有机热载体结焦原因分析及控制措施研究

有机热载体结焦原因分析及控制措施研究

杨玉洁

中石化华中润滑油有限公司，湖北省武汉市，430000

摘要：基于有机热载体结焦的发生、危害及原因分析，对有机热载体结焦的控制措施进行了多方面的叙述。经过反复的实践与研究发现，通过热载体选择、控制运行温度、避免杂质混入、定期监测等多方面控制措施，可以有效控制有机热载体结焦现象的发生。

关键词：有机热载体；结焦原因；控制措施

引言

有机热载体作为液体导热介质具有热效率高、温度精确、节能、加热均匀等优点，因此被越来越广泛地应用于工业导热。因为热载体在加热炉中，会经过较长时间、不间断的升温，热载体非常容易发生热氧化、热聚合甚至结焦的情况，本文针对此情况，对有机热载体的结焦机理以及有机热载体的选择和使用注意事项等问题展开了深入研究。

1 结焦的危害

由于结焦物是非热物料，导热油结焦问题会产生隔热层，从而造成传热系数降低、排烟温度增加、功率提高等问题。据分析人员指出，当导热油结焦厚度大于10mm时，炉管内外部的温度差值将达到300℃，当假设炉管内高温要达到270℃，则炉管外部的加热温度至少要达到570℃。另外，长期的高热会导致炉管的软化，当炉管受内部受到高压的影响时会出现起泡鼓包的情况，或者出现破裂漏气，从而导致各种结构着火、爆裂，容易引起机器故障或操作人员受伤情况的发生。

2 结焦原因分析

2.1导热油质量

有机热载体通常用于生产化学合成产品以及油气加工产品，但是其化学成分会直接反映到其使用的性能，其生产形式大致分为“精制矿物油型”和“合成型”，也就是矿物油型有机热载体和合成型有机热载体。其中，矿物油类有机热载体一般是以石油作为原材料，通过蒸馏等精炼方式得到的馏分制品，以及采用其他工艺方法所生成的副产物等作为主体原料并进行加工制成的制品，其成分主要根据石油原料的自身特点和加工工艺方法进行选择，一般组分主要有链烷烃、环烷烃和芳香烃的混合物等；合成类有机热载体只要依靠化能结合工艺方法所制备的制品，是指带有一些较明确的特征并确定化学名称的产物。研究人员认为，有机热载体氧化安定性和热稳定性的好坏，与结焦的程度密切相关。很多容易起火的爆炸事件，是因为导热油的热稳定性和抗氧化安定性能不佳，使用过程出现结焦问题所导致。另一方面，导热油在高温热油炉内进行传递热量的过程中会形成一些呈现黏糊状态的胶质，如果导热油的品质较好，所形成的胶质就能够浮到油中，在热循环情况下通过滤网把部分胶质过滤出去，但是导热油的品质如果不好，其中的大部分胶质将会被留存下来，并且黏附在炉管的内部，从而会导致严重结焦现象出现。

2.2 超温

有机热载体的使用温度是有限定的，如果应用温度超过了所要求的温度，将会对热载体造成很大的伤害。此外，在向导热油系统输送热能的过程中，当大量的空气进入会出现热积累和降解的情况，从而会形成高沸物和低沸物。但是，高位槽能够使大部分的低沸物进入到大气之中，少量的高沸物又可以溶入导热油之中，一旦导热油的溶解度超过了相应的饱和水平，高沸物就又能附着在管壁内，从而形成热结焦状态。此外，如果没有控制好操作温度，使温高超过设计温度，将会容易引发自催化热分解，最终造成管壁内结焦[1]。

2.3.混入异物的影响

如果工艺物料发生泄漏，并进入到导热油系统，就会造成腐蚀产物的出现并形成铁锈，从而形成结焦。在正常的有机热载体系统运行环境下，如果有机热载体的混入物质可以使其催化或者发生裂解与聚合等反应，以及可以直接与其发生化学反应生成其他产物，将会导致系统中会出现大量的沉积物，从而会将管道堵塞。另外，在高温下还会出现工作电压不稳的现象，会严重影响到系统的正常安全运行，甚至产生严重事故，从而造成重大的经济损失。

3 有机热载体结焦的控制措施

3.1 有机热载体选择

在热载体的选用过程中，需要考虑以下几点：①具备较好的高热传导特性；②具备较高的热稳定性，且应用周期较长；③最高工作温度必须小于最高允许使用温度，热载体的热裂解速率控制在10%/年以内，热毒性和腐蚀程度不要过高；④具备较高的初馏点与闪点，以及较高的化学安全特性。

3.2 有机热载体升温脱水排气

导热油炉的高温脱水排放阶段，属于一个在操作过程中比较关键且风险很大的过程，需要严格控制且多加小心。当高温达到了95～110℃或210～230℃这两个高温范围之后就必须停止高温，并较长时间内始终维持保持这个温度直到“水锤”的响声消失，而在通常情况下，该阶段一般需要48h。但如果导热油高温达到了95℃，管路体系中剩余的水以及导热油中的挥发性率较低的物质，将会出现汽化现象，而空气将会从膨胀管上的放空排气口中逸出。所以，在低温脱水排放阶段中的温度上升速度一般不可以超过5℃/h，一般来说，当导热油升温到了105～130℃左右的排气量最大，此时就需要重点注意膨胀槽上方排气口的排气状况，以及循环水泵和活塞式压力表的运行状况。如果导热油高温为200℃左右时，则需要彻底检查一下系统的整个体系，同时热紧全部螺栓的接头，以防止因为热胀与冷缩比例不均发生燃气泄漏的事故

[2]。在导热油炉点火升温后会挥发出水分，一部分会以蒸汽的形式经膨胀管进入到膨胀槽中，一部分会以空气的方式由放管排除，而剩余的部分会凝结成液态水，最终沉降到槽底部。在升温过程中，需要将膨胀槽下面的排污管道打开，尽量将冷凝水排放出来，当脱水排气过程完成后，按照20℃/h的速率不断升温，当温度上升210℃后，需要及时停止升温，而此时需要将导热油中的轻组分脱出，而脱烃组分所需的时间要严格按照导热油的牌号和质量进行判断。当放空管中没有气体排出，同时循环导热油泵的泵压相对稳定时，可以按照10℃/h的速率进行持续升温。

3.3避免化学污染

杂质既包括外界进入，也包括自身产生的。对于外界进入的杂质而言，主要发生在旧油回收进系统过程中、管线使用时未清理、压缩风吹扫等等。因此，泄露的旧油在处理过程禁止流入系统，而新管道、新装置在使用之前需要清理，必须经过干燥的风吹清理等。而对于内部形成的化学污染物，包括油泥、轻组分、金属离子以及管线锈渣等，在对其进行处理时，目前重点还是进行清理过滤器，以降低体系内的化学不溶物。 

3.4 避免超温

超温也是导热油变坏的主要原因，无论发生氧化或者结焦，都需要在高温环境下才能发生。结合经验发现，当温度每增加10℃，劣变反应的速率就会增加2～4倍。因此，在具体应用的实践中，就必须要重视对温度的控制，避免超温使用。

3.5 系统封闭

在导热油系统中，低位储油槽和高位膨胀槽通常是和大气相通的，因此，气体中的氧气和水蒸气会容易流入体系中。在实际运行过程中，体系的热不平衡以及高位膨胀槽体积偏小，很容易造成高位膨胀槽和低位储油槽内的导热油油温偏高，当气温高于80℃时氧化速率会大大提高。为降低热载体变质速率，尽量选用闭式系统，目前技术条件最好的方法是使用氮封技术，但氮封技术改造困难很多，且维修花费也较多，因此，目前最常用的是冷液封技术。

3.6 避免新、旧油的混用

旧油中的自由基、污染物的浓度太高，会一定程度上提高新油的劣化程度。所以，从原则上，新、老的导热油不可混合。而在实际应用中，由于装置的扩容、系统温度下降、轻组分挥发、导热油泄漏等因素，系统中的导热油油位会不断的下降，所以，为了保证系统的正常工作，还需要及时补足导热油。而如果系统中导热油的质量较高，少量地补充新油也是较为经济的做法，但注意应通过GB/T23800的热稳定性检验等相应规范要求，且不同化学和物理性质的有机热载体；当在系统已临近报废时，所需要提供的能量也较大的前提下，就不适宜补新油。

3.7 定期检测

过度优劣情况的导热油变质速率较高，且很容易在炉管上结焦，所以，需要经常观察在用导热油的使用状态，并随时了解油品的指标情况，才能适时采取相应的措施解决。一般说，有机热载体注入系统并完成系统调试后应在3个月内进行首次检验；在有机热载体使用2年以后的，至少每年取样检测一次，发现传热效果差或发现异常情况，应根据需要随时取样检测；当使用5年以上时，至少每半年取样检测一次

4 结语

本文论述了有机热载体结焦发生的原因，并提出有机热载体使用过程中的注意事项及控制措施，经过现场的实践证明，本文所述的控制措施具有良好的效果，有利于有机热载体的正常使用及设备的安全运行。

参考文献

[1]张晓旭.关于导热油油垢清洗的若干思考[J].化工管理,2013(16):150.

[2]全无畏,全玉臣.有机热载体传热系统与其设备单元的清洗[J].清洗世界,2014,30(09):23-29.