载热体加热炉运行安全探讨

1、载热体加热炉运行安全探讨 根据载热体（道生油）的性质和加热炉热油系统的特点，结合以往发生的事故进行危险分析，提出道生油加热炉安全操作方法。 1前言 载热体加热在石油化工等行业有着广泛的应用，在诸多载热体中，上联苯和联苯醚组成的道生油因其具有热稳定性好、高温下蒸气压低、燃烧和爆炸的危险性小、腐蚀性小、毒性小等特点而常常用于硬化生产装置中。 某石化装置采用由质量分数为26.5的联苯和质量分数为73.5的联苯醚组成的道生油（以下简称热油）作为载热体，由于对载热体性质未能全面了解以及炉子本身设计缺陷等，装置自投运以来曾发生过两次火灾事故，均造成装置长期停车抢修，严重影响了全装置的正常安全运行。 装置热

2、油系统的基本流程图如图1所示。其中加热炉f-501为装置建成时从国外进口的，设计热负荷为158106kj/h，高度与直径比为2.95（27475mm/9310mm），超过国内设计标准，几乎达到国外设计标准极限。 图1 热油系统的基本流程图 2载热体、工艺过程的危险分析及控制措施 2.1载热体的热稳定性 该装置热油使用温度在350370之间（加热炉出口温度320左右，炉管膜温在370左右），预期使用寿命在45年。不同操作温度下使用的热油预期使用寿命如表1所示。 表1 不同操作温度下使用的热油预期使用寿命 热油的稳定性好是作为导热油的主要依据之一。如果热油中混入其它油品，就会降低其热稳定性，加速残

3、碳的生成，缩短热油使用寿命，威胁装置的正常安全运行。 从表1可看出，如果热油使用温度上升，裂解速度将大大加快，因此在操作过程中应加强使用温度的控制。 对于加热f-501，由于结构特殊，排气和调整热油流量是开工阶段一个很重要的工作，由于每组热油炉管在辐射段内长度很长（f-501每一组由11约27m长的竖管组成），很容易在开工阶段产生气阻，如果产生气阻而未及时处理会使炉管局部过热，造成炉管变形，严重时会使热油分解、结碳，尤其是热油全部由热炉泄出后重新灌装时，气体排放工作更为重要。该装置载热体加热炉第二次火灾就是由此引起的。 开工初期，排气的具体步骤是：冷油在总管循环一段时间后，降低f-501中7组

4、热油管流量，使另外一组流量最大，每组赶气时间约为5min（f-503等依次类推）。气体赶完后，各个管程之间的流量分配应调节得尽可能接近，否则在流量较低的管程可能发生过量气化，从而产生高的压力降而限制了流动，使炉管局部过热。 为了防止加热炉出现气阻或偏流程现象发生，在操作过程中要控制好各管程流量偏差相对值5，入口压力0.8mpa。 在加热炉正常操作过程中，为了避免炉内热油产生过热，热油流过传热面的速度必须相对较快，以充分扩展紊流，从而避免膜温过高而造成对传热面热油的损害。大容量炉子（如f-501）在过底负荷下运行会因此使载热体损坏得更快，其原因主要是： a)受热均匀性问题 炉子配备燃烧器的大小和

5、多少是根据设计负荷考虑的。当炉子在设计负荷下运转时，这些燃烧器将全部投用，炉管受热相对均匀；如果负荷下降，则不得不少点火嘴，这显然会使辐射段炉管受热不均，如不少点火嘴而采用每只火嘴都降低火焰高度，那么沿火焰长度方向的炉管热强度不均匀也比正常时大得多。 b)局部过热问题 当然，由于负荷下降引起受热不均匀是不足以引起炉管（炉管内热油）局部过热与损坏的。但是管内流量减少以后，管内介质的流动状态有可能突变，各个盘管之间也更容易产生偏流，有可能造成低负荷下的炉管局部过热损坏。图2表示了热油流速对膜温的影响，从图2可以看出，流速越低，壁温越高，热油流体膜温越高，热油越易产生过热。 图2 流速与膜温关系 为

6、了防止偏烧，在操作过程中要控制各管理出口温度偏差5。 若热油流量突然中断（例如：进料泵跳闸或进料阀发生故障），介质温度和管壁温度上升，不论由于何种原因引起，加热炉都应当立即熄火，查明原因处理完毕后，先建立热油循环，带走炉内热量，方能按规定重新点火升温。 2.2 载热体的膨胀系数 热油膨胀系数很大，因此在液相操作系统中应有缓冲罐或平衡罐（如该装置中的v-501）。热油在熔点时由固态向液态转变时体积膨胀7.1，如在系统中热油处于凝固状态时，较快地被加热后会使管道或炉管破裂，因而热油加热之前必须处于循环状态或有较大的空间并缓慢加热。热油在不同温度下的体积膨胀如表2所示。 表2 热油在不同温度下的体积

7、膨胀 开工之前，如环境温度低于道生油的凝固点时，启用加热炉要非常小心，相关伴热必须打开，确保疏通，使管壁温度高于热油的凝固点。如加热炉炉管内出现热油凝固时，要采用温和的加热方法使热油熔化流通，加热时炉膛升温速度不能太快，要随时准备建立循环； 但当壁温超过50仍不能建立正常循环时，应立即熄火，查明原因，保持道生油流动畅通，以确保冷油循环的建立。该装置发生的第一次火灾事故就与此有关。 2.3载热体的蒸气压 热油作为载热体最可贵的性质之一是热油在高温时，蒸气压力相当低，因此可以在较低的压力下进行操作，这使得操作成本降低。在相同的温度下，水的蒸气压高出热油几十倍，因此在操作温度下热油中含水时，水会突然

8、气化，使操作压力上升，甚至酿成事故（热油突沸和循环泵抽空等），所以装置开过程中热油必须进行脱水。不同温度下的水和热油蒸气压对照见表3。 表3 不同温度下的水和热油蒸气压对照表 在开工时热油系统中发现有水时，系统应缓慢升温，正常脱水操作过程中温度必须保持恒定。v-501压力一般为0.42mpa，相应的温度为145，当发现有气体排放时，将v501压力控制在手动给定排放位置，缓慢排放v501内气体，压力降至接近0.4mpa时，v501内水分即不断气化而排出，当压力继续下降时，说明脱水工作结束，在此过程中要注意v501压力和f501运行情况。 2.4载热体的燃烧爆炸危险性、腐蚀性、毒性 由于热油的闪点

9、（116）、燃点（128）、自燃点（640）高，在空气中爆炸极限范围小，因此其本身是一种不易发生燃烧和爆炸的载热体。 但是由于操作不当也可能在热油系统的其它部位引起燃烧和爆炸事故。 保温区失火：开停工或其它原因引起的管道系统热膨胀及收缩，容易发生泄漏，这样轻则引起热油泄漏，影响生产；重则渗出的热油在管道保温区在有空气存在的情况下被引燃，这种失火可诱发其它火灾，所以在操作过程中，升降温的速度要按规定执行10/h。 超过闪点失火：其主要原因是在高于最低闪点温度时存在热油、空气和火源，所以在开工阶段一定要将系统中的氧除去，直到系统中氧含量体积分数1.0，不能留死角，以免有火险。 热油对本装置使用的材

10、料没有腐蚀，但是据资料介绍热油的149时能与氧发生反应生成羧酸而引起设备腐蚀，而且这些产物会使系统形成大量固体和污垢，致使系统中结焦速度加快，影响传热效率，反过来促使系统迅速结垢，这也是除氧的另一目的所在。 虽然热油的毒性较小，但是在操作过程中还应尽可能少接触，以防发生中毒事故。 2.5载热体的质量分析 运行中定期检查的主要目的是了解热油内在质量的变化，并由此发现系统设计、操作管理及热油自身的问题，及时处置以延长其使用寿命和避免发生事故。 馏程：馏程的变化表明分子量的变化。高沸物的含量表示热油发生聚敛的程度，高沸物过高的主要原因是污染或过热，它使系统传热效率下降，当260以上的馏出物超过10时

11、必须更换或再生热油。 粘度：粘度的变化说明分子量和分子结构的变化。裂解使粘度下降，而聚敛和氧化使粘度上升，这些变化对正常操作温度下的粘度影响很小，但对低温沾度影响较大，其引起的可能原因是污染、热降解和氧化。由于v-150中有n2覆盖，本装置中粘度下降的可能性小，粘度可能上升，当粘度3.5mm2/s时，热油应考虑再生或更换。 残碳：残碳是运转中的热油经蒸发和热解后留下的，可说明高分子碳状沉积物形成的货币和老化程度，它的存在可能使系统传热效率降低，当残碳含量质量分数0.5%时，热油应予以更换。 闪点和组成：闪点是主要的安全性指标，闪点下降过多可能成为事故的隐患；组成分析是为了防止系统的热油发生污染

12、。 2.6缓冲罐的液位 在加热炉正常运行过程中如发现缓冲罐的液位突然上升或下降，首先要排除是否是仪表故障或由热油温度变化引起的，如果不是，可能的原因有两种： a）热油系统压力高于物料压力时，如果换热器泄漏，热油可能会泄出热油系统并污染其它油品，此时缓冲罐的液位下降，正常操作时可加强对其它油品的检测，找出漏点并迅速处理。 b）当装置物料系统的压力高于热油系统的操作压力，并且换热器泄漏时，装置中的油品可能会泄漏到热油中，此时缓冲罐的液位会上升，要加强热油质量分析，找出泄漏点并加以控制。 3结论与建议 通过以上分析，可以得出载热体加热炉各个运行阶段的主要安全操作要点： a）开工阶段：加强系统的除氧工作，严把热油的质量关，热油点火升温之前必须先进行冷油循环，排除炉管中的不凝气，调整好热油流量，防止发生偏流，控制好升温速度，脱除热油中的水分。 b）正常运行阶段：保证炉内热强度均匀，炉子负荷不低于设计负荷的40，确保热油维持一定流速，炉管内膜温度低于370，控制好热油流量和温度的相对差值。 c）停工阶段：炉子熄火后