有機熱載體爐積碳檢測技術及安全評價研究.pdf

1、從國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局近五年的特種設備事故情況通報可知，盡管每年的萬臺設備事故率有所下降，但是在鍋爐臺數(shù)有所減少的情況下鍋爐事故例數(shù)仍高居不下。對事故通報原因進一步分析得知:中小工業(yè)鍋爐中有機熱載體爐的火災事故一直高發(fā)。
　　為解決有機熱載體爐積碳和火災事故，本論文依托質檢公益性行業(yè)科研專項(201210080)“有機熱載體爐安全評定及積碳在線檢測關鍵技術研究”和質檢總局科技計劃類項目(2013QK212)“導熱油爐基于FLU

2、ENT的流場數(shù)學建模和仿真研究”這兩個國家質檢總局項目，在系統(tǒng)而全面地檢索及深入分析以前的學者已經(jīng)取得系列研究成果的基礎上，采取理論分析、試驗模擬仿真與實際檢測應用三者相結合的研究方法，針對有機熱載體爐積碳檢測、介質FLUENT流場分布和安全評價三方面進行了深入研究，取得的主要創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)統(tǒng)計分析了國內近十年有機熱載體爐火災事故以及有機熱載體爐積碳檢測控制技術的相關論文，闡述了有機熱載體爐火災事故的主要形成原因，并

3、指出有機熱載體爐積碳層是導致有機熱載體爐火災的關鍵因素。
　　(2)根據(jù)有機熱載體介質的物理化學性質和有機熱載體爐系統(tǒng)的特殊性，分析了有機熱載體積碳形成機理和有機熱載體爐運行機理，并提出一種基于超聲導波的積碳層厚度檢測方法。
　　(3)計組裝了一套有機熱載體爐積碳檢測系統(tǒng)，試驗研究了超聲導波的截止頻率、躍遷頻率和群速度這3個表征參數(shù)與積碳層厚度變化的關系。結果表明:可用超聲導波的群速度與積碳層厚度變化的單調性規(guī)律來檢測積碳層

4、的厚度，并通過空管中的群速度頻散曲線的擬合試驗進一步論證該檢測方法的可行性。
　　(4)為識別積碳檢測中超聲導波的模態(tài)類別，故利用時頻分析對爐管中多個模態(tài)進行比較分析，并結合時頻分析的主要能量分布圖與數(shù)值模擬的頻散曲線中L(0，2)模態(tài)走勢的擬合，推斷出的主要波形模態(tài)為L(0，2)模態(tài)，通過時差法計算群速度和實驗群速度的的相對誤差僅為1.88％～3.48％。
　　(5)通過模擬附著物超聲導波積碳檢測試驗得到:信號為5周期，頻

5、率為500kHz，峰峰值為200mV，激勵出的L(0，2)模態(tài)波的群速度檢測盲區(qū)為探頭布置間距小于350mm，有機熱載體爐管中積碳層超聲導波檢測探頭布置最佳檢測距離為40cm。從信號的信噪比、時域和頻域特征驗證了檢測的最佳周期為5周期;可用環(huán)氧樹脂添加碳氫化合物和模擬積碳層，并成功激勵出了L(0，2)模態(tài)。當探頭間距40cm，檢測周期取5周期時，用試驗論證了L(0，2)模態(tài)在積碳管中的群速度較空管中的群速度減小7.65％，進一步論證了可

6、用空管和積碳管群速度的變化關系來檢測有機熱載體爐管道中的積碳層。
　　(6)將人機工程學原理運用到有機熱載體爐運行風險評價中，得出運行中人機環(huán)境指標的權重分別為:1.830、1.293、1.749，比較得出人和環(huán)境這兩個指標比有機熱載體爐設備本體的權重大0.5左右。這表明有機熱載體爐運行風險需要更多關注人員素質和環(huán)境管理。然后通過國內外有機熱載體爐火災事故統(tǒng)計調查，運用魚刺因果分析法定性地分析了事故原因，再結合事故樹分析和事件樹分

7、析方法，找到引發(fā)火災事故的基本因素、關鍵因素（如:有機熱載體泄漏）及其重要度和關鍵概率度。
　　(7)運用FLUENT對盤管式有機熱載體爐的盤管不同流速和不同積碳層厚度情況下進行模擬研究并發(fā)現(xiàn):當無積碳層時，盤管內有機熱載體流速分布靠管壁兩側的有機熱載體流速較慢，尤其是輻射管壁側更為明顯;有機熱載體管內流速從管壁往管子中心逐漸增大，輻射段因為有輻射熱側的紊流層比保溫側的紊流層區(qū)域更大;靠近輻射管壁，層流與紊流交界處，有機熱載體介質