浅析有机热载体的劣化表现及预防

浅析有机热载体的劣化表现及预防

王超宇 徐田启 雷元

包头市特种设备检验所 内蒙古包头 014030

摘要：随着经济的发展，有机热载体炉在小型食品生产、板材加工等行业被越来越广泛地使用。有机热载体在生产运行时容易发生裂解、聚合、高温氧化等，使有机热载体的酸值、运动粘度、残炭等指标上升很快，影响其使用寿命，容易造成使用设备的受热面结焦、积碳，严重时可能会堵塞管道，增加流动阻力，降低传热效果，浪费燃料，引起受热面管超温而损坏，更甚者引起火灾、爆炸等生产安全事故，严重影响有机热载体的安全、经济、节能运行。随着有机热载体应用领域的不断扩展，其劣化危害问题也日益突出起来，对有机热载体在高温运行中劣化表现的分析及预防具有重大的意义。本文就有机热载体的劣化表现及预防 展开探讨。

关键词：有机热载体；劣化；有机热载体系统；预防

引言

有机热载体锅炉的主要燃料是电、油、气体、煤等，它的介质是导热油，然后利用循环油泵，使导热油发生液相（气相）循环，循环之后，将产生的热能传递给用热设备，再返回到有机热载体锅炉中重新加热。有机热载体锅炉系统有非常多的特点，包括能提供300℃左右的温度、较低的压力、安全可靠、节约能源、快速高效。

1有机热载体劣化机理及类型

氧化劣化。有机热载体氧化劣化是其最常见的劣化方式之一，当其与大气中的氧气接触时，易氧化成有机酸物质，并促进聚合反应的发生，随着系统中运行温度的升高，加快其氧化速率，导致有机热载体运动粘度的增加，同时产生的有机酸产物对加热设备具有一定的腐蚀性，可能导致使用设备的损坏失效，影响设备的安全运行。（二）热劣化有机热载体在长期高温运行过程中，分子中碳链会发生断裂，化合物分解为气体、低分子化合物以及自由基，与其他分子发生聚合而生成高沸物，使其颜色逐渐变深，同时其裂解或聚合产物的热稳定性、导热性、运动粘度、酸值、残炭、闪点、馏分等性能发生了变化，从而影响有机热载体的综合使用性能。（1）低分子产物的影响。有机热载体热裂解产生的低分子物质可能含甲烷、乙烷、氢气等气体，随着裂解产物的增加，会引起系统内压力上升，可能导致有机热载体循环泵的气蚀，特别是气相有机热载体系统，系统压力的上升则影响有机热载体的进口、出口温度的稳定性，给生产加工工艺程序带来一定的影响。（2）高分子产物的影响。有机热载体热劣化产生的高分子物质主要是饱和烃、不饱和烃等结构复杂的聚合物基环状化合物，随着聚合产物的不断增加，聚合物从原来的有机热载体中游离出来，容易聚集在流速低的受热面管壁的边界区域沉积起来，形成碳含量较高的产物，造成管道有机热载体流动不畅或堵塞（＜5m/s），影响有机热载体的传热效率，从而导致受热面超温爆管，同时可能造成有机热载体运动粘度上升，增加循环泵的运行负荷，使有机热载体系统中介质流速降低，导致系统超温过热，加速有机热载体劣化，缩短有机热载体使用寿命。（三）混入异物的劣化。在有机热载体系统正常运行过程中，有机热载体中混入异物可能催化其发生裂解及聚合反应，也可能直接与其发生化学反应生成其他产物，在系统中发生沉积，堵塞管道，同时在高温下可能造成运行压力失稳，影响其系统安全稳定运行，甚至发生严重事故，造成重大的经济损失。

2有机热载体锅炉系统故障产生原因分析

2.1有机热载体变质

有机热载体的氧化稳定性与热稳定性在一定程度上为有机热载体锅炉系统的正常运行提供了保障。在有机热载体锅炉系统运行过程中，燃料、机体等会发生热裂解和氧化反应。在强制导热油发生液相循环时，这个过程中有机热载体最容易变质，严重者有机热载体锅炉系统在使用一年左右就会老化。使经济效益受大极大的威胁，同时使有机热载体锅炉的受热面所承受的热量过高，导致爆管现象的出现，进而发生重大火灾事故。

2.2氧化变质

有机热载体氧化是一个复杂的化学过程，当其与空气中的氧接触时会发生不同程度的氧化反应。所以，对于开式系统的有机热载体锅炉系统，其有机热载体在进行型式试验时，须进行热氧化安定性的试验，是影响其使用寿命的重要指标之一，则无热氧化安定性试验的有机热载体不得用于有机热载体锅炉开式系统。有机热载体在高温运行条件下与空气接触会造成快速及严重的氧化变质，引起有机热载体锅炉系统事故的发生和有机热载体使用周期变短，故为了有机热载体锅炉系统安全经济运行，应尽量避免有机热载体与空气（或氧）接触。

2.3导热油使用时间过长

在有机热载体锅炉系统运行过程中，由于各种化学反应发生的比较频繁，使得导热油很容易变质，导热油变质的主要原因有两点，其一是系统中某一片区域过热而发生的热裂解反应；其二是氧化反应。导热油使用时间过长，由于受热裂解反应和氧化反应的影响，会使导热油粘度增大、颜色变深，同时会结焦老化。这种情况下有机热载体锅炉系统中的管内径会缩小，直接影响了导热油的流量，大大降低了锅炉的传热量。

3有机热载体锅炉系统改进措施

3.1强化设备安装质量

和一般锅炉相比，有机热载体类型的锅炉的安装工艺也较为复杂，需要组件连接、电子信号联通、设备调试等环节操作，要能从多方面对设备生产细节进行质量把控。在开展有机热载体类型的锅炉安装操作的时候，要能注意锅炉设备的特点，对锅炉安装、操作者进行详细的培训，使安装操作具有良好的规范性，避免由于安装阶段的问题影响锅炉设备运行阶段的质量。

3.2避免导热油变质

引起有机热载体锅炉系统正常运行的主要因素就是导热油变质问题，导热油变质会直接影响有机热载体锅炉系统中导热油的流量，从而使有机热载体锅炉系统产生故障。因此，想要改进有机热载体锅炉系统，那么必须要避免导热油变质。例如：在中国化工集团公司中，为了提高有机热载体锅炉系统的工作效率，公司对有机热载体锅炉系统中的导热油变质问题进行改善。具体措施为：第一，保证导热油的质量。公司明确规定，在购买导热油时，严禁购买酸值、粘度、闪电严重超标的导热油。第二，控制导热油的流量。在有机热载体锅炉系统正常运行过程中，导热油的流量应该是趋于稳定的。工作人员将循环油泵中导热油的流量与锅炉系统中的扬程作对比，以此来控制导热油的流量。第三，限制系统中导热油的温度。在开始点火时，工作人员根据导热油的粘度、油温油膜等将导热油的升温速度控制在40～50℃/h以下，这样可以将有机热载体锅炉系统中的热负荷集中起来。

3.3有效的过滤装置

有机热载体在注入系统中，应通过过滤装置清理出杂质，防止其堵塞管道系统。在有机热载体系统安装过程中，循环泵进口前应加装过滤装置，可以有效地清除系统在运行过程中产生的杂质，保证有机热载体系统安全高效运行。

3.4强化有机热载体类型锅炉的使用管理

为了保证有机热载体类型的锅炉有稳定的运行质量，在开展全面检验工作的同时还要能做好设备运行管理工作，进一步降低设备运行管理阶段当中发生故障的几率，高效且规范的管理制度及操作方案是必不可少的。在平时的管理工作中要能注意到设备的特点以及运行模式，通过切合实际的管理工作让有机热载体类型的锅炉能一直处在最佳的运行状态。同时也要能了解设备运行可能出现的突发故障问题，从而在故障发生的时候能做好应对工作。

结语

有机热载体在高温状态下长期使用，必然将会发生劣化。在有机热载体使用过程中，应选择合格的、优良的有机热载体，避免其氧化、超温，选择适当的流速，对有机热载体锅炉和有机热载体进行定期检验，应规范加热系统的日常操作程序，加强有机热载体锅炉的管理工作，并对锅炉操作人员做到持证上岗，加强安全培训工作，对预防有机热载体劣化具有重要意义。

参考文献

[1]赵淑珍.有机热载体炉常见事故分析及预防措施[J].装备制造技术,2016(10):201-203.

[2]赵钦新.有机热载体技术及其进展[J].工业锅炉,2017(1):24-30.

[3]有机热载体锅炉安全技术监察规程