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导热油的结焦
添加时间:2007-10-19 14:20:15
  导热油的结焦
 导热油加热与直接加热和蒸汽加热等传统的加热方式相比,具有节约能耗、加热均匀、控温精度高、操作压力低和安全便利等优点。因此,本世纪80年代以来,我国导热油的研制和应用发展相当迅速,已在化学化工、石油加工、石油化工、化纤、纺织、轻工、建材、冶金、粮油食品加工等行业的多种加热系统中广泛应用。
 
一、结焦的形成
 
    导热油在传热过程中主要发生三种化学反应:热氧化反应、热裂解和热聚合反应。结焦产生于热氧化反应和热聚合反应。
 
    热聚合反应因导热油在加热系统运行过程受热而发生,该反应会生成稠环芳烃、胶质和沥青质等大分子高沸物,其逐渐沉积于加热器和管路表面,形成结焦。
 
    热氧化反应主要因开式加热系统膨胀槽内的导热油接触空气或参与循环而发生,该反应会生成低分子或高分子的醇、醛、酮、酸等酸性组分,并进一步生成胶质、沥青质等粘稠物质,最后形成结焦;热氧化是非正常情况引起的,一旦发生,会加速热裂解和热聚合反应,使粘度迅速增大,传热效率降低,造成过热和炉管结焦。产生的酸性物质还会造成设备腐蚀和泄漏。 
 
二、结焦的危害
 
    导热油在使用过程中产生的结焦会形成隔热层,致使传热系数下降、排烟温度升高、燃料消耗增大;另一方面由于生产工艺所需温度保持不变,加热炉管壁温度会急剧上升,从而引起炉管鼓包、破裂,最终将炉管烧穿,引起加热炉着火、爆炸,造成设备和操作者人身伤害等严重事故。近年来,此类事故屡见不鲜。
 
三、结焦的影响因素
 
(1)导热油质量
    经对以上结焦的形成过程进行分析发现,导热油氧化安定性和热稳定性的高低与结焦速度和数量密不可分。许多着火和爆炸事故是由于导热油的热稳定性和氧化安定性较差,运行过程中引起严重结焦造成的。
 
(2)加热系统的设计及安装
    加热系统设计所提供的各种参数及设备安装是否合理,直接影响导热油的结焦倾向。每台设备安装情况不一样,也会影响导热油的寿命。设备安装必须合理,调试时需及时整改,才有利于导热油的寿命延长。
 
(3)加热系统的日常操作及维护
    不同操作人员因文化程度和技术水平等客观条件不同,即使使用相同的加热设备和导热油,其对加热系统温度和流速等因素的控制水平也不尽相同。
    温度是导热油发生热氧化反应和热聚合反应的重要参数。随着温度的升高,这两种反应的反应速度会急剧增加,结焦倾向也随之增大。
    根据化工原理的有关理论:随着雷诺数的增加,结焦速率减慢。雷诺数与导热油的流速成正比。因此,导热油流速越大,结焦越慢。
 
四、结焦的解决办法
    减缓结焦的形成速度,延长导热油的使用使命,应从以下方面采取措施:
 
(1)选择适宜牌号的导热油,监测其理化指标变化趋势 

    导热油根据最高使用温度划分牌号,其中矿物型导热油主要有L-QB280、L-QB300和L-QC320三个牌号,其最高使用温度分别为280℃、300℃和320℃。 

    应根据加热系统的最高加热温度选择适宜牌号、质量符合SH/T 0677-1999 “热传导液”标准的导热油。目前,一些市售导热油推荐的最高使用温度与实际测定结果出入较大,给用户以误导,安全事故时有发生,应当引起广大用户的注意。

    应选用由优良热稳定性的精制基础油和高温抗氧剂和抗垢添加剂调配的导热油。其中高温抗氧剂可有效延缓导热油运行过程中的氧化变稠;高温抗垢剂可将炉管和管路中的结焦溶解,使其分散在导热油中,最后通过系统的旁路过滤器将其过滤,保持炉管和管路的清洁。

    导热油每使用三个月或半年后,应对其粘度、闪点、酸值和残炭四项指标进行跟踪分析,当其中有两项指标超过规定限值(残炭不大于1.5%、酸值不大于0.5mgKOH/g、闪点变化率不大于20%、粘度变化率不大于15%)时,应考虑添加部分新油或全部换油。
 
(2)加热系统合理的设计及安装
    导热油加热系统的设计及安装应严格执行国家有关部门制定的热油炉设计规程,以保证加热系统的安全运行。
 
(3)规范加热系统的日常操作
导热油加热系统的日常操作应严格执行国家有关部门制定的有机热载体炉安全技术监察规程,随时监测加热系统中导热油的温度和流速等参数的变化趋势。
在实际使用中,加热炉出口处的平均温度应较导热油的最高使用温度至少低20℃。
开式系统的膨胀槽中导热油的温度应低于60℃, 最高温度不要超过180℃。 
导热油在热油炉中流速不应低于2.5米/秒,以增加导热油湍动程度,减少传热边界层中滞流底层厚度和对流传热热阻,提高对流传热系数,达到强化流体传热的目的。
 
(4)加热系统的清洗
热氧化和热聚合产物首先形成聚合的高碳粘稠物,附着于管壁,这类物质可通过化学清洗去除。
高碳粘稠物进一步形成不完全石墨化沉积物,化学清洗只对尚未碳化的部分有效。
完全形成石墨化焦炭。对这类物质化学清洗已不解决问题,国外多采用机械清洗。
在使用中应经常检查,在形成的高碳粘稠物尚未碳化时,用户可购买化学清洗剂进行清洗。
 
五、结论
 
1.导热油在传热过程中产生的结焦来源于热氧化反应和热聚合反应的反应产物。
 
2.导热油的结焦会造成加热系统传热系数下降、排烟温度升高、燃料消耗增大的问题,严重时导致加热炉着火、爆炸和操作者人身伤害等事故的发生。
 
3.为减缓结焦的形成速度,应选择由优良热稳定性的精制基础油和高温抗氧和抗垢添加剂调配的导热油。对于用户来说,应选择最高使用温度经权威部门检测而确定的产品。
 
4. 合理设计及安装加热系统、使用过程中应规范加热系统的日常操作,定期对运行中导热油的粘度、闪点、酸值和残炭等项指标进行检测,观察其变化趋势。
 
5.可采用化学清洗剂清洗加热系统中尚未碳化的结焦。
 
 
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