导热油加热系统设计和防劣化措施_李存明

1.2 气相加热系统 该系统分自然循环方式和强制循环方式。 在传统化纤纺丝加热系统或超过 350℃以上使用温度的加热系统较多采用联苯－联苯醚混合物作
为气/液两相有机热载体进行加热。其加热工艺多采用导热油在静止状态下利用多个各自独立的联苯－ 联苯醚电加热锅炉（蒸汽发生器）中电热棒进行加热，在 257℃沸点以上以气/液两相状态自动循环传 热。管道安装需有一定倾斜度，以保证液态联苯－联苯醚混合物回流至贮油罐和加热器重新加热。
原液等）的混入。 • 空气、水等的混入：由加热炉等载热体的加热设备、配管等处混入。原因是载热体填充前加
热设备及配管的干燥或洗净不充分，膨胀槽的密封不充分等引起。除此之外 ，还可由于运行 开始后法兰盘的接合不良。载热体贮槽、油桶等管理不善时，也会混进水分。 • 铁锈的混入：载热体的加热设备、膨胀槽、载热体配管等在建设安装后及修理完毕后，内部 清洗工作不充分，而残留的焊渣、泥等引起;另外，管理不佳的贮槽或密封不充分的膨胀槽也 会产生铁锈。 载热体严重劣化而产生的重质化物。载热体交换时抽吸不全或洗净不充分而产生。用低沸点的清 洗油清洗载热体生产线时，一定注意最后要用所使用的载热体进行冲洗。 低沸点物含量多的载热体。在进行排气及清洗操作时，所回收的载热体再原样流回加热设备而造 成的。
Heating Systems Designing and the Measures of Preventing Thermal Decomposition of Heat Transfer Fluids
Li Cunming
Suzhou Kaimei Chemical Co., Ltd., Suzhou 215101, China
1 概述——导热油加热系统介绍
导热油加热系统分液相加热系统、气相加热系统 [1]。
1.1 液相加热系统 液相加热系统通常有单一使用端加热系统和多种使用端加热系统。图 1 为导热油液相加热系统流
程图（循环泵强制循环）。 导热油液相加热系统主要设备： (1) 导热油加热炉 导热油加热炉分为电加热炉和燃料加热炉，有立式和卧式之分。燃料加热炉所用燃料为重油、天
Abstracts: It is introduced the heating system designing, installation, heat transfer fluids selection,presence problems and defects of domestic heating system applications. Precautions and Measures must be taken to meet the demands of preventing thermal decomposition and oxidation, safeguarding system running with low costs, prolonging the life expectancy of heat transfer fluids on the basis of the new national standard of heat transfer fluids －GB 23971-2009 issued and implemented since Jan.1st, 2010. Key words: heating system, thermal stability, thermal decomposition, thermal oxidation, nitrogen blanket, cold oil tight, energy saving and emission reduction.
导热油气Baidu Nhomakorabea液两相加热系统流程图（依靠蒸汽压自然循环）见图 2。
图 2：导热油气/液两相加热系统流程图（依靠蒸汽压自然循环）
中国机械工程学会工业炉分会
第八届全国工业炉学术会议-2011
2 导热油劣化及防止措施
2.1 导热油劣化 导热油的劣化主要是导热油加热后逐渐出现分解及聚合反应，使导热油原结构发生改变，生成的
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导热油加热系统设计和防劣化措施
李存明
苏州市凯美化工有限公司，江苏苏州 215101 li_cunming@yahoo.com.cn
摘要：本文根据 2010 年 1 月 1 日颁布实施的中国有机热载体国家标准 GB23971-2009，着重介绍了导热油的正确选型、 导热油加热系统合理设计、目前国内导热油加热系统配之和应用普遍存在的问题，以及一些有效防止导热油劣化，保证 导热油加热系统和生产装置长期、安全、低成本运行的切实可行的措施，。 关键词：加热系统，导热油，热稳定性，热分解和氧化分解，氮封和冷油封，节能减排
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排油
辅助排气管 膨胀槽
油气分离器
过滤器
过滤器
安全阀
回油 供油
注油
Y型过滤器
储油罐
齿轮注油泵
排污
循环泵 循环泵
载热体加热炉
图 1：导热油液相加热系统流程图 (3) 高位膨胀槽 高位膨胀槽作用是用于吸纳加热系统内的体积膨胀并通过溢流管将多余的导热油及时回流到低位 贮罐，同时利用其高位压差补充系统内导热油的不足及保证系统正常运行所需要的导热油循环量。一 般安装在距离加热系统最高点以上 3～5 米处。 (4) 低位贮罐 低位贮罐作用是用于开车注油、接受由高位膨胀槽溢流的多余导热油，以及在停车或紧急情况下 贮存加热系统内导热油。因而低位贮罐的容积需能容纳加热炉、配管、使用端等系统内全部导热油的 量，一般安装在地面。
油最高使用温度以下，导热油出口温度一般低于导热油最高使用温度 10℃以下较为安全可靠，这是防 止热劣化的必要措施。同时应尽量避免导热油超温使用、经常性停电以及尽可能选择热稳定好、运动 粘度和倾点低的合成型导热油，因为低倾点和低运动粘度，能有效改善导热油的泵送性、保证流量、 提高流速和传热效率，同时使用户在保持原有用热需求前提条件下，能适当降低导热油炉的出口温度， 延长导热油的使用寿命。
导热油氧化分解主要由用户实际使用所决定的，即加热系统设计及配置是否合理、采用开式或闭 式系统等密不可分，混入异物所导致的分解与用户开车前系统吹扫、系统泄漏有关。
(1) 防止热劣化的措施 对导热油发生热劣化影响最大的因素为其加热炉加热面的管壁温度。导热油的温度应控制在导热
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低分子或高分子物质逐渐增多，从而改变导热油的特性。劣化的原因主要有高温热分解，接触空气中 的氧气而发生的氧化分解以及生产过程中化学物质的混入等。
(1) 所生成的高分子物质的影响 导热油加热后发生逐渐分解发生聚合反应，所生成的高分子物质主要有链烷烃、链烯烃等结构复 杂的聚合物及高分子量的环化物。聚合初期，聚合物还能相溶于导热油，但随着聚合的进行，其聚合 物由原来的导热油中游离出来。特别是在加热炉加热管壁的边界层区域，该处导热油的循环流速低， 游离的聚合物易附着于此，长期不断沉积再加上脱氢反应，则形成含碳丰富的层状积垢影响传热效果， 可导致管壁温度进一步上升，严重情况下可引起加热管的烧损。而且若层状物由加热管剥离，则易在 加热管的若干部（分叉部、曲管部）淤塞，出现循环故障。此外，劣化还可引起导热油粘度的上升， 循环泵的运转负荷加大。 (2) 所生成的低分子物质的影响 导热油的热分解反应所生成的低分子物质主要有氮气、甲烷、乙烷、丙烷等气体及低分子量的烃 族化合物。分解生成物增加，则会引起系统内压力上升，甚至出现导热油循环泵的空蚀。特别是对于 气相循环系统，由于压力的上升则难以控制内部温度，引起夹套的上部或配管的凹低处气体的积存， 造成热效率降低等不良影响。 (3) 劣化机理 热劣化：导热油长期处于高温环境下会发生原子间、分子间的链键断裂，化合物发生分解，分解 物主要有气体，低分子物及自由基分子。此自由基分子和其他分子发生聚合，生成聚合物的活跃基团。 所发生的聚合反应为连锁性，即使在一定的温度下，随着时间延长，所生成的聚合物的分子量和生成 量都有增加的倾向。但是粘度等导热油的物性呈现缓慢的变化，可通过动态的定期检查，监测导热油 的劣化进展。油色的变化大致为由黄色到茶褐色进一步变为黑色。 氧化劣化：导热油高温和空气中的氧接触后，会氧化生成有机酸，有机酸可进一步促进导热油的 聚合反应，并不限于高温，温度 100℃前后也会发生，随温度的上升其反应速度加快，其结果可导致粘 度增加，油色由黄色到茶褐色，进而变成黑色。而且所生成的有机酸遇水后会对设备带来一定腐蚀作 用。 混入异物的劣化：由用导热油加热的反应设备等混入导热油中的杂物可导致： • 所混入的物质有可能成为催化剂，催化导热油的分解、聚合反应。 • 所混入的物质直接和导热油发生反应，生成分解物及聚合物。 • 所混入的物质即使不溶于导热油，也可在导热油中进行自身的分解和聚合反应。因此，导热
(2) 防止氧化劣化的措施 防止氧化劣化的原则应尽量避免高温载热体和空气的接触。在液相循环系统中，尽可能采用闭式 加热系统，即对高位膨胀槽和低位贮罐加装氮封装置进行氮气保护或配置冷油密封以隔绝空气。 (3) 异物混入的防止措施 异物，主要指那些能改变载热体的物性，使之发生分解，聚合反应的物质。要防止异物的混入， 首先要明了不能混入的原因，再针对采取有效的防止措施。 对异物混入的主要原因有： • 在生产过程中，由于热交换器的内部蛇管或管套发生破损而引起被加热物（反应原料、蒸馏
油还未发生劣化，由于混入物的自身反应，改变导热油的特性而影响导热油加热系统的正常 运行。 • 由膨胀槽、导热油配管等处脱落的铁锈混入后，也可促进导热油的分解，聚合反应。
2.2 防止劣化的有关措施 导热油热分解，用户可通过导热油科学选型、加热系统合理设计、操作规范等加以避免，尤其是
在加热系统合理设计、操作规范的前提下，导热油的品质和热稳定性是由供货商及其产品所决定的， 用户所能做得只是防患于未然，进行导热油科学选型及资质供货商的确定，这是前提保证，重中之重；
2.3 国内加热系统设计和导热油应用现状及改进建议 根据我司从业合成导热油市场推广和加热系统应用积累的近 20 年的经验，如在保证导热油选型正
确，操作规范前提条件下，用户经常性遇到的导热油劣化基本上属于氧化劣化，问题往往出在高位膨 胀槽和低位贮罐的不合理设置和不当使用。
我国导热油用户的加热系统绝大多数沿袭采用开放式常压加热系统，即高位膨胀槽和低位贮罐上 排气管与大气相通，导热油长期与空气接触。开放式加热系统严格要求高位膨胀槽油温应低于 80℃， 最好 60℃以下，导热油尽管接触空气中的氧气，但发生氧化反应的速率缓慢，如超过 80℃，导热油氧 化过程呈指数级加速劣化。实践中还发现，由于国内许多加热系统设计不合理和高位膨胀槽安装位置 过低、辅助排气阀常开启或没有关死等因素，造成高位膨胀槽内油温大都在 80℃以上，导热油发生不 同程度氧化劣化，产生大量低沸物、高沸物、有机酸等分解物，排气口不断有气体冒出，导热油损耗 大，经常性添加补充甚至出现喷油、着火等诸多安全隐患和事故发生；而国外发达国家几乎所有的加 热系统无论使用温度高低，基本上无一例外采用闭式系统（冷油封或氮封），导热油封闭运行，尤其是 采用惰性气体氮气（N2）对高位膨胀槽和低位贮罐进行氮封保护，以隔绝空气，可彻底避免导热油的 氧化劣化并有效减少导热油的挥发。
然气、液化气、煤、水煤浆等。导热油加热炉是加热系统的核心部位，相当于人体血液循环中的心脏 器官。其热效率和节能性是选择加热炉优先考虑的重要因素。
(2) 循环油泵 加热系统中的循环油泵相当于汽车发动机，如循环油泵停止工作，则供热循环中断，加热炉中的 加热管处于空烧状态，从而导致加热炉中的导热油出现严重热分解而结焦结炭，同时加热炉内导热油 因局部过热，体积急剧膨胀，易发生喷油、着火等安全隐患。 选择循环油泵时需注意导热油的高温性、可燃物的渗透性以及导热油的倾点和粘度。导热油倾点 和粘度小则流动性好、可泵性佳，所选油泵功率可相应降低，以利于节能省电。