有機(jī)熱載體爐積碳檢測(cè)技術(shù)及安全評(píng)價(jià)研究.pdf

1、從國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局近五年的特種設(shè)備事故情況通報(bào)可知，盡管每年的萬臺(tái)設(shè)備事故率有所下降，但是在鍋爐臺(tái)數(shù)有所減少的情況下鍋爐事故例數(shù)仍高居不下。對(duì)事故通報(bào)原因進(jìn)一步分析得知:中小工業(yè)鍋爐中有機(jī)熱載體爐的火災(zāi)事故一直高發(fā)。
　　為解決有機(jī)熱載體爐積碳和火災(zāi)事故，本論文依托質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201210080)“有機(jī)熱載體爐安全評(píng)定及積碳在線檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”和質(zhì)檢總局科技計(jì)劃類項(xiàng)目(2013QK212)“導(dǎo)熱油爐基于FLU

2、ENT的流場(chǎng)數(shù)學(xué)建模和仿真研究”這兩個(gè)國(guó)家質(zhì)檢總局項(xiàng)目，在系統(tǒng)而全面地檢索及深入分析以前的學(xué)者已經(jīng)取得系列研究成果的基礎(chǔ)上，采取理論分析、試驗(yàn)?zāi)M仿真與實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用三者相結(jié)合的研究方法，針對(duì)有機(jī)熱載體爐積碳檢測(cè)、介質(zhì)FLUENT流場(chǎng)分布和安全評(píng)價(jià)三方面進(jìn)行了深入研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:
　　(1)統(tǒng)計(jì)分析了國(guó)內(nèi)近十年有機(jī)熱載體爐火災(zāi)事故以及有機(jī)熱載體爐積碳檢測(cè)控制技術(shù)的相關(guān)論文，闡述了有機(jī)熱載體爐火災(zāi)事故的主要形成原因，并

3、指出有機(jī)熱載體爐積碳層是導(dǎo)致有機(jī)熱載體爐火災(zāi)的關(guān)鍵因素。
　　(2)根據(jù)有機(jī)熱載體介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和有機(jī)熱載體爐系統(tǒng)的特殊性，分析了有機(jī)熱載體積碳形成機(jī)理和有機(jī)熱載體爐運(yùn)行機(jī)理，并提出一種基于超聲導(dǎo)波的積碳層厚度檢測(cè)方法。
　　(3)計(jì)組裝了一套有機(jī)熱載體爐積碳檢測(cè)系統(tǒng)，試驗(yàn)研究了超聲導(dǎo)波的截止頻率、躍遷頻率和群速度這3個(gè)表征參數(shù)與積碳層厚度變化的關(guān)系。結(jié)果表明:可用超聲導(dǎo)波的群速度與積碳層厚度變化的單調(diào)性規(guī)律來檢測(cè)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(yàn)進(jìn)一步論證該檢測(cè)方法的可行性。
　　(4)為識(shí)別積碳檢測(cè)中超聲導(dǎo)波的模態(tài)類別，故利用時(shí)頻分析對(duì)爐管中多個(gè)模態(tài)進(jìn)行比較分析，并結(jié)合時(shí)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(shì)的擬合，推斷出的主要波形模態(tài)為L(zhǎng)(0，2)模態(tài)，通過時(shí)差法計(jì)算群速度和實(shí)驗(yàn)群速度的的相對(duì)誤差僅為1.88％～3.48％。
　　(5)通過模擬附著物超聲導(dǎo)波積碳檢測(cè)試驗(yàn)得到:信號(hào)為5周期，頻

5、率為500kHz，峰峰值為200mV，激勵(lì)出的L(0，2)模態(tài)波的群速度檢測(cè)盲區(qū)為探頭布置間距小于350mm，有機(jī)熱載體爐管中積碳層超聲導(dǎo)波檢測(cè)探頭布置最佳檢測(cè)距離為40cm。從信號(hào)的信噪比、時(shí)域和頻域特征驗(yàn)證了檢測(cè)的最佳周期為5周期;可用環(huán)氧樹脂添加碳?xì)浠衔锖湍M積碳層，并成功激勵(lì)出了L(0，2)模態(tài)。當(dāng)探頭間距40cm，檢測(cè)周期取5周期時(shí)，用試驗(yàn)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(jìn)一步論證了可

6、用空管和積碳管群速度的變化關(guān)系來檢測(cè)有機(jī)熱載體爐管道中的積碳層。
　　(6)將人機(jī)工程學(xué)原理運(yùn)用到有機(jī)熱載體爐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，得出運(yùn)行中人機(jī)環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重分別為:1.830、1.293、1.749，比較得出人和環(huán)境這兩個(gè)指標(biāo)比有機(jī)熱載體爐設(shè)備本體的權(quán)重大0.5左右。這表明有機(jī)熱載體爐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)需要更多關(guān)注人員素質(zhì)和環(huán)境管理。然后通過國(guó)內(nèi)外有機(jī)熱載體爐火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)調(diào)查，運(yùn)用魚刺因果分析法定性地分析了事故原因，再結(jié)合事故樹分析和事件樹分

7、析方法，找到引發(fā)火災(zāi)事故的基本因素、關(guān)鍵因素（如:有機(jī)熱載體泄漏）及其重要度和關(guān)鍵概率度。
　　(7)運(yùn)用FLUENT對(duì)盤管式有機(jī)熱載體爐的盤管不同流速和不同積碳層厚度情況下進(jìn)行模擬研究并發(fā)現(xiàn):當(dāng)無積碳層時(shí)，盤管內(nèi)有機(jī)熱載體流速分布靠管壁兩側(cè)的有機(jī)熱載體流速較慢，尤其是輻射管壁側(cè)更為明顯;有機(jī)熱載體管內(nèi)流速?gòu)墓鼙谕茏又行闹饾u增大，輻射段因?yàn)橛休椛錈醾?cè)的紊流層比保溫側(cè)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(jī)熱載體介質(zhì)