导热油炉结焦及清洗方法

导热油炉结焦原因及清洗方法

一、结焦的形成

热油炉在传热过程中主要发生三种化学反应：热氧化反应、热裂解和热聚合反应.结焦产生于热氧化反应和热聚合反应.

热聚合反应因导热油炉在加热系统运行过程受热而发生,该反应会生成稠环芳烃、胶质和沥青质等大分子高沸物,其逐渐沉积于加热器和管路表面,形成结焦.

热氧化反应主要因开式加热系统膨胀槽内的导热油炉接触空气或参与循环而发生,该反应会生成低分子或高分子的醇、醛、酮、酸等酸性组分,并进一步生成胶质、沥青质等粘稠物质,最后形成结焦；热氧化是非正常情况引起的,一旦发生,会加速热裂解和热聚合反应,使粘度迅速增大,传热效率降低,造成过热和炉管结焦.产生的酸性物质还会造成设备腐蚀和泄漏.

二、结焦的危害

导热油炉在使用过程中产生的结焦会形成隔热层,致使传热系数下降、排烟温度升高、燃料消耗增大；另一方面由于生产工艺所需温度保持不变,加热炉管壁温度会急剧上升,从而引起炉管鼓包、破裂,最终将炉管烧穿,引起加热炉着火、爆炸,造成设备和操作者人身伤害等严重事故.近年来,此类事故屡见不鲜.

三、结焦的影响因素

1.导热油炉质量

经对以上结焦的形成过程进行分析发现,导热油炉氧化安定性和热稳定性的高低与结焦速度和数量密不可分.许多着火和爆炸事故是由于导热油炉的热稳定性和氧化安定性较差,运行过程中引起严重结焦造成的.

2.加热系统的设计及安装

加热系统设计所提供的各种参数及设备安装是否合理,直接影响导热油炉的结焦倾向.每台设备安装情况不一样,也会影响导热油炉的寿命.设备安装必须合理,调试时需及时整改,才有利于导热油炉的寿命延长.

3.加热系统的日常操作及维护

不同操作人员因文化程度和技术水平等客观条件不同,即使使用相同的加热设备和导热油炉,其对加热系统温度和流速等因素的控制水平也不尽相同.温度是导热油炉发生热氧化反应和热聚合反应的重要参数.随着温度的升高,这两种反应的反应速度会急剧增加,结焦倾向也随之增大.根据化工原理的有关理论：随着雷诺数的增加,结焦速率减慢.雷诺数与导热油炉的流速成正比.因此,导热油炉流速越大,结焦越慢.

四、结焦的解决办法

减缓结焦的形成速度,延长导热油炉的使用使命,应从以下方面采取措施：

1.选择适宜牌号的导热油炉,监测其理化指标变化趋势

导热油根据最高使用温度划分牌号,其中矿物型导热油主要有L-QB280、L-QB300和

L-QC320三个牌号,其最高使用温度分别为280℃、300℃和320℃.应根据加热系统的最高加热温度选择适宜牌号、质量符合SH/T 0677-1999“热传导液”标准的导热油.应选用由优良热稳定性的精制基础油和高温抗氧剂和抗垢添加剂调配的导热油炉.其中高温抗氧剂可有效延缓导热油炉运行过程中的氧化变稠；高温抗垢剂可将炉管和管路中的结焦溶解,使其分散在导热油炉中,最后通过系统的旁路过滤器将其过滤,保持炉管和管路的清洁.导热油每使用三个月或半年后,应对其粘度、闪点、酸值和残炭四项指标进行跟踪分析,当其中有两项指标超过规定限值(残炭不大于1.5%、酸值不大于0.5mgKOH/g、闪点变化率不大于20%、粘度变化率不大于15%)时,应考虑添加部分新油或全部换油.

2.加热系统合理的设计及安装

导热油炉加热系统的设计及安装应严格执行国家有关部门制定的导热油炉设计规程,以保证加热系统的安全运行.

3.规范加热系统的日常操作

导热油炉加热系统的日常操作应严格执行国家有关部门制定的有机热载体炉安全技术监察规程,随时监测加热系统中导热油炉的温度和流速等参数的变化趋势.在实际使用中,加热炉出口处的平均温度应较导热油炉的最高使用温度至少低20℃.开式系统的膨胀槽中导热油炉的温度应低于60℃,最高温度不要超过180℃.导热油炉在热油炉中流速不应低于2.5米/秒,以增加导热油炉湍动程度,减少传热边界层中滞流底层厚度和对流传热热阻,提高对流传热系数,达到强化流体传热的目的.

4.加热系统的清洗

热氧化和热聚合产物首先形成聚合的高碳粘稠物,附着于管壁,这类物质可通过化学清洗去除.高碳粘稠物进一步形成不完全石墨化沉积物,化学清洗只对尚未碳化的部分有效.完全形成石墨化焦炭.对这类物质化学清洗已不解决问题,国外多采用机械清洗.

在使用中应经常检查,在形成的高碳粘稠物尚未碳化时,用户可购买化学清洗剂进行清洗.

导热油炉的化学清洗法：导热油炉清洗剂主要通过碱、有机溶剂与表面活性剂（简称SAA）这3种基本成分的组合，并加入络合剂、氧化剂、缓蚀剂、吸附剂与防沉积剂等其他助剂，再通过加温、机械冲刷等作用，最终达到清除系统中焦垢的目的。清洗剂清焦的作用是通过表面活性剂的增溶、湿润、吸附、乳化和分散来实现的。以下是盐城苏海供热的有关专家综合了国内外的导热油炉化学清洗技术列出的几个方案。

①碱洗和酸洗两步法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→碱性清洗剂→水冲洗→酸洗→钝化→完毕。

原理：碱性水基清洗剂对油质中温积炭处理效果良好，但处理后试件内壁仍残留有致密石墨化高温积炭层，因此须经过进一步的酸洗除去，以避免残留碳层影响导热油质量及传热效果。碱洗、酸洗两步法清洗工艺用于热媒炉及管道积炭，具有清洗率高、清洗温度较低、无毒、清洗成本低的优点。该法虽能清除垢层，但工艺繁多，存在着酸碱腐蚀，缩短机器寿命，会造成二次污染，并且要在导热油炉停车的情况下进行，影响生产。

②溶解清洗法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→有机溶剂清洗液(有机溶剂+SAA+助剂)清洗→钝化。

原理：由于焦炭垢是一种以有机物为主的成分复杂的混合污垢，与金属表面的粘附主要是范德华力的物理吸附，采用“溶解洗涤法”，将焦油溶于有机溶剂中，随有机物的溶解而自然除去。该清洗剂的清洗能力相当强，受温度影响不是很大。该清洗剂清洗后经澄清过滤处理，再添加适量表面活性剂和助剂可重复使用。残渣可掺入煤中燃烧，既降低成本又减少环境污染。但该清洗剂具挥发性，安全性低，成本高。

③复合清洗剂清洗法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→清洗液循环清洗。

原理：复合清洗剂主要由数种表面活性剂在助洗剂的协同作用下首先在油垢表面吸附使其润湿、膨胀而后清洗剂渗透到油垢间隙使油污物在复合清洗剂作用下逐渐卷缩成胶束不断乳化经泵连续循环冲刷可使分散乳化的油污物脱离传热表面。此清洗剂既能有效破碎、分散积炭也能高效地溶解有机碳氢化合物工艺简单基本对设备无腐蚀。但此法会造成二次污染且须在停车的情况下进行清洗影响生产。

④有机添加剂清洗法工艺：只需在运行着的导热油中加入添加剂就可使积炭剥落再经澄清过滤处理除油渣。

原理：此添加济利用相似相溶原理洗脱焦垢或使焦油垢降解防止导热油变质。此法在不停车的情况下进行清洗，添加剂能而260℃以上的高温溶于导热油不影响导热油的物性，耐