导热油炉清洗

导热油炉及其系统的保养和清洗导热油（有机热载体）作为一种优良的传热介质，它具有高温低压的传热特点，且热效率高、传热均匀、温度控制准确，又有明显的节能效果。

因此，它用于六十多个工业和部门。

但是导热油无论是合成型的还是矿油型，它们都是有机物——即烷烃类、环烷烃类、芳烃类及其衍生物。

它们在热油炉中，在高温状态下长期运行，将发生裂解。

上述各族烃裂解反应规律主要产物是乙烯及丙烯，在较高的温度下，乙烯经乙炔阶段而生成碳：而且，生碳结焦反应有一定规律，它是典型的连串反应，共同特点是随着温度的提高和反应时间的延长，不断释放出氢，残物（焦油）的含氢量逐渐下降，碳氢比（RC/h）、分子量和重度逐渐增大，即原料烃经过逐步脱氢缩合，单环或环数不多的芳烃，转变为环芳烃，进而转变为稠环芳烃，由液体焦油转变为沥青质（它主要是结晶性缩合稠环芳径，其化学结构尚不清楚）。

进而转变为碳青质（它是分子量更大，氢含量更低的缩合稠环芳径）。

再进一步转变为高分子焦碳。

液体、固体产物氢含量逐渐下降图1 原料烃在裂解过程中经芳烃逐步脱氢缩合、脱氢交联示意图总之，原料烃在裂解过程中，实际上发生着分子的分解和分子的结合这两类反应。

生成小分子轻组分产物，使导热油的初馏点及闪点下降。

生成大分子的缩合物，使导热油的粘度增高，分子中氢含量愈来愈小，直到结焦生碳。

导热油炉为管式炉，导热油在炉管中裂解，炉管内壁发生结焦，会导致下面严重影响：①、炉管表面温度上升，由于结焦层的导热系数比钢管要小得多，有结焦的地方，局部热阻增大，炉管径向温度梯度较大，在结焦层最厚的地方，局部热阻增大，炉管径向温度梯度变大，在结焦层最厚的地方，导致炉管表面出现热点，影响炉管寿命。

②、炉管的压力损失增大，结焦现象严重甚至堵塞炉管。

③、钢管表面如果比较粗糙（例如离心浇铸管），就易渗碳，使钢管强度变劣，有时会发生炉管开裂事故。

所以，在应用导热油作为热载体的技术中，要尽量防止裂解导致结焦现象发生。

了解裂解反应的规律，及裂解导致残碳增加和结焦。

当然，导热油的裂解，也伴随氧化发生，形成酸泥、胶质和沥青质等，本文不详细讨论。

上述对热油炉造成的危害很大。

首先我们要研究热油炉的保养办法。

本作者曾在“延长导热油使用寿命的几点设想”一文中作为较详细的论述，在此我们再进一步加以讨论：（一）、研制生产热稳定性好的导热油合成型导热油（如氢化三联苯、二苄基甲苯、烷基萘）稳定性较好，但因国内原料较缺乏，且合成型油价格很贵，无法普遍推广。

矿物型导热油，虽然稳定性较合成型差，但如果精心精制，也可以使它稳定性大大提高。

上海力达化工厂所生产的霞飞X6D系列导热油，它首先选用优质的机油作为基础油，采用磺化法生产白油，先除去原来存在于机油中的胶质、沥青质及不稳定的杂质，接着又采用减压蒸馏的方法生产导热油，并加入多种添加剂，其中有防结焦、耐高温性能的清净分散剂等。

即使由于裂解产生碳粒它能阻止较小碳粒聚合，并把它们分散悬浮在导热油中经过过滤器把它过滤除掉，避免被吸附和沉淀在炉管壁上受热结焦。

（二）、导热油在炉管中的流速必须处于湍流状态根据流体力学的理论，流体（介质）在管壁中流动，只有当其雷诺准数（Re）达到一定值时才能处于湍流状态：Re范围<21002100～4000>4000流动状态层流过滤流湍流dv mρR e=—— (1)μ式中：Re——雷诺准数d——炉管内径(m)v——流体的流速(m/s)ρ——密度(kg/m3)μ——为粘度(m2/s)从上式可知，当热油炉选定，d为定值，又当导热油选定后，则ρ、μ基本不变，那么，Re的大小主要取决于导热油的流速了。

湍流越强烈，边界层越薄，热阻小，热效率越高。

流速越慢，边界层越厚，热阻越大，热效率越低。

若流体处于滞状态，边界增厚，要达到预定温度，热强度增大，当炉管壁温度超过油膜温度，则导热油就会发生裂解、缩合、积炭、结焦、甚至烧坏炉管，所以必须严格控制导热油在炉管中的流速或流量，是有效地维护炉管寿命的重要因素，关于导热油在炉管中的流速，国外推荐流速为2～4m/s，国内则要根据化学工业部《有机载热体加热炉安全技术规程》的规定。

为了避免导热油局部过热，液相炉中的导热油，在炉管内的流程辐射段为2～4m/s，对流段为1.5～2.5m/s。

（三）、热油炉进、出口的温差要适当导热油通过炉管向加热炉吸热，因此，热油系统的工作热负荷应等于加热炉的出力：Q=G.C p.(t2-t1) (2)式中：Q——加热炉出力(kj/h)G——导热油重量流量(kg/h)C p——导热油平均比热(kj/kg.℃)t1——进口油温t2——出口油温上式二种情况：若Q值一定时，设C p值也一定，G上升，则t2-t1下降；若Q值一定时，设C p值也一定，G下降，则t2-t1上升。

如果单纯从热负荷看，似乎第二种情况温差大些有好处，导热油的循环量减少，油泵电耗降低，又有利于热交换，但实际上温差不能太大，温差大油温波动影响大，不稳定；而且，温差大重量流量低，炉管中导热油的流速也下降，油膜增厚，炉管壁油膜温度超过导热油本身允许的油膜温度时，则导热油就会发生热裂解、缩合、聚合、粘度增加、胶质增加，残炭增高，油质变坏，导热油的寿命缩短，设备管道结焦堵塞。

根据国内外使用经验，温差一般在15～30℃为宜，若进出口温差太大，必须查明原因，并采取必要的措施。

（四）、对紧急停电要有切实有效的措施保证国内绝大多数使用燃煤油炉，停电、让电现象也很普遍，所以突然停电的应急措施不是可有可无的事，而是必须切实解决的重要问题。

现今发生突然停电采取的措施是立即停止加煤，并把烧红的煤块扒出炉外，但炉膛中的耐火材料大量蓄热，炉内温度很高，而炉管中的导热油又是停滞不流，使得油管中的油温度聚然上升，会导致裂解破坏加剧，还可能引起炉管受热变形。

为了降低炉管的温度，往往是在扒出烧红的煤块的同时，打开膨胀槽的泄放阀，把高位槽的油流入炉管，同时把炉管中的热油泄入储油槽。

这个办法可以说比不流动好一些，但是，单靠高位槽不多的油及这样的流动速度流量是不可能把油温较大幅度降下来的，因此，靠近炉管的油膜温度可能仍然很高。

上述裂解缩合、聚合、结焦的现象依然会继续，另一方面，高温导热油突然快速大量流入贮油槽，热量来不及释放，会引起急剧氧化，又由于导热油中低沸点组份大量挥发与空气充分混合，如遇到某些不测情况（如火种、电火花或静电）还有可能发生火警。

总之，上述办法没有真正彻底解决问题，所以建议设置紧急停电安全装置，即在导热油循环系统中，增设一组与基本油路并联的冷却油路。

该油路的热油泵是由一台柴油机或汽油机带动，使热油在该冷却油路中继续打循环，把热油温度降下来。

当然配备冷却油路装置是要花点投资，但能确保导热油不受破坏及热油炉炉管不被烧坏，又安全。

（五）、切忌超高温加热上面所谈的核心问题是裂解，这不仅牵涉到“油”、“炉”两个方面，使用操作也是关健，比如有的时候出口温度达不到用热要求，这时就绝对不能拚命加煤，加大鼓引风机风量，因为这样很可能产生不良后果，如炉排烧塌、炉管烧弯、烧裂，同时超高温加热，当油温高于油膜温度热裂解加速，导热油受到破坏，将大大缩短使用寿命，也导致热油炉管结焦。

导热油炉的正确使用和保养，可以延长导热油的使用寿命，也可以减少热油炉的结焦。

避免发生事故。

当导热油炉使用多年，如果发现热油炉进出口温差增大，泵压增大，流量降低，能耗上升，达不到工艺温度，这是因为炉管结焦，炉管内径缩小的原因造成的。

必须停炉清焦及清洗。

否则可能造成炉管堵塞，导热油烧坏。

甚至炉管烧穿引起火灾事故。

清洗和清焦有几种方法：如日本综研株式会社介绍的用带有钢制的橡皮小炮弹，用高压高速旋转冲击把附着的管壁的焦碳利用摩擦清除掉，这种方法对焦层薄的立式盘管炉较适合，但对弯头较多的卧式炉不适合，也不能用于整个热油系统清洗。

国内某油漆厂热油炉清焦，先采用高温高热把炉管中的残碳结焦烧裂破坏，再用蒸汽、水冲击清除。

这种炉温较难控制。

我厂已为多家导热油用户进行过清洗，如上海振华造漆厂二台150万大卡热油炉，其整个系统30多个立方，采用化学方法进行清焦及清洗，获得成功。

本文就有关化学清焦清洗的有关理论及实践经验总结如下：一、清洗作用的基本原理：（一）、洗涤作用的基本过程，合成洗涤剂是主要的。

合成洗涤剂作用之一是去除物品表面的油污。

另一种作用是对油污分散、悬浮作用，使之不在物品表面上再沉积，可用下列关系说明：物品·污垢+洗涤剂=物品·冼涤剂+污垢·洗涤剂当然，整个过程是以水为介质中进行的。

洗涤剂与物品及污垢的结合反映了洗涤过程的主要作用，即把污垢与物品分开，脱离物品表面，进而被分散，县浮于介质中，经冲洗后除去，完成了洗涤过程。

一般的污垢可分为液体污垢及固体污垢两类。

前者包括一般的动植物油及矿物油（如原油、燃料油、煤焦油等）。

而后者主要为尘土、泥、灰、铁锈、碳黑、焦碳等。

但是，液体污垢和固体污垢经常混在一起成为混合污垢，往往是液体包住固体微粒，粘附于物品表面。

液体污垢和固体污垢在物理性质和化学性质上存在较大差异，故二者从物品表面去除的机理亦不相同。

污垢与物品表面粘附主要通过范德华引力。

不同性质的表面与不同性质的污垢，有不同的粘附强度。

在水为介质的洗涤过程中，非极性污垢（如碳黑、焦碳、石油等）比极性污垢（如极性脂肪及物质、粉尘、粘土）不容易洗净。

洗涤剂为表面活性剂，它分为非离子表面活性剂及离子表面活性剂，（它又分为正离子、负离子及两性表面活性剂）洗净时要根据污垢的性质选择适合的表面活性剂可提高洗涤作用的效率。

（二）、液体污垢的去除洗涤作用的第一步，是洗涤液润湿表面，否则，洗涤液的洗涤作用不易发挥，若材料表面已粘上污垢，即使已经完全覆盖，其“临界表面张力”一般也不会低于30达因/厘米，表面活性剂溶液也能较好润湿。

洗涤作用的第二步就是油污的去除，即润湿了表面的洗涤液。

把污垢顶替下来，液体污垢的去除是通过“卷缩”机理（洗涤液优先润湿表面，而使油污“卷缩”起来）来实现的。

因为油污原来是以一铺开的油膜存在于表面的。

后来，在洗涤优先润湿的作用下，逐渐卷缩成为油珠，最后被冲洗以至离开表面。

如图2所示，在表面上油膜有一接触角(θ)，油-水、固体-水、固体-油的界成张力分别为γwo、γsw、γso。

于是，平衡时有下列关系：γso=γsw+γwo COSθ (3)如在水溶液中加入表面活性剂，由表面活性剂易于在固体表面以及油面上吸附，故γsw及γwo降低，为了维持新的平衡，COSθ值必须变大；也就是说θ角将从图（a）中的大于90°变为（b）中的小于90℃，甚至条件适宜时，接触角θ将接近于零，即水溶液几乎完全润湿固体表面，而油膜则变为油珠自表面（即炉管表面）弃除。