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从导热油的结焦机理看选择优质导热油的必要性

发布日期:2018-04-04 作者: 点击:

导热油换热介质在作业过程会发生结焦现象,这是一个复杂的 化学变化过程。其实任何品质的导热油产品在遭遇高温、高压和空 气交换的条件下,都有发生劣化结焦的倾向性。从其结焦的过程分 析,导热油在使用过程中首先会发生烃基分子链的断裂,这种化学 性质的分子裂变往往受着介质的不饱和成分影响最深,精制程度越 高的换热介质,其化学稳定性和热稳定性更高,反之则越低。如果 较多的导热油介质成分发生类似的化学变化,会导致整体导热油组 分的低沸物组分增加,导热油的挥发性增强,同时伴着换热系统内 部饱和蒸汽压更高,换热系统的循环换热性能变弱。   


另外,导热油的裂化形成的烃链自由基成分会再次重组,这就 是导热油产品的缩合现象。缩合是一个复杂的不可控的化学合成过 程。这个过程首先产生的就是系统中的胶质成分,这是一种很难分 解和处理的高沸物质,质量好的导热油能将胶质悬浮于油中,在循 环过程中,可将部分胶质通过过滤器滤掉。如果导热油的溶解度达 到过饱和状态,高沸物就会粘附在管内壁,即使有一小部分胶质附 着在炉管内壁,就容易形成结焦。导热油在换热系统中结焦,一般 分以下四个阶段。   


诱导阶段   烷烃类导热油在导热油炉炉管金属表面受热作用下,主要发生 二大类化学反应:一类是裂解反应,另一类是缩合反应。裂解反 应,使烷烃类大分子分解为小分子,导热油理化指标表现为粘度、 闪点变小。缩合反应使烃类大分子缩合成芳烃等更大分子,在这些 化学反应中,其主要反应产物路线是:烷烃一稀烃一芳香烃一稠环 芳烃一胶质一沥青质。   由此可见,反应过程中的分子量是逐步增大的。如胶质分子量 在600~1000间,沥青质分子量在700~40000间,这些大分子物质在导 热油中自行分离出来,其分离出来的胶质和沥青质是粘糊状的,它 在导热中起诱导因子作用,继续诱导导热反应。   


吸附阶段   导热油经加热生成胶质和沥青质成分向炉管金属表面的迁移或 被金属表面的吸附 吸附是导热油的沥青质发生在炉管金属表面上的 表面现象,吸附可分为物理吸附与化学吸附。物理吸附多在较低温 度时进行,化学吸附都在较高温度时进行。物理吸附是范德华引力 作用的结果,没有电子偶的形成。它可以是单分子吸附,也可以是 多分子吸附。但并不一定在第一层吸满以后才吸附第二层,也不一 定在第二层吸满以后再吸附第三层,属于不规则吸附。可是化学吸 附却只是单分子吸附,它在吸附过程中生成化合物。导热油中沥青 质在炉管金属表面主要是物理吸附,而且吸附的厚度是不均匀的、 很软粘糊状沥青质。当温度增加后,碳与钢可能会发生吸附生成化 合物,此时就要影响炉管质量,使炉管发脆 。   


硬化阶段   沥青质附着炉管壁上继续受热会硬化,生成结焦。结焦相对来 说比较硬的,传热系数又很小,是非传热物质。它在金属表面增加 一层结焦层后,起到隔热作用,故结焦在导热油炉使用中无一好 处。在硬化阶段中,结焦的主要化学反应是脱氧反应。随着脱氢程 度不同,生成结焦的形状也不同。


主要分为三种: 一、海绵状焦, 也称无定形焦,C/H比小;焦块疏松,硬度低,结焦中含油量大, 在火中易燃烧,在炉管中易清除。 二、蜂窝状焦,也称同性焦,C /H比中等;焦块内部结构呈蜂窝状,硬度中等,结焦中含油量少, 在火中不易燃烧,在炉管中清除困难 。三、针状焦,也称异性焦, C/H比高;焦块内的孔隙是均匀定向和呈细长椭圆形,破碎时焦块 裂成针状的焦一片或玻璃状,硬度高,结焦中含油量极少,在火中 不燃烧,在炉管中清焦很困难。   


脱落阶段   脱落是吸附的可逆过程。在吸附过程中,沥青质被导热油炉的 管壁金属表面吸附上去,同时也有沥青质在导热油炉的炉管金属表 面脱落下来,这是方向相反的两个过程。在这两个过程进行到速度 相等时,就建立起吸附平衡,吸附量达到最大值。流体力学理论认 为,雷诺数R≤2230时。流体在管内呈层流状态:当雷诺数R≥4000 时,流体在管内呈湍流状态。湍流状态下,焦在管壁表面的吸附速 度较慢,脱落较多。实践证明,当管内导热油的流速达到(1.53)m/ s时,就可以得到较薄的边界层,导热油在管内结焦较少,达到强化 传热。不同的受热面的热负荷强度不同,管内导热油流速的要求也 应不一样。《有机热载体炉安全技术监察规程》规定,对于辐射段 管内流速不低于2.0 m/s;对于对流段管内流速不低于1.5 m/s, 从而增加导热油滞流程度。减少传热边界层中滞流底层厚度:减少 对流传热热阻,提高对流传热系数,起到机械防焦和强化导热油流 体传热的目的。

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关键词:导热油,高温导热油,导热油在线清洗剂

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