否均匀，是否有偏流现象。流量计安装位置如图5所示。

图5 支管流量计安装示意图

3.4 增加热媒系统自循环管线，对热媒炉及系统进行脱气

为满足用户不停产并网的目标，设计出自循环管线[7]，由炉出口引至循环泵入口（见图6），可以在不并网的情况下，实现新增热媒炉导热油的长时间、大流量循环，完成热媒系统的脱气调试过程。

图6 热媒循环管线系统流程示意图（PID）

通过CAESARII软件的计算，验证新增自循环管线方案的可行性。把新增管线带入原热媒系统，对热媒系统管线进行整体应力分析，满足工况运行。

3.5 火检监测报警程序优化

对火检监测报警联锁程序进行优化改进，增加点炉前吹扫过程中，有火报警联锁程序。因为导热油为可燃物，着火点在210℃左右（品类不同，着火点略有差异），一旦炉管破裂，未及时发现，泄漏的导热油在高温环境中一旦遇到新鲜空气，会产生燃烧，存在较大安全隐患。点炉过程中增加有火检测，火检联锁为N取1，执行停炉程序，可以及时反馈炉膛情况，杜绝安全隐患。

4 方案实施应用

依据上述研究对系统进行优化改进，调试结束后，系统运行正常，热媒炉盘管压损为0.17～0.18 MPa（见图7），与盘管理论计算压损0.18 MPa相符，说明盘管内热媒流通顺畅；各盘管流量在61.5～63.9 m3/h之间，误差小于4%，在允许误差范围内；四根盘管出口温度差异极小；现场高排点阀门开启后无气体排出；燃烧火焰正常，供热稳定。

图7 热媒炉盘管压损折线图

5 取得的成效和经济效益、应用前景

经过优化改进的卧式热媒炉热媒系统自调试成功已运行一年多时间，运行状况良好，各项参数正常。该卧式热媒炉并网方案，可在不影响用户原热媒系统正常运行的情况下，保证大流量、长时间的导热油循环，以排净卧式热媒炉螺旋盘管内气体，从根本上解决了卧式热媒炉盘管破裂问题。监控措施的完善，可以尽早地发现问题，消除安全隐患。

此热媒炉系统的改进和优化方案，对于类似炉型和相似新设备的设计提供了参考经验。不仅只针对于设备本身，还包括在工艺上、结构上、辅助观测手段上及操作规程和对用户后期使用的培训上，都有重要的参考指导价值。