《锅炉安全技术监察规程》第十一章.docx
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《锅炉安全技术监察规程》第十一章
有机热载体heattransferfluids
有机热载体是作为传热介质使用的有机物质的统称。
注：
有机热载体包括被称为热传导液（heattransferfluids）,导热油（hotoils）,有机传热介质（organicheattransfercarriers）、热媒（heatingmedia）等用于间接传热目的的所有有机介质。
根据化学组成可分类为合成型有机热载体和矿物油型有机热载体；根据沸程可分类为气相有机热载体和液相有机热载体。
未使用有机热载体unusedheattransferfluids
尚未注入传热系统使用的有机热载体。
其中不包括以回收处理油生产的产品。
合成型有机热载体syntheticheattransferfluids
以化学合成工艺生产的，具有一定化学结构和确定的化学名称的产品。
根据最高允许使用温度，合成型有机热载体划分为普通合成型和具有特殊高热稳定性合成型。
矿物油型有机热载体mineralheattransferfluids
以石油为原料，经蒸馏和精制（包括溶剂精制和加氢精制）工艺得到的适当馏分生产的产品。
其主要组分为烃类的混合物。
气相有机热载体vapourphaseheattransferfluids
具有沸点或共沸点的合成型有机热载体可以在气相条件下使用，被称为气相有机热载体。
气相有机热载体可以通过加压的方式在液相使用，因此又称为气相／液相有机热载体。
液相有机热载体liquidphaseheattransferfluids
具有一定馏程范围的合成型有机热载体和矿物油型有机热载体只能在液相条件下使用，被称为液相有机热载体。
热稳定性thermalstability
有机热载体在高温下抵抗化学分解的能力。
注：
随着温度的升高，有机热载体将发生化学反应或分子重排，所生成的气相分解产物、低沸物、高沸物和不能蒸发的产物将影响有机热载体的使用性能。
最高允许使用温度maximumpermittedbulktemperature
通过GB/T23800试验测定，被测有机热载体的变质率不超过10％（质量分数）条件下的最高试验温度。
最高工作温度maximumworkingtemperature
在传热系统运行条件下，锅炉出口处测得的有机热载体平均主流体温度为工作温度；锅炉出口处允许的有机热载体最高主流体温度为最高工作温度。
最高允许液膜温度maximumpermittedfilmtemperature
液膜温度是指锅炉受热面上的有机热载体温度，即与炉管壁接触的有机热载体边界层内的温度；最高允许液膜温度是边界层内有机热载体的最高允许温度，该温度是传热系统内任何一处的有机热载体都不应超过的温度。
闭式传热系统closedheatingsystem
膨胀罐与大气隔离的有机热载体传热系统。
闭式系统通常采用惰性气体或冷油液封装置与大气隔离。
开式传热系统openingheatingsystem
膨胀罐与大气相通的有机热载体传热系统。
气相分解产物gaseousdecompositionproducts
采用GB/T23800方法进行热稳定性试验，通过称量的方法测得加热后试样常压下其沸点在室温以下的物质，如氢气和甲烷。
低沸物low-boilingcomponents
采用GB/T23800方法进行热稳定性试验，通过模拟蒸馏方法99得加热后试样的沸程在未使用有
机热载体初馏点以下的物质。
3.15
高沸物high-boilingcomponents
采用GB/T23800方法进行热稳定性试验，通过模拟蒸馏方法测得加热后试样的沸程在未使用有机热载体终馏点以上的物质。
不能蒸发的产物nonvolatiledecompositionproducts
采用GB/T23800方法进行热稳定性试验，不能通过模拟蒸馏方法分离出来的物质，它是球管蒸馏器在一定条件下定量测定出的残渣。
第十一章有机热载体锅炉及系统
一、本章结构及主要变化
本章共有5节，由“11.1有机热载体”、“11.2锅炉”、“11.3安全附件和仪表”、“11.4辅助设备及系统”、“11.5使用管理”组成。
本章的主要变化为：
●增加和修改了关于有机热载体产品质量、型式试验的要求，以及选择和使用条件的规定；
●增加了有机热载体锅炉的最高允许液膜温度规定及计算；
●增加了有机热载体系统设计型式的规定；
●增加了对有机热载体循环泵结构型式和冷却方式，以及供电保障条件的要求；
●增加了在系统运行条件下向系统内补充有机热载体的有关技术要求。
二、条款说明与解释
11.1有机热载体
11.1.1最高允许使用温度和产品型式试验
有机热载体产品的最高允许使用温度应当依据其热稳定性确定，其热稳定性应当按照GB/T23800《有机热载体热稳定性测定法》规定的方法测定。
有机热载体产品质量应当符合GB23971《有机热载体》的规定，并且通过产品型式试验，型式试验按照《锅炉水（介）质处理监督管理规则》（TSGG5001）的要求进行。
●条款说明：
新增条款。
●条款解释：
本条款是对有机热载体产品热稳定性测定及其最高允许使用温度确定和产品质量要求的规定。
热稳定性是有机热载体在高温条件下抵抗化学分解的能力。
有机热载体的热稳定性测定结果是确定其最高允许使用温度的唯一科学依据。
有机热载体在高温条件下长期工作运行，其性能和质量的变化速度和变质率与其热稳定性及最高工作温度直接相关。
有机热载体的最高工作温度是在其最高允许使用温度基础上确定的，故该温度应受到相关安全条件的限制（见释图11-1）
释图11-1有机热载体使用温度与其变质率的关系
GB/T23800《有机热载体热稳定性测定法》是2009年由国家质检总局发布的关于有机热载体产品热稳定性测定方法的中华人民共和国技术标准。
该标准的内容主要涉及未使用过的有机热载体产品热稳定性测定的试验方法及要求，该标准等效采用德国工业标准DIN51528“HEATTRANSFERFLUIDS-DETERMINATIONOFTHERMALSTABILITY”。
有机热载体与水作为传热介质在锅炉中使用时，二者之间在化学及物理性质、工作特性、安全特性和操作条件方面存在差异，这些差异以及所选用有机热载体的特性参数和质量对于锅炉及系统的设计、制造、安装和安全使用至关重要，是工程设计的安全技术基础依据和系统操作的安全运行基本条件。
根据锅炉用有机热载体产品的特性和质量与安全运行之间的关系，本条款明确该类产品的特性和质量是通过对产品进行型式试验的方式进行评价，其中产品的温度特性，即产品最高允许使用温度，应当通过有机热载体热稳定性测定法进行确定。
产品特性和质量应当符合GB23971《有机热载体》的具体规定。
GB23971《有机热载体》是2009年由国家质检总局发布的有关有机热载体产品质量的中华人民共和国强制性枝术标准。
该标准的内容主要涉及未使用过的有机热载体产品的质量指标及其试验方法，和要求采用有机热载体产品型式试验的方法对其产品特性和质量进行评价。
该标准修改采用德国工业标准DIN51522“HEATTRANSFERFLUIDS-REQIARE-MENTSANDTESTING”。
本条款还明确了有机热载体产品型式试验的监督管理规则。
目前，中国锅炉水处理协会已对国内外主要有机热载体产品进行了型式试验。
11.1.2选择和使用条件
有机热载体产品的选择和使用应当符合GB24747《有机热载体安全技术条件》的规定。
未采取有效和可靠的防泄漏安全措施时，有机热载体不应当直接用于加热或者冷却具有氧化作用的化学品。
在用有机热载体每年至少取样检验一次。
●条款说明：
修改条款。
原条款：
《有机规》第31条。
《有机规》第31条使用中的有机热载体每年应对其残碳、酸值、粘度、闪点进行分析，当有两项分析不合格或热载体分解成份的含量超过10%时，应更换热载体或对热载体进行再生。
●条款解释：
本条款规定了正确选择和安全使用有机热载体产品的条件。
对有机热载体的选择和使用的原则进行了修订，引入了GB21747《有机热载体安全技术条件》，同时要求在用有机热载体每年至少取样检验一次。
不同化学性质的有机热载体具有不同的热稳定性和物理性质，不同的工艺和设备及系统具有不同的设计及操作条件和要求，正确地选择有机热栽体即是实现工艺目的和在安全、经济、节能及环保的基础上维持设备和系统长期稳定运行的前提条件。
同时，本条款对有机热载体加热技术应用的安全适用条件做出了规定。
有机热载体为碳氢化合物，属于可燃或易燃物质，当其作为传热介质用于加热或冷却具有氧化作用的工艺介质时，在设备内部发生泄漏的情况下，可能会导致设备内部发生燃烧或爆炸，除非已经采取了有效和可靠的防泄漏安全措施，在正常情况下不宜采用有机热载体作为传热介质直接通过换热设备对具有氧化作用的化学品进行加热或冷却。
闭口闪点低于60℃的有机热载体只能在按照易燃危险品条件设计的系统内使用。
在高温工作条件下，有机热载体在使用过程中因不同原因的影响会导致其品质发生变
化。
当系统内有机热载体的变质物累积到一定数量，或变质物对在用有机热载体质量影响达到一定程度，继续使用就会致使传热恶化，引发设备和系统的安全事故。
本条款明确在用有机热载体应当定期取样检验，其质量指标和使用条件应当并合GB24747《有机热载体安全枝术条件》的具体规定。
该标准对在用有机热载体的质量问题处置原则、变质油品的更换和回收处理要求及条件也做出了相关规定。
GB24747《有机热载体安全技术条件》是2009年由国家质检总局颁布的关于有机热载体安全使用要求方面的中华人民共和国强制性技术标准，该标准的内容主要步及未使用的有机热载体产品的质量监督管理、在用有机热载体的质量指标及其试验方法，和有机热载体质量安全问题的处置规定。
该标准修改未用德国工业标准DIN51529“HEATTRANSFERFLUIDSINUSE-TESTINGANDEVALUATION”。
11.1.3不同有机热载体的混合使用
不同化学组成的气相有机热载体不应当混合使用，气相有机热载体不应当与液相有机热载体混合使用，合成型液相有机热载体不宜与矿物型有机热载体混合使用。
●条款说明：
修改条款。
原条款：
《有机规》第30条
《有机规》第30条有机热载体必须经过脱水后方可使用。
不同的有机热载体不宜混合使用。
需要混合使用时，混合前应由有机热载体生产单位提供混用条件和要求。
●条款解释：
本条款规定了几种不允许混用的情况。
是对《有机规》原有条款的规定加以修改，并对所限制条件予以明确。
修改理由如下：
具有沸点或共沸点的合成型有机热载体可以在气相条件下使用，被称为气相有机热载体。
具有一定馏程范围的合成型有机热载体和矿物型有机热载体只能在液相条件下使用，被称为液相有机热载体。
不同化学组成的气相有机热载体各自具有不同的沸点或共沸点将不同化学组成的有机热载体混用，会使混合后的有机热载体蒸发条件发生改变，可能导致锅炉无法正常操作，或造成混合前后的有机热载体的蒸气饱和温度与其饱和压力不一致，甚至会发生锅炉及系统操作安全问题
气相有机热载体和液相有机热载体在化学和物理性质上有明显的差别，尤其是在可蒸发性、饱和温度和饱和压力方面。
为此，使用不同类别的有机热载体，其设备和系统设计条件是不同的，其操作条件也是不同的。
气相有机热载体与液相有机热载体混用，对于气相有机热载体系统而言，可能会造成混合前后有机热载体蒸气的饱和温度与其饱和压力的不一致，对于液相有机热载体系统而言，则会造成系统内蒸气压过高。
这两种情况都会引发锅炉及系统的操作安全问题
以石油基矿物型基础油为原料生产的有机热载体被称为矿物型有机热载体。
由化学合成工艺制成的物质或其衍生物生产的有机热载体被称为合成型有机热载体。
矿物型和合成型有机热载体属于两类不同化学性质的有机热载体。
在二者混用的条件下存在技术和经济两个方面的问题。
从技术方面说，首先需要明确被混用的有机热载体在高温条件下是否会发生化学反应或物性参数变化导致锅炉运行条件与设计条件不符。
此外，由于矿物型有机热载体组分混杂，在使用混合后的在用有机热载体过程中，无法通过现有质量检验手段及评价标准，有效监测其化学组分或某一个特定物性参数的变化程度，难以正确评定其品质变化的状况。
从经济方面说，矿物型有机热载体因其组分混杂而不适宜通过回收处理方法改善在用油品的品质，而合成型有机热载体具有明确的化学组
分和一致的物理性质，故对大多数发生质量变化的合成型在用有机热载体，一般适合利用简单的处理方法进行回收处理，以达到有效改善其品质，提高其使用安全性和延长其使用寿命的目的，同时也增加了合成型有机热载体的使用经济性。
但二者混合后将会使合成型有机热载体完全失去回收处理的可能性，故而会造成经济损失和资源浪费。
11.1.4最高工作温度
有机热载体的最高下作温度不应当高于其自燃点温度，并且至少低于其最高允许使用温度10℃。
燃煤锅炉或者炉膛辐射受热面平均热流密度大于0.05MW/m2的锅炉，有机热载体的最高工作温度应当低于其最高允许使用温度20℃。
●条款说明：
修改条款。
原条款：
《有机规》第12条。
《有机规》第12条有机热载体炉设计和运行时，有机热载体炉出口处有机热载体的温度不得超过有机热载体最高使用温度。
●条款解释：
本条款明确了有机热载体最高工作温度与其自燃点之间的关系，同时也规定了在有机热载体的最高允许使用温度和最高工作温度之间，应当保留一个适当的温度安全裕量。
本条款前半部分为新增条款，后半部分为修改条款。
有机热载体的最高工作温度与其自燃点之间的温差与系统的操作安全性直接相关。
如果有机热载体的工作温度高于其自燃点，在系统运行中发生泄漏的时候，泄漏出来的有机热载体容易发生自燃并可能引发火灾。
反之，则能降低有机热载体泄漏后引发火灾的可能性。
有机热载体的最高允许使用温度是为了测定其热稳定性，在试验条件下确定的最高测试温度，而最高工作温度是其在实际使用中可能发生的真实操作温度。
根据最高工作温度正确选择有机热载体，是保证锅炉及系统设计可靠性和运行安全性的基础，也是影响有机热载体使用寿命的关键条件。
在实际生产操作中，由于工艺和操作条件的变化，或者在设计、制造及安装方面存在的缺陷，都能够使有机热载体的工作温度发生改变甚至造成其过热超温，故选择有机热载体时应当对其预留适当的温度安全裕量。
有机热载体的最高工作温度应当低于其最高允许使用温度，二者之间的温差即为有机热载体的温度安全裕量。
有机热载体的热稳定性试验数据证明，其工作温度每上升10℃，由于热裂解原因造成的有机热载体变质率会在其原有变质率的基础上增加1倍。
为此，对于已确定热稳定性的有机热载体，当其在不同热流密度的传热条件下工作时，应当根据所承受最大热流密度的情况，时有机热载体的最高工作温度预留不等量的温度安全裕量，以确保其在长期高温工作条件下的安全性。
根据良好的工程经验，在辐射受热面平均热流密度低于0.05MW/m2的情况下，将有机热载体的温度安全裕量确定在10℃以上是相对安全的，而且是合理和经济的。
对于燃煤锅炉及炉膛辐射受热面平均热流密度大于0.05MW/m2的情况．由于燃料的燃烧特点及锅炉结构布置的限制，使得炉膛辐射受热面的热偏差较大，造成锅炉内有机热载体温度分布不均匀，因而此类锅炉的有机热载体的温度安全裕量应当增加至20℃以上。
与此同时，还应当校核该条件下锅炉最高计算液膜温度能否满足不高于所选用有机热裁体最高允许液膜温度的限制条件。
11.1.5最高允许液膜温度
有机热载体的最高允许使用温度小于或者等于320℃时，其最高允许液膜温度应当不高于最高允许使用温度加20℃。
有机热载体的最高允许使用温度高于320℃时，其最高允许液膜温度应当不高于最高允许使用温度加30℃。
●
条款说明：
新增条款。
●条款解释：
本条款规定了有机热载体最高允许液膜温度和最高允许使用温度之间的关系，明确了确定最高允许液膜温度的限制条件。
依据传热学和流体力学理论，流体在对流换热过程中与金属表面摩擦会存在传热流体的边界层。
边界层内存在一个温度梯度，边界层内紧贴金属表面的流体流速最低，温度最高，其温度称为液膜温度，传热介质的液膜温度高于主流体温度（见释图11-2）。
如果液膜温度过高，对于有机热载体而言，边界层内有机热载体的热裂解率就会过高；对于锅炉而言，炉管受热面就会因有机热载体裂解后结焦导致金属过热。
因而在锅炉设计中，应确定并计算出最高液膜温度产生的地方和数值，其中边界层中最高液膜温度将存在于受热面上热流密度最大处或传热介质流动中雷诺数（Re）最小处，雷诺数与几何尺寸、流体流速等有关。
为了将锅炉受热面上有机热载体边界层内的最高温度控制在一个相对安全并且使其变质率处于可以被接受的条件下，就需要对有机热载体的最高允许液膜温度进行确定。
释图11-2炉管及管内有机热载体温度分布图
注：
图中符号可参见本书的附件二“火焰直接加热有机热载体锅炉最高液膜温度计算方法”中的符号定义。
最高允许液膜温度高于有机热载体的最高允许使用温度，在此温度条件下有机热载体承受最大的热应力作用并存在一个极高的变质率，是极少量的有机热载体被允许在短时间内承受的最高温度。
故该温度是一个与有机热载体选择合理性和锅炉设计安全性相关的重要限制温度，也是锅炉内任何一处有机热栽体都不允许超过的极限温度。
为了避免锅炉运行中出现超出所选用有机热载体最高允许液膜温度的情况，在锅炉设计中应当采用所选用有机热载体的热物性参数进行热力计算，并保证在设计条件下，该锅炉内的最大热流密度处以及Re数最小处的计算液膜温度不应大于该有机热载体的最高允许液膜
温度。
有机热载体的最高允许使用温度是通过其热稳定性试验确定的，但其最高允许液膜温度目前尚不能直接通过试验的方法确定。
通常是根据有机热载体的化学性质和热稳定性条件所确定的。
依据GB23971《有机热载体》和GB23800《有机热载体热稳定性测定法》中对不同类型有机热载体热稳定性测定的有关规定，时于最高允许使用温度为330℃及以上的有机热载体（L-QD类型），其热稳定性测定试验要求的样品受热试验时间为1000小时；对于最高允许使用温度为320℃及以下的有机热载体（L-QB和L-QC类型），其热稳定性测定试验要求的样品受热试验时间为720小时，即不同类别的有机热载体在热稳定性试验中被要求的受热时间相差280小时。
尽管二者受热试验的时间不同，但根据该标准的规定，对于上述不同类别有机热载体的热稳定性评定条件是完全相同的，即按照其变质率不大于10％的指标进行评定。
从试验条件和结果分析，在热稳定性试验中有机热载体受热的温度越高和受热的时间越长，被测试样品的变质率会越大，而在其变质率相同的条件下，能够承受更高温度或更长加热时间的有机热载体会具有更高的热稳定性。
在二者的试验温度相差10℃以上的情况下，L-QD类有机热载体的受热试验时间还要比L-QB和L-QC增加了280小时，在此条件下，对二者进行比较，可以看出L-QD类的热稳定性是明显高于L-QB和L-QC类，故其最高允许液膜温度也应该是高于后者的。
此外，通过对国外主要有机热载体品牌中上百个产品的最高允许液膜温度数据统计，经分类整理所得数据具有一定的规律性，即约80％以上的矿物型有机热载体产品具有高于其最高允许使用温度20℃的最高允许液膜温度，这些产品的最高允许使用温度一般不超过300℃。
此外，约有70％以上的合成型有机热载体产品具有高于其最高允许使用温度30℃的最高允许液膜温度。
这些产品的最高允许使用温度一般超过320℃。
依据上述国外产品最高允许液膜温度统计数据的规律，并对国内市场上有机热载体产品状况进行分析，可以确定市场上销售的最高允许使用温度在310℃及以下的产品主要为国产矿物型有机热载体，只有少量合成型产品。
市场上销售的最高允许使用温度在310-320℃之间的产品很少，而且多数为合成型产品。
而市场上销售的最高允许使用温度超过320℃的产品全部为合成型有机热载体，其几乎全部来自国外品牌并已由生产商给定其最高允许液膜温度，所给定的最高允许液膜温度数据符合不超出其最高允许使用温度30℃的规定。
基于对上述两个情况的统计分析结果，做出了本条款之规定。
针对某一种有机热载体产品的最高允许液膜温度，应该由有机热载体生产商根据其产品的化学组成及其热稳定性情况具体确定，但所确定的最高液膜温度应当符合本条款的规定。
11.2锅炉
11.2.1锅炉及其附属容器的设计压力
（1）锅炉的设计计算压力取锅炉的额定工作压力加0.3MPa，并且对于火焰加热的锅炉，其设计计算压力应当不低于1.0MPa；对于电加热及余（废）热锅炉，其设计计算压力应当不低于0.6MPa。
（2）有机热载体系统中的非承压容器的最小设计计算压力应当为0.2MPa，承压容器的设计计算压力至少应当为其额定工作压力加0.2MPa。
●条款说明：
修改条款。
原条款：
《有机规》第5条
《有机规》第5条有机热载体炉的强度应按照《水管锅炉受压元件强度计算》标准、《锅壳式锅炉受压元件强度计算》标准进行计算，其设计计算压力应为工作压力加0.3MPa，且不低于0.59MPa。
●条款解释：
本条款规定了锅炉及系统内其他受压容器和非承压容器设计计算压力的确定条件。
省略锅炉强度计算标准名称，规定不同条件锅炉及容器的设计压力要求，并修改最低设计计算压力值。
德国工业标准DIN4754中条款3.2.1及特别说明规定，“火焰加热的有机热载体锅炉最小设计压力应为1.0MPa；所有其他有机热载体锅炉和容器（包括直接与大气相通的容器）最小设计压力应为0.2MPa，除非系统设计要求更高的工作压力”。
即该标准规定了直接受火加热有机热载体锅炉的最小设计压力不低于1.0MPa，该压力应当由有机热载体锅炉制造商在有机热载体锅炉铭牌上标出。
此外，有机热载体系统中与大气连通的容器，如膨胀罐和储罐，虽不属于压力容器规程适用范围内的压力容器，然而，为确保这些组件的设计合理性和运行时具有足够的安全性，该标准中的特别说明对这些组件的最低设计要求做出了明确规定，即用于有机热载体的非承压容器应当按照压力容器进行设计和制造，此类容器的最小设计压力为0.2MPa。
本条款对《有机规》原有条款做了两点修改。
一是根据DIN4754第3.2.1条，将原规程中的有机热载体锅炉分成两种情况，即火焰加热的锅炉和非火焰加热的锅炉，前者的设计计算压力按照DIN4754规定修改为不低于1.0MPa，后者的设计计算压力仍按照原条款的规定不低于0.6MPa。
二是根据DIN4754的特别说明，规定系统中那些用于容纳有机热载体并不承压的开式容器应当按照承压容器进行设计，其设计计算压力不低于0.2MPa，但其设备铭牌上注明的允许工作压力应当为0MPa或大气压，且其仍应当在非承压条件下使用。
对于系统内的承压容器，虽然其正常情况下的工作压力比较低，但当系统内有机热载体的工作温度或其低沸物的组分及比例发生变化时，会引发系统工作压力的波动。
为此，承压容器的设计应当考虑系统压力波动时产生的影响，其设计计算压力应当不低于其工作压力加0.2MPa。
11.2.2使用气相有机热载体的强制循环液相锅炉工作压力
强制循环液相锅炉使用气相有机热载体时，其工作压力应当高于其最高工作温度加20℃条件下对应的有机热载体饱和压力。
●条款说明：
新增条款。
●条款解释：
本条款规定了使用气相有机热载体的强制循环液相锅炉的工作压力确定条件。
为了防止气相有机热载体在强制循环液相锅炉内气化，应当使锅炉
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