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浅谈导热油品质对导热油炉运行的影响

发布日期:2018-03-08    人气:1129    栏目:技术中心

  导热油作为传热介质的电加热导热油炉(也称有机热载体锅炉),具有热传导效率高、热损失小,温度易控制,受热相对均匀等优点,尤其是具有在相对较低的运行压力下可以获得较高工作温度的特点,而被越来越广泛地应用在纺织、印染、食品、玻纤、化工等行业。特别是近年来随着我国国民经济的快速发展,导热油锅炉投用数量迅速增加,并呈不断增长的趋势。

  关于导热油炉的安全监督和相关标准,是由原劳动部锅炉局制定颁发的《导热油炉安全技术监察规程》。至于液相导热油炉所用的导热油则至今没有制定国家标准,目前只有SH/T0677-1999《热传导液》行业标准对生产导热油规定了常规性的技术性能指标和部分标准值,但该标准对一些直接影响到导热油炉安全运行的指标却没有作出具体的规定值。近年来在导热油需求不断增长的形势下,国内许多导热油生产厂商如雨后春笋般冒出,由于行业标准对导热油的质量要求不高,起不到规范作用,以致各种导热油鱼龙混杂,良莠难分。有的导热油虽然各项性能指标符合行业标准和企业标准,但热稳定性和抗氧性差,受热易裂解,使用寿命短。有的热载体锅炉使用操作不规范,造成导热油过热劣化,并在受热面上炭化积焦,导致炉管烧毁,严重影响导热油炉的安全运行,有的甚至引发火灾事故,造成重大财产损失和人身伤害事故。

  2010年7月31日下午10时,濮阳市一石化企业的导热油炉发生爆炸,幸好此事故未造成人员伤亡。经检查,锅炉安全附件完好,循环泵工作正常,温度显示仪表和超温报警装置正常,辅助装置和阀门管道等安装符合要求。事故锅炉检验结果:炉膛内靠近导热油入口的盘管约有三圈炉管(每圈炉管长度约4.7 m)被融熔烧毁而缺失;从烧毁的管段破口可看到炉管内壁几乎都已被焦炭状物堵塞;附近几圈炉管表面有多条裂缝,有的几乎已呈断裂状,部分金属呈疏松状。经过检验分析,初步确定该事故的主要原因是由于导热油在炉管内严重炭化积焦,导致炉管金属因传热受阻而超温过热并产生裂缝,加上导热油的强渗透性和易燃的特性引发炉管烧毁进而发生火灾事故。

  为了查清该锅炉短期内严重积焦的根源,防止类似事故再次发生,相关对该锅炉所用导热油品质进行了检测,并对传热系统和司炉实际操作方法作了进一步的检查。据了解,该导热油炉使用不到两年,导热油却已换用两批。第一批导热油使用仅一年多,传热性就明显变差,油品外观呈泥浆状,不得不全部更换新油,但换油后没有对锅炉和热载体循环系统进行清洗。第二批换用的导热油最高允许温度320℃。然而该导热油仅用了不足九个月,就发生了炉管因严重积焦而烧毁的火灾事故。事故后,四项主要性能指标中就有三项严重超标,尤其是残炭含量增高了350多倍,超过新油标准70倍,说明该导热油热稳定性较差、易在高温中裂解,残炭积焦的倾向较大。进一步的检查还发现,虽然该锅炉及辅助装置和管道阀门等的设置和安装都符合规程规定的要求,但实际上有的管道和阀门安装并不合理,以致当突然停电而紧急停炉时,膨胀器中的低温油不能将炉管中的高温油置换至储存罐冷却,从而易造成炉管中的导热油过热裂解。

  上述类似事故在我国已发生过多起,大量的事实说明,导热油的质量和性能直接关系到导热油炉能否正常安全运行,(当然,管道和阀门的安装也很重要,这个在此公众号之前发布的文章中有介绍过)。其中关系重大的性能指标主要有:运动粘度(以下简称粘度)、闪点、残炭和酸值。

  粘度:指在规定的条件下,导热油的稀稠程度以及流动性能。粘度越大,流动性越差,管道传输所需的循环泵功率也就越大。但并非导热油粘度越小品质越好,有些粘度较小的导热油中很可能含有较多的低分子直链烷烃,其热稳定性较差,易受热分解,而且使用后粘度容易发生变化。油的粘度大小除了跟其碳链长短、分子结构、基团组分等有关外,在使用中也与温度有关,一般导热油运动粘度在40℃恒温条件下测定和评定,也有些生产厂企业标准以50℃为测定粘度的条件。

  在正常情况下油的粘度随着温度升高而下降,因此通常导热油的使用温度越高,其所允许的运动粘度也相对较大。但在一定温度下,同一导热油若是使用过程中粘度发生变化,则很可能意味着导热油发生了裂解或聚合。当粘度增大较多时,循环流速变慢,雷诺系数降低,炉管中的导热油流体逐渐由湍流变为层流,导致靠近管壁的边界层厚度不断增大,进而加速导热油分解成粘度更大的胶质物,结果形成残炭沉积于管壁,从而影响传热,严重时易造成管壁过热,引发事故。因此,一般规定当粘度值的变化超过原技术指标的15%时,就不应再继续使用。

  闪点:指在加热条件下,当火焰接近导热油蒸气与空气组成的混合性气体时,发生短促闪燃的最低温度。闪点越低,运行时导热油的蒸发率就越大,安全性也就越差,且在使用过程中损耗也越大。而闪点较高的导热油,不但操作安全性较好,而且其热稳定性往往也较好。当导热油被其他易燃物污染、或因过热发生裂解、聚合等,都会使导热油闪点变化。当闪点变化超过原指标的20%时,应停止使用。

  残炭:是指在超温条件下导热油受热分解或聚合而形成沉淀的残炭量。残炭的主要成分是导热油中的胶质、沥青及多环芳香烃。由残炭值的大小可判断导热油结焦的倾向性,在一定的使用时间内,残炭值增量越大,说明该导热油的热稳定性和抗氧化性越差,越易在受热面上积焦,对导热油炉安全运行的影响也就越大。因此,当残炭量超过1.5W%时,应立即停止使用。

  酸值:是指导热油中有机酸的总含量。当导热油温度≤100℃且无水分时,一般不会对金属产生腐蚀。但温度超过100℃后,随着温度及酸值的增加,有机酸对金属的腐蚀性也会随之增大。为了防止有机酸对金属的腐蚀,一般新油应控制酸值小于0.02mgKOH/g。另外,油的酸值增大往往也意味着油质变差,因此当导热油的酸值超过0.5mgKOH/g时,也应停止使用。

  尽管导热油在高温下或多或少都会产生裂解现象,但品质良好的导热油在规定温度范围内合理使用时,其裂解速度较缓慢;而在使用不当或导热油品质不良的情况下,则裂解速度会随着温度上升而明显加快。导热油可分为矿物型油和合成型油两大类。合成型油以芳烃型为主,其许用膜温度通常比矿物型油高。矿物型油一般以直链烷烃为主,在高温下其碳链易被打断而裂解,因此其热稳定性相对差些。

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