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淺談導熱油品質對導熱油爐運行的影響

發布日期:2018-03-08    人氣:790    欄目:技術中心

  導熱油作為傳熱介質的電加熱導熱油爐(也稱有機熱載體鍋爐),具有熱傳導效率高、熱損失小,溫度易控製,受熱相對均勻等優點,尤其是具有在相對較低的運行壓力下可以獲得較高工作溫度的特點,而被越來越廣泛地應用在紡織、印染、食品、玻纖、化工等行業。特別是近年來隨著我國國民經濟的快速發展,導熱油鍋爐投用數量迅速增加,並呈不斷增長的趨勢。

  關於導熱油爐的安全監督和相關標準,是由原勞動部鍋爐局製定頒發的《導熱油爐安全技術監察規程》。至於液相導熱油爐所用的導熱油則至今沒有製定國家標準,目前隻有SH/T0677-1999《熱傳導液》行業標準對生產導熱油規定了常規性的技術性能指標和部分標準值,但該標準對一些直接影響到導熱油爐安全運行的指標卻沒有作出具體的規定值。近年來在導熱油需求不斷增長的形勢下,國內許多導熱油生產廠商如雨後春筍般冒出,由於行業標準對導熱油的質量要求不高,起不到規範作用,以致各種導熱油魚龍混雜,良莠難分。有的導熱油雖然各項性能指標符合行業標準和企業標準,但熱穩定性和抗氧性差,受熱易裂解,使用壽命短。有的熱載體鍋爐使用操作不規範,造成導熱油過熱劣化,並在受熱麵上炭化積焦,導致爐管燒毀,嚴重影響導熱油爐的安全運行,有的甚至引發火災事故,造成重大財產損失和人身傷害事故。

  2010年7月31日下午10時,濮陽市一石化企業的導熱油爐發生爆炸,幸好此事故未造成人員傷亡。經檢查,鍋爐安全附件完好,循環泵工作正常,溫度顯示儀表和超溫報警裝置正常,輔助裝置和閥門管道等安裝符合要求。事故鍋爐檢驗結果:爐膛內靠近導熱油入口的盤管約有三圈爐管(每圈爐管長度約4.7 m)被融熔燒毀而缺失;從燒毀的管段破口可看到爐管內壁幾乎都已被焦炭狀物堵塞;附近幾圈爐管表麵有多條裂縫,有的幾乎已呈斷裂狀,部分金屬呈疏鬆狀。經過檢驗分析,初步確定該事故的主要原因是由於導熱油在爐管內嚴重炭化積焦,導致爐管金屬因傳熱受阻而超溫過熱並產生裂縫,加上導熱油的強滲透性和易燃的特性引發爐管燒毀進而發生火災事故。

  為了查清該鍋爐短期內嚴重積焦的根源,防止類似事故再次發生,相關對該鍋爐所用導熱油品質進行了檢測,並對傳熱係統和司爐實際操作方法作了進一步的檢查。據了解,該導熱油爐使用不到兩年,導熱油卻已換用兩批。第一批導熱油使用僅一年多,傳熱性就明顯變差,油品外觀呈泥漿狀,不得不全部更換新油,但換油後沒有對鍋爐和熱載體循環係統進行清洗。第二批換用的導熱油最高允許溫度320℃。然而該導熱油僅用了不足九個月,就發生了爐管因嚴重積焦而燒毀的火災事故。事故後,四項主要性能指標中就有三項嚴重超標,尤其是殘炭含量增高了350多倍,超過新油標準70倍,說明該導熱油熱穩定性較差、易在高溫中裂解,殘炭積焦的傾向較大。進一步的檢查還發現,雖然該鍋爐及輔助裝置和管道閥門等的設置和安裝都符合規程規定的要求,但實際上有的管道和閥門安裝並不合理,以致當突然停電而緊急停爐時,膨脹器中的低溫油不能將爐管中的高溫油置換至儲存罐冷卻,從而易造成爐管中的導熱油過熱裂解。

  上述類似事故在我國已發生過多起,大量的事實說明,導熱油的質量和性能直接關係到導熱油爐能否正常安全運行,(當然,管道和閥門的安裝也很重要,這個在此公眾號之前發布的文章中有介紹過)。其中關係重大的性能指標主要有:運動粘度(以下簡稱粘度)、閃點、殘炭和酸值。

  粘度:指在規定的條件下,導熱油的稀稠程度以及流動性能。粘度越大,流動性越差,管道傳輸所需的循環泵功率也就越大。但並非導熱油粘度越小品質越好,有些粘度較小的導熱油中很可能含有較多的低分子直鏈烷烴,其熱穩定性較差,易受熱分解,而且使用後粘度容易發生變化。油的粘度大小除了跟其碳鏈長短、分子結構、基團組分等有關外,在使用中也與溫度有關,一般導熱油運動粘度在40℃恒溫條件下測定和評定,也有些生產廠企業標準以50℃為測定粘度的條件。

  在正常情況下油的粘度隨著溫度升高而下降,因此通常導熱油的使用溫度越高,其所允許的運動粘度也相對較大。但在一定溫度下,同一導熱油若是使用過程中粘度發生變化,則很可能意味著導熱油發生了裂解或聚合。當粘度增大較多時,循環流速變慢,雷諾係數降低,爐管中的導熱油流體逐漸由湍流變為層流,導致靠近管壁的邊界層厚度不斷增大,進而加速導熱油分解成粘度更大的膠質物,結果形成殘炭沉積於管壁,從而影響傳熱,嚴重時易造成管壁過熱,引發事故。因此,一般規定當粘度值的變化超過原技術指標的15%時,就不應再繼續使用。

  閃點:指在加熱條件下,當火焰接近導熱油蒸氣與空氣組成的混合性氣體時,發生短促閃燃的最低溫度。閃點越低,運行時導熱油的蒸發率就越大,安全性也就越差,且在使用過程中損耗也越大。而閃點較高的導熱油,不但操作安全性較好,而且其熱穩定性往往也較好。當導熱油被其他易燃物汙染、或因過熱發生裂解、聚合等,都會使導熱油閃點變化。當閃點變化超過原指標的20%時,應停止使用。

  殘炭:是指在超溫條件下導熱油受熱分解或聚合而形成沉澱的殘炭量。殘炭的主要成分是導熱油中的膠質、瀝青及多環芳香烴。由殘炭值的大小可判斷導熱油結焦的傾向性,在一定的使用時間內,殘炭值增量越大,說明該導熱油的熱穩定性和抗氧化性越差,越易在受熱麵上積焦,對導熱油爐安全運行的影響也就越大。因此,當殘炭量超過1.5W%時,應立即停止使用。

  酸值:是指導熱油中有機酸的總含量。當導熱油溫度≤100℃且無水分時,一般不會對金屬產生腐蝕。但溫度超過100℃後,隨著溫度及酸值的增加,有機酸對金屬的腐蝕性也會隨之增大。為了防止有機酸對金屬的腐蝕,一般新油應控製酸值小於0.02mgKOH/g。另外,油的酸值增大往往也意味著油質變差,因此當導熱油的酸值超過0.5mgKOH/g時,也應停止使用。

  盡管導熱油在高溫下或多或少都會產生裂解現象,但品質良好的導熱油在規定溫度範圍內合理使用時,其裂解速度較緩慢;而在使用不當或導熱油品質不良的情況下,則裂解速度會隨著溫度上升而明顯加快。導熱油可分為礦物型油和合成型油兩大類。合成型油以芳烴型為主,其許用膜溫度通常比礦物型油高。礦物型油一般以直鏈烷烴為主,在高溫下其碳鏈易被打斷而裂解,因此其熱穩定性相對差些。

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