對有機熱載體爐設計、制造、檢驗過程的控制與分析

包貴林

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇南通226001）

有機熱載體爐是一種新型的特種鍋爐，具有低壓高溫工作特性，隨著工業生產的發展和科學技術的進步，有機熱載體爐得到了不斷的發展和應用。從介質的形態可分類為：液相爐和氣相爐。所有氣相爐均是承壓的，而液相爐則分為承壓（注入式）與不承壓（抽吸式）兩種型式。

與蒸汽鍋爐相比較，考慮到有機熱載體爐的結構、介質、使用要求等因素，對設計、制造、檢驗等環節的有效控制，是有機熱載體爐的質量保證、安全運行、發揮經濟效益的先決條件。本文僅對此做了分析與論述。

1 有機熱載體爐的設計

有機熱載體具有易滲漏、易燃的特性，防止泄露、避免發生火災是有機熱載體爐的主要問題所在。有機熱載體爐的元件不論受壓與否，均應該按照國家鍋爐計算標準（目前我國現行鍋爐強度計算標準包括：《水管鍋爐受壓元件強度計算》和《鍋殼式鍋受壓元件強度計算》）進行計算。但其設計計算壓力選取確與蒸汽鍋爐選取有所區別，蒸汽鍋爐設計計算壓力選取一般是額定工作壓力，而有機熱載體爐則應為工作壓力加0.3 MPa，且不低于0.59 MPa，計算公式及其他參量的選取、系數的確定都應按相應標準執行。

另外，有機熱載體爐設計時，同蒸汽鍋爐設計一樣，還要考慮到具有一定的彈性，要保證有機熱載體爐各部分在運行中能夠自由膨脹。有機熱載體爐運行中受熱就會膨脹，如果受熱元件不能自由膨脹，則溫度每升高1℃，就會產生較大的熱應力，從而引起受熱元件的損壞，甚至能造成鍋爐事故的發生。因此，在進行有機熱載體爐設計時，應分別對有機熱載體爐部件本身結構及整體結構上進行考慮自由膨脹因素。

2 材料的選用

有機熱載體爐的工作條件較差，受熱面元件不僅受火焰、煙灰作用，還承受一定的壓力和有機熱載體介質作用，因此應選用鍋爐專用優質鋼材，不得采用鑄鐵或有色金屬。

鑄鐵是脆性材料，而脆性材料不能用于承壓元件；另外與鋼材比較，鑄鐵的金相組織比較疏松，有機熱載體在高溫的工作條件下易滲漏。而有色金屬材料與有機熱載體接觸時，有色金屬分子會自動向有機熱載體介質中擴散，會起催化劑作用，在高溫條件下加劇有機熱載體起化學反應，從而導致有機熱載體加速老化、變質，縮短有機熱載體的使用壽命，且能造成受熱面過熱；另外，有機熱載體介質對有色金屬也有腐蝕作用，影響爐的安全運行。因此，不僅在我國，在國外的有關規范標準也均明確規定，有機熱載體爐不準采用鑄鐵和有色金屬進行制造。

目前，有機熱載體爐受壓受熱元件采用的材料主要有GB713-2008中的Q245R和Q345R，鋼管常用20#鍋爐專用優質無縫鋼管。另外非受火焰接觸的受壓元件材料常用Q235B普通優質鋼。

3 載體的焊接

（1）管子與鍋筒、集箱、管道應采用焊接連接。有機熱載體具有易滲透、易燃的特性，因此對有機熱載體爐整個產品的密封性有較高的要求，由于脹接或螺紋連接在結構上存在縫隙是無法避免的，密封性不如焊接好，因此管子與鍋筒、集箱、管道應采用焊接連接，不得采用脹接或螺紋連接。

（2）焊接方法的選擇要求。同樣是由于有機熱載體的易滲漏、易燃的特性，防止產生有機熱載體爐的滲漏、燃燒而引起的火災事故，因此要保證有機熱載體爐的焊接質量。鍋筒筒體的縱縫、環縫及封頭的拼接必須采用埋弧自動焊，當受工裝限制時鍋筒最后一道環縫的內側允許采用手工電弧焊；有機熱載體爐的受熱面管的對接焊縫應采用氣體保護焊接。

（3）焊接工藝的編制與執行。根據《有機熱載體安全技術監察規程》的焊接要求，編制出科學、合理的焊接工藝，制造焊接過程嚴格執行所規定的焊接工藝，保證產品的質量。

4 焊接檢查試板制備與焊接接頭的力學性能試驗

對于氣相有機熱載體爐，批量生產的鍋筒每10臺做1塊（不足10臺也做1塊）縱縫焊接檢查試板。試板制備及力學性能檢驗可參照《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》的要求。

對于液相爐的鍋筒及管子、管道對接接頭，可免做焊接檢查試板，主要是考慮到液相爐本身承受的壓力就比較低，而且《有機熱載體爐安全技術監察規程》對于有機熱載體爐的焊接方法做出了明確的規定，以及對焊接工藝評定也提出較高的要求：按《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》的規定執行，因此焊接質量是可以得到保證的，所以可免做焊接檢查試板。

5 外觀的檢測

與蒸汽鍋爐外觀檢測要求一樣，有機熱載體爐受壓元件的全部焊縫（包括非受壓元件與受壓元件的連接焊縫）應進行外觀檢查，表面質量要求可參照《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》，具體要求為：

（1）焊縫外形尺寸應符合設計圖樣和工藝文件的規定，焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材應平滑過渡；

（2）焊縫及其熱影響區表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔；

（3）鍋筒（鍋殼）、爐膽和集箱的縱、環焊縫及封頭（管板）的拼接焊縫無咬邊，其余焊縫咬邊深度不超過0.5 mm，管子焊縫兩側咬邊總長度不超過管子周長的20%，且不超過40 mm。對于焊接的受熱面管子，還應按JB/T1611《鍋爐管子技術條件》進行通球試驗。

另外，焊縫表面夾渣清理工作，往往是很容易被人們忽視的。如果夾渣未能清理干凈，有可能妨礙其他缺陷的檢出及定性。曾監檢過一臺氣相有機熱載體爐，做水壓試驗時，剛開始管子與鍋殼的角焊縫處的夾渣未能清理干凈，最初并沒有發現異常情況。后要求對那些殘留的夾渣徹底清除后，就發現有一處冒處一絲極細的水束。就是由于殘留的夾渣未能清理干凈而妨礙其他缺陷的檢出。《有機熱載體爐安全技術監察規程》上，對鍋爐主焊縫的焊接和無損探傷，有著明確的要求規定，這些焊接接頭的質量有很好的保證；而其他的焊接接頭，如上述所舉例的焊接接頭，確不能像主焊縫一樣能保證質量。因此，對這些焊接接頭外觀檢查時，就需要特別在意清理夾渣等等，以保證后續的檢驗及水壓試驗能及時發現缺陷。

6 無損檢測

相對于蒸汽鍋爐而言，對有機熱載體爐的無損檢測要求則較高，就以兩種鍋爐的鍋筒（鍋殼）縱環縫及封頭拼接焊縫探傷檢查數量為例分析（見表1）。

表1 有機熱載體爐與蒸汽鍋爐的鍋筒（鍋殼）縱環焊縫及封頭拼接縫探傷檢查數量比較

考慮100%超聲波加25%射線探傷，完全可以查出焊縫中存在的缺陷，達到安全要求，又可以降低生產成本。制造單位制造有機熱載體爐可根據實際情況，對這兩種方法任選其一。

對于受熱面管的對接接頭的探傷，是按受熱區域來區分的，根據受熱情況不同分別提出要求：輻射段不低于接頭數的10%，對流段不低于5%。抽查不合格時，應以雙倍數量進行復查。

另外，《有機熱載體爐安全技術監察規程》未規定的，氣相爐可參照《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》，液相爐可參照《熱水鍋爐安全技術監察規程》。

7 水壓試驗與氣密性試驗

耐壓試驗是對鍋爐質量進行綜合性考核，可以防止帶有嚴重質量問題或缺陷的容器投入使用。有機熱載體爐的水壓試驗與氣密性試驗的試驗壓力值是以額定工作壓力來確定的，不是以設計計算壓力來確定。

整裝出廠的有機熱載體爐同蒸汽鍋爐一樣，在產品制造完后，都需進行水壓試驗，試驗壓力以1.5倍工作壓力選取，水壓試驗后應將水分排盡。另外，對于對于整裝出廠的氣相有機熱載體爐還應按工作壓力進行氣密性試驗，進一步檢查非焊接部位密封情況，以防止有機熱載體泄露而發生火災等。

8 結束語

對設計、制造、檢驗等環節的有效控制，是有機熱載體爐的質量保證，是設備安全投入運行、發揮經濟效益的先決條件。上述任何環節的失控，都可能產生安全隱患和發生事故，危及人民生命財產安全。制造單位要建立規范的質量保證體系，并良好運轉，嚴格遵守法規、標準，編制科學、合理的制造工藝指導生產，確保產品質量優良。

[1]勞動部文件勞部發（1996）276號，蒸汽鍋爐安全技術監察規程[S].

[2]勞動部文件勞部發（1993）356號，7有機熱載體爐安全技術監察規程[S].