RBI技術在有機熱載體鍋爐上的應用

詹葉玉生姚立綱

(1．福州大學機械工程及自動化學院 福州 350108) (2．廈門市特種設備檢驗檢測院 廈門 361004)

RBI技術在有機熱載體鍋爐上的應用

詹葉玉生1，2姚立綱1

(1．福州大學機械工程及自動化學院 福州 350108) (2．廈門市特種設備檢驗檢測院 廈門 361004)

本文應用基于風險的檢驗（RBI）理論全面研究有機熱載體鍋爐運行安全隱患的各種相關因素，對有機熱載體鍋爐和系統進行風險評價分析。根據有機熱載體的物理特性、化學特性、劣化原因和危害機理，研究在用有機熱載體監測指標的變化關系，對在用有機熱載體進行風險監測、風險評價，為有機熱載體鍋爐安全運行提供可靠的理論依據。

有機熱載體鍋爐 風險評價 RBI

有機熱載體鍋爐本身存在著許多安全隱患和風險因素，應用RBI對有機熱載體鍋爐進行風險評價，能夠事先找出有機熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定隱患整改和安全措施，科學、合理、高效地做好有機熱載體鍋爐的安全經濟運行工作。

1 RBI的相關概念及表述

基于風險的檢驗（RBI，risk-based inspection）:以設備損壞而導致的介質泄漏為分析研究對象，主要研究承壓類設備的風險評估和風險管理過程[1-3]。

有機熱載體鍋爐泄漏時危險性極大，應用RBI技術在有機熱載體鍋爐中應用，具有重大意義。

風險主要具備客觀性、普遍性、不確定性、損失性等基本性質[1-9]。

風險評估：定性和定量分析鍋爐系統發生事故的危險性，評價鍋爐系統發生事故的可能性和程度，實現鍋爐系統最小事故率、最小損失和最佳效益[1]。

風險評價目的：科學評價鍋爐系統，保證鍋爐系統的可靠性，避免事故發生，以安全與經濟為目的[1]。

RBI的意義：提高鍋爐系統管理水平保障設備安全可靠，考慮鍋爐系統檢驗成本和停產損失[1]。

由于鍋爐系統是一個包含人員、設備、環境、管理等許多因素的復雜的特種設備系統，各種因素難以具體量化，定性方法便可大致了解系統的安全程度，從而找出有機熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定隱患整改和安全措施，是目前鍋爐系統安全評價更為切實可行的方法。

有機熱載體鍋爐安全的基本特征：

1）泄漏、燃燒、火災、爆炸等。

2）有機熱載體劣化、變質。

3）連續可靠運行的安全性。有機熱載體鍋爐系統的本質安全性、安全防護裝置等功能的連續可靠、有效，都需要得驗證和保駕護航。

4）技術、管理與教育的有效、科學結合能為有機熱載體鍋爐提供安全保障。

2 有機熱載體鍋爐的危險及風險識別

保障安全，首先必須會識別危險，識別危險相當重要。危險識別的方法有：查閱和收集故障、事故的記錄、安全檢查表等。危險類型實例見表1。

表1 危險類型實例

圖1 危險狀態

危險狀態：傷害對象與有機熱載體鍋爐系統的關系如圖1所示。 危險狀態的實例見表2。

表2 危險狀態實例

傷害事件：傷害事件原因的實例見表3，傷害的實例見表4。

表3 傷害事件原因的實例

表4 傷害的實例

3 有機熱載體鍋爐風險分析

3.1 有機熱載體鍋爐風險要素評估

風險評估是對安全概念和現象進行精確的數學語言描述的過程[1]。

風險可用式（1）表達。

式中：

R——風險；

S——傷害的嚴重程度，見表5；

P——傷害發生的概率，見表6。

表5 傷害的嚴重程度[4]

表6 傷害的發生頻率[4]

在對傷害發生的頻率、傷害的嚴重程度作評估定級時，應注意下列的各種因素。

影響傷害嚴重程度的關鍵因素為：所影響對象（人員、財產、環境等）的性質，在有機熱載體鍋爐供熱系統中可能發生傷害的范圍。

影響傷害事件發生的概率的關鍵因素為：風險情節發生的概率，危險發生的次數和所用的時間，技術和人員因素、避免或限定傷害的可能性，系統和部件的使用時間。

評估風險的一些其它要素：安全功能的可靠性，安全保護裝置失效或缺失的可能性，維持安全保護裝置的能力，可預見的錯誤操作、破壞行為等的影響。

可預見誤用和故意損壞行為包括：誤操作、油品未脫水、未脫氣等。

3.2 有機熱載體鍋爐的風險評定

先把風險的嚴重程度和出現概率的等級評定好，便可以評定風險的等級，見表7。例如，意外突然停電風險情節嚴重程度為：1-高，概率等級為：c-偶爾，則其風險等級為“1c”。

參照GB/T 16856．2—2008《機械安全 風險評價第2部分：實施指南和方法舉例》來評定風險等級（三個類別）[3]，其安全措施見表8。

表7 風險等級表

表8 風險類別

4 有機熱載體鍋爐風險評價

有機熱載體鍋爐風險評價流程見圖2，該流程可以系統的方法查找到與有機熱載體鍋爐有關的風險，在完成風險評價后，可作風險降低的工作。

風險分析為風險評定提供所需要的信息，依次對有機熱載體鍋爐、部件和任何相關過程的安全等級作出判斷[1]。

1）風險評價目的：首先確定進行評價的目的在于消除或被足夠地減輕風險。

2）建立風險評價組：評價組應有研究、開發設計、生產、維修、檢驗、檢測和管理使用等方面具有工作造詣的學者、專家等人。

3）確定風險評價主題：先確定可能性類別，選擇確定各相關因子的分值：設計、設備、環境等。然后再確定燃燒爆炸后果類別，選擇確定各相關因子的分值：自燃、質量、化學、狀態、壓力、補償抵消等。

4）風險情節的識別：要充分減輕風險，若因此而冒出新風險，則要重新作風險分析和評價。

提高安全的措施有：

a）修改或重新設計；b）培訓、補充安全警告標志、安全裝置等。

圖2 有機熱載體鍋爐風險評價程序圖

5 有機熱載體風險檢測

風險檢測指標主要有：運動粘度、殘炭、閃點、酸值、水分等，見表9。

5.1 有機熱載體監測指標的變化關系

●5.1.1 閃點、運動粘度的變化

高溫時有機熱載體會有不同程度的裂解，閃點和運動粘度的變化幅度一般并不很大[10]。

表9 有機熱載體風險檢測的指標

通常，閃點與裂解產物的性質有一定的相關性，若其裂解產物是小分子的低沸物，即使其含量相當少也會可能使閃點大幅下降。容易氣化的裂解產物發生閃燃時的溫度當然較低，閃點的降低主要是因為有容易氣化的裂解產物的存在，但還不能表明低沸物的含量的多少。開式循環系統的有機熱載體鍋爐一般沒有安裝取樣冷卻裝置，取樣時低沸物往往因氣化而逸出，很少能檢測到閃點明顯降低。

有機熱載體的低沸物的性質和含量對運動粘度的變化有一定影響作用。

閃點和運動粘度的降低都與低沸物有關，但它們之間并不存在定量的關系[11]。

●5.1.2 殘炭、酸值的變化

通常，油品發生氧化后酸值就會增加。過熱也會導致有機熱載體裂解、殘炭增多，變質、劣化程度越重，則殘炭就越增多。閉式傳熱系統中的油品不易被空氣中的氧氣所氧化，其殘炭和酸值劣化進程緩慢，使用時間較長，但開式傳熱系統的油品則殘炭和酸值劣化進程較快，使用時間要大幅縮短。

5.2 有機熱載體風險監測指標的判定依據

1）GB 23971—2009《有機熱載體》判定依據，見表10。

表10 新有機熱載體判定依據[13]

2）GB 24747—2009《有機熱載體安全技術條件》判定原則，見表11。

表11 在用有機熱載體判定依據[12]

這里監測結果只作為風險評估分析時的數據參考，安全警告、停止使用建議判斷和處置準則見表12、表13[12]。

表12 安全警告質量問題的判斷和處置[12]

表13 停止使用質量問題的判斷和處置[12]

顯然，新有機熱載體的要求比在用有機熱載體的要求嚴格的多，新油投用有監測嚴格把關時，一般沒有問題。在實際應用中，已經注入有機熱載體鍋爐中油品多數是按照在用油處理。

5.3 有機熱載體風險監測結果分析

采集廈門市在用有機熱載體鍋爐66個在用油樣品，對每個在用油樣品進行了監測，進行相關風險分析。

1）閃點（閉口）

3個油樣品的閃點（閉口）處于安全警告值，有安全風險，占4．55%，見圖3、圖4。

2）運動粘度

1個油樣品的運動粘度（40℃）數據處于安全警告值，有安全風險，占1．52%，見圖5、圖6。

圖3 在用有機熱載體閃點數據分布

圖4 在用有機熱載體閃點風險比例

圖5 有機熱載體運動粘度（40℃）數據分布

圖6 有機熱載體運動粘度（40℃）風險比例

3）殘炭

5個油樣品的的殘炭處于安全警告值，有安全風險，占7．58%，見圖7、圖8。

4）酸值

9個油樣品的酸值處于安全警告值，有安全風險，占13．64%，見圖9、圖10。

5）水分

1個油樣品的酸值處于安全警告值，1個在停止使用值，這2個均有安全風險，占3.03%，見圖11、圖12。

圖7 在用有機熱載體殘炭數據分布

圖8 在用有機熱載體殘炭風險比例

圖9 在用有機熱載體酸值檢測數據分布

圖10 在用有機熱載體酸值風險比例

圖11 在用有機熱載體水分數據分布

圖12 在用有機熱載體水分風險比例

6 在用有機熱載體的風險評價

6.1 監測指標風險分析

1）閃點（閉口）

若閃點低，有機熱載體蒸發率就增大，加速有毒、有害氣體揮發，污染空氣，還會引發火災等事故。

當有機熱載體鍋爐系統發生泄漏，根據表5的風險等級，將其劃分為“1-高”。

例如，有機熱載體泄漏時，比較危險。根據表6的風險等級，將其風險概率劃分為“c-偶爾”。閃點的風險等級是“1c”，風險類別屬于“I類”，需采用保護措施減輕風險。

2）酸值

實驗研究表明，若油品中存在著水分，當其酸值是1．5mgKOH/g或以上時，就會對金屬產生明顯腐蝕，可能導致鍋爐受熱面腐蝕穿孔、泄漏，會引發火災等事故[10]。

按照表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“2-中”。按照表6的傷害發生的可能性類型分級原則，將其劃分為“d-極小”。酸值的風險等級為“2d”，風險類別為“II類”，要采用保護措施減輕風險。

3）殘炭

有機熱載體殘炭高時，鍋爐受熱面容易結焦、積炭，會使金屬受熱面超溫、過熱、爆管等，會引發安全事故[14]。

按照表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。殘炭增多，主要原因是有機熱載體發生過熱、氧化反應等所造成[10]。鍋爐系統結構、運行操作、開式閉式循環系統、最高使用溫度以及運動粘度變化等因素對殘碳的變化有較大的影響作用。

按照表6的傷害出現的可能性類型分類原則，將其劃分為“c-偶爾”。殘炭的風險等級是“1c”，風險類別屬于“I類”，要采用保護措施減輕風險。

4）運動粘度（40℃）

運動粘度過高，將使循環泵的運行負荷增加，同時流體流動速度將降速，將致使爐管內有機熱載體劣化、變質，鍋爐受熱面會過燒、結焦等[15]。

根據表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。油品運動粘度過大，將易誘發鍋爐金屬受熱面過燒、結焦等。根據表6的傷害出現的可能性類型分類原則，將其劃分為“b-很可能”。運動粘度的風險等級是“1b”，風險類別屬于“I類”，要采用保護措施減輕風險。

5）水分

水分高時，有機熱載體鍋爐壓力將驟然升高，可能會引發爆沸、火災或爆炸事故[16]。

根據表5的傷害程度分級原則，將其劃分為“1-高”。根據表6的傷害發生的可能性類型分類原則，將其劃分為“b-很可能”。水分的風險等級是“1b”，風險類別屬于“I類”，需采取保護措施降低風險。

通過上述分析，在用有機熱載體風險監測指標等級劃分見表14。

表14 在用有機熱載體監測指標風險等級劃分

具有嚴重風險的項目是：閃點（閉口）、殘炭、運動粘度（40℃）、水分。

具有中等風險的項目是：酸值。

6.2 在用有機熱載體風險評價

根據GB 24747—2009《有機熱載體安全技術條件》及表11的質量要求進行評價，見表15～表17。

表15 在用有機熱載體風險評價

表16 在用有機熱載體安全檢查表

表17 在用有機熱載體風險量化結果

某在用有機熱載體監測指標數據見表18。

表18 某一在用有機熱載體監測結果

依據表17和表18可得到在用有機熱載體的風險值為4．5，屬于嚴重危險情況，需立即采取整改措施。

根據監測項目和結果對在用有機熱載體的風險等級進行評價，部分評價結論見表19。

6.3 在用有機熱載體風險

在用油品的風險監測，對39個使用單位采集了66個樣品。主要危害來源為酸值、殘炭、水分等指標處于警告值或停止使用指標。風險評價結果如下：

1）閃點（閉口）

中等風險的2個，占監測樣品總數的3．03%；低風險的1個，占監測樣品總數的1．52%。

2）運動粘度

低風險的1個，占監測樣品總數的1．52%。

3）殘炭

中等風險的4個，占監測樣品總數的6．06%；低風險的1個，占監測樣品總數的1．52%。

4）酸值

低風險的9個，占監測樣品總數的13．64%。

5）水分

嚴重風險的1個，占監測樣品總數的1．52%；低風險的1個，占監測樣品總數的1．52%。

表19 在用有機熱載體風險等級評價表（部分）

由此可見，在有機熱載體鍋爐日常運行中必須加強在用油品的使用監測。

能夠發現較嚴重的問題，說明在用有機熱載體的使用存在著較高的風險，建議加大在用機熱載體風險監測比例，以有效地控制風險。

對中等風險的在用有機熱載體，必須加強日常監測工作，使用單位必須進行再生處理提高有機熱載體的性能；對嚴重風險的在用有機熱載體，使用單位應停止使用，并更換有機熱載體，督促、落實使用單位立刻對存在的問題進行整改。

7 結論

本文應用RBI技術全面研究有機熱載體鍋爐運行安全隱患的各種相關因素，對有機熱載體鍋爐和系統進行風險評價分析。

鑒于有機熱載體在鍋爐運行中擔任重要角色，根據有機熱載體的物理特性、化學特性、劣化原因和危害機理，研究在用有機熱載體監測指標的變化關系，對在用有機熱載體的運動粘度、閃點、殘炭、酸值、水分等風險監測指標進行風險監測、風險評價分析，為有機熱載體鍋爐安全經濟運行提供可靠的理論依據。

通過對有機熱載體鍋爐的科學、準確的風險評價，能夠事先找出有機熱載體鍋爐存在的事故隱患和危險因素，制定行之有效的針對措施，提高有機熱載體鍋爐系統運行管理水平，預防、遏制有機熱載體鍋爐安全事故發生，為有機熱載體鍋爐的安全經濟運行保駕護航。

[1] SY/T 6653—2013 基于風險的檢查（RBI）推薦作法［S]．

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The Application of RBI Technology in Organic Heat Transfer Fluids Boilers

Zhanye Yusheng1、2Yao Ligang1
(1. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University Fuzhou 350108) (2. Xiamen Special Equipment Inspection Institute Xiamen 361004)

The organic heat transfer fuids boiler risk assessment method based on the theory of risk-based inspection (RBI) by taking full account of the factors that affect the organic heat transfer fuids boiler safe operation was studied. According to the physical and chemical characteristics of organic heat transfer fuids, deterioration reason and harm mechanism, this paper studied the relationship among indicators of organic heat transfer fuids, monitored and assessed the risk of organic heat transfer fuids, provided a reliable theoretical basis for safety and economical operation of organic heat transfer fuids boiler.

Organic heat transfer fuids boiler Risk assessment method Risk-based Inspection (RBI)

X933．2

B

1673-257X(2016)12-0027-09

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．12．006

詹葉玉生(1965～)，男，碩士，科長，高級工程師，從事承壓類特種設備檢驗檢測及研究工作。

2016-05-11）