导热油炉供热系统常见问题探讨

陈玉梅 李尹建 周 晖 杨 泉

中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

近年来，导热油加热炉供热系统在工业生产领域中的应用日益广泛，使用数量也成倍增加。导热油能在较低压力下获得较高温度，有较好的热稳定性；但也易燃且渗透性强，一旦泄露易引起火灾事故。因此，为了使导热油炉供热系统安全可靠运行，无论在设计制造上，还是在安装使用上，每个环节都应严格执行有关标准规范。

1 导热油炉供热系统简介及特点

1.1 简介

导热油炉供热系统属于间接加热，燃料在炉内进行充分燃烧并通过辐射、对流方式传递给管内流动的作为加热介质的导热油；导热油获得热量后用循环系统送至用热设备，导热油与用热介质进行充分换热后重新进入热油炉加热，如此往复循环将热能源源不断地传递给用热介质。

1.2 特点

a）导热油具有较高的热容量和较低黏度，在常压下导热油的初馏点比水的蒸发温度要高出数倍。以高温传热用导热油代替水蒸气，就能以低压供热系统取代高压供热系统，降低设备和管道投资。导热油可提供350 ℃高温热源而压力只有0.5～0.8 MPa，系统安全性非常高。

b）导热油很稳定，不会对热油炉炉管造成腐蚀；不需要采取复杂的处理过程，长时间运行不易分解。

c）一套导热油炉供热系统可同时提供不同的用热设备，并可根据用热端热负荷变化自动调节系统热量分配，尤其适合大型供热系统。

d）相比蒸汽系统，导热油系统不需要大量的水处理设备，维护费用低、系统简单、输送方便［1］。

e）一套导热油炉供热系统可提供不同温度段热源（双温位或多温位热源），不仅满足了热用户对热媒参数的不同要求，且每个系统单独设置热油循环泵、环网系统流量和扬程的分解，节省了电耗，提高了泵效，节约了能源。在导热油炉供回油温差允许的情况下系统可扩展为多温位多泵的分布式供热系统［2］。

2 导热油炉供热系统常见问题

保证导热油炉供热系统的安全运行是系统设计的前提条件，为热用户提供符合供热品质要求的热源是最终目的。笔者结合工程实例就导热油炉供热系统设计、安装的有关问题作如下探讨。

2.1 正确选择导热油

根据导热油的特定使用条件，所选用的导热油必须符合一定的技术要求，须考虑的要点是较低的黏度，优良的热稳定性，尽可能高的闪点，良好的热传导性能，无腐蚀、无毒、不易燃，使用后的废弃油品易于处理［3］。

由于导热油的低温黏度会影响到导热油炉供热系统在可能的最低温度条件下的启动，尤其当系统或设备处于室外且没有辅助加热条件时，导热油的低温黏度显得尤为重要，故其黏度应能满足系统在特定低温条件下启动的基本要求。导热油的工作黏度对其在管道中的流动性质、流动阻力大小有重要影响，导热油的适当黏度和管内流动的紊流状态可以加强热交换效果。

导热油的热稳定性对于供热系统的操作安全性具有重要的意义。一般情况下，大多数导热油都是混合物质，由于其中低沸点物质会在正常操作条件下被蒸发，这些低沸点物质还会降低导热油的黏度和闪点，并对其传热性能产生严重的影响，故导热油中的低沸点物质必须被排出。如果导热油的操作温度继续升高，其中高沸点物质将会发生“缩聚”，从而产生一些高黏度物质，这些胶（焦）质状物质会粘附（沉积）在管道和换热设备的换热面上，严重影响设备的换热效果和供热系统的循环。

另外，在导热油使用温度选择上，导热油的最高使用温度必须高于导热油炉设计规定的供热温度，并高于导热油炉中任一受热面部位的导热油可能达到的最高实际工作温度。一般来说，生产工艺中的用热温度必须低于导热油设计供热温度＞20 ℃。液相炉运行中进出口油温差一般应控制在20～40 ℃，不宜＞60 ℃。

2.2 推荐流速

SY/T 0524-2008《导热油加热炉系统规范》第6.1.4条规定：为防止炉管中导热油过热分解与积碳，辐射管导热油流速不应小于2 m/s，对流管导热油流速不应小于1.5 m/s［4］。有机热载体（导热油）在受热面管内流动会形成边界层，其厚度会影响边界层的介质温度。边界层越厚，该处介质温度与主流温度之差越大，使边界超温，导致导热油分解、聚合成胶质，形成残碳沉积于管壁。残碳进一步恶化传热，加速导热油变质、失效。边界层厚薄与流体在管内流动状态有关。流体力学理论认为，雷诺数Re≤2 230 时，管内呈层流；Re＞2 230 时，管内呈紊流。形成紊流状态才能获得较薄边界层。

若导热油流速过高，受热面管内阻力则过大。以某工程设计为例，导热油炉受热管管径为定值，导热油炉进出导热油温差较小，在一定换热量下循环油量较大，致使管内导热油流速高达3 m/s，实测导热油炉本体水力损失已高达0.4 MPa。实践证明，导热油流速达到1.5～3.0 m/s，雷诺数2 230＜Re≤4 000 时，导热油在受热面管内呈紊流状态，既可得到较薄边界层，强化传热，降低边界层温度，又不会有过大阻力。受热面的热负荷强度不同，管内导热油流速要求也不一样。辐射段管内流速≥2 m/s，对流段管内流速≥1.5 m/s，符合实际。

2.3 膨胀罐安装位置

膨胀罐有储存导热油受热膨胀量、补充导热油、排除系统中气体、置换热介质的作用，是导热油炉系统中的重要安全装置。

《有机热载体炉安全技术监察规程》［5］第21 条4款规定：膨胀罐一般不得安装在有机热载体炉的正上方，以防因膨胀而喷出的有机热载体引起火灾。膨胀罐的底部与有机热载体炉顶部的垂直距离应不小于1.5 m，该点只是针对安全要求而言；但膨胀罐一般由独立的钢架托起，托起高度为导热油通过最高点1 m以上，主要为稳定系统循环，并吸收因导热油温度的升高而产生的体积膨胀量；同时对循环泵的入口加压，防止泵的汽蚀。

《有机热载体炉安全技术监察规程》［5］第21 条6款规定：膨胀罐和膨胀管不得采取保温措施，膨胀罐内的有机热载体的温度不应小于70 ℃。其目的是防止导热油高温氧化。导热油的氧化速度与温度有关，＜70 ℃时，氧化不明显，＞100 ℃时，随着温度的升高，导热油氧化速度加快，并迅速失效。

导热油炉供热系统在开始投运的脱气过程中，一般是热油经过膨胀罐，使系统内气体通过膨胀罐排气阀排出，这时温度＞70 ℃。《有机热载体炉安全技术监察规程》［5］对高温的限制是为了避免导热油在高温状态下出现高温氧化，因此设计时应将膨胀罐设计为封闭容器，气相空间应采用氮气覆盖，以避免高温导热油与空气接触。

新疆塔里木地区缺少水资源，为减少水资源的浪费，供热系统常采用导热油供热系统。笔者所设计的几个工程中，导热油炉供热系统都采取闭式循环，且对膨胀罐和储油罐均设氮气覆盖系统，运行多年，每年取样检验，导热油的品质均无变化。经调研，该地区的导热油炉供热系统如果均未对膨胀罐和储油罐设氮封保护系统或氮封运行效果不可靠，导热油的品质都会出现不同程度的变质。

在实际应用中，可采用“液封”，保证膨胀罐、储油罐的内导热油与空气的接触。该方式容易实现，避免了氮气消耗和因氮封系统控制失效而导致的油品变质。

2.4 储油罐容积

储油罐有存储来自系统的导热油，实现二次油汽（气）分离及排气，提供系统所需补充的导热油，排除水分，冷却热油等作用。导热油储油罐应尽可能放在加热系统最低位，以便放净系统中的导热油。《有机热载体炉安全技术监察规程》［5］第22 条1 款规定：储油罐的容积应不小于有机热载体炉中有机热载体总量的1.2 倍。在进行维护检修时，需将导热油炉本体、用热设备、管路及附件内的导热油全部放尽，因此储油罐容积应能接收系统最大隔离空间的导热油。

2.5 管路系统

2.5.1 增设旁路调节的必要性

当用热设备减少，系统热负荷降低时，导热油的循环流量也随之减少。若不及时调节，将造成受热面管内导热油流速过低的问题。因此，导热油炉供、回油总管之间应装设循环旁路管道及调节阀。根据用户端的热负荷变化，自动调整调节阀的开度，保证导热油炉内所需的循环流量（炉内盘管定流量），维持炉内盘管导热油流速为设计流速，避免出现因盘管内流速过低使盘管内导热油过热而结焦，影响使用寿命。

2.5.2 管路的严密性

虽然一般导热油的闪点、燃点和自燃点较高，但仍属于可燃物质，其渗透性极强。由于自身温度高，又接近火焰，当导热油炉循环系统内泄漏或渗出的油气达到一定量时，就会被点燃或自燃，造成火灾。因此导热油炉供热系统必须防泄漏。在设计过程中，可以采取以下措施预防泄漏［6］：

a）管道应采用焊接连接，必须使用法兰连接时，应采用公称压力≥1.6 MPa 的榫槽式法兰、平焊钢法兰或凹凸式法兰，其垫片采用金属网缠绕石墨垫片或膨胀石墨复合垫片作密封材料，以带内外加强环结构型式最为适宜。

b）所有与导热油接触的管道应采用20＃ 无缝钢管，管道及附件不得采用铸铁或有色金属制造。安装施工中，所有焊缝需试压检漏。

c）导热油炉供热系统中使用的阀门应耐油、耐高温、抗渗透、耐压且具备高热强度。普通截止阀因结构原因，密封垫片和填料往往不能满足导热油高温工作时的防渗透要求，易造成泄漏，因此，选用防漏性能较好的改进型波纹管截止阀。

2.5.3 管路系统试压

通常导热油炉供热系统的工作压力＜0.6 MPa，故导热油炉供热系统的管路压力试验，宜采用空气试压。工程上通常用水对管路系统进行试压，但由于水压试验后不易将水排除干净，残余水分会因急剧受热大量蒸发汽化，造成油路汽塞、循环不畅，引起暴沸喷油事故，危及安全运行。若导热油炉供热系统进行水压试验，则需在试验后将系统管路中的水彻底排干净，并应用压缩空气吹干系统，避免在系统内的管线低点、死角处留水。

2.6 系统运行

2.6.1 系统脱水排气及升温

水分对导热油来说是一种污染，每一种新导热油都或多或少的存在一些水分，新导热油的水分含量一般控制在300×10-6以下，不会影响系统的正常运行。如果水分含量过高，会引起循环泵气蚀，系统压力上升，导致不必要的排放。因此“脱水操作”十分关键，“脱水操作”一般是通过高位膨胀罐进行，操作时首先使导热油循环到系统所有部位，然后逐步升温至100℃；当导热油温度升至100 ℃时，维持此温度循环2～3 h，以脱除系统中可能残存的水。系统流量压力稳定后，排气基本结束［6］。

确认系统中无水存在，并在工艺主体装置允许时，才可继续为导热油升温。用热设备见液位后，在各级流量、压力稳定后，逐步升高系统温度，直到最高需求温度。升温速度通过调节温度控制器以每10 ℃为1次增量升温。每次升温前，对其内部的导热油还未形成流动的设备，应适当调试阀门，使其内部的导热油加入到循环系统中，参与循环加热以蒸发脱水。

系统运行时导热油组分中的低沸点物质产生的油品蒸气应通过系统设置的油气分离器排放；也可设置排气流程，系统运行一段时间后，定期打开辅助排气阀，通过高位膨胀罐随氮气一起排放，保证系统的正常运行。

2.6.2 系统补油

导热油在运行过程中有自然损耗，要注意及时补加，保证液相炉高位膨胀罐中的液位。在添加新导热油时，注意脱除新导热油中的微量水分。不可贸然将温度升到＞100 ℃，否则会因突然超压引起爆沸使导热油大量流失，严重时甚至会使受压元件破裂。在热态运转的系统内，不能直接加入未经脱水的冷介质。另添加新导热油时，应添加同一品种油品，不同物性的油不能混合使用［7］。

2.6.3 系统停运

液体炉依靠循环泵强制循环，导热油炉供热系统停运时应先停加热炉燃烧器，循环泵继续运行，直至系统导热油的温度降至＜100 ℃，才可以停止循环泵运行。如一旦发生停电，循环泵停运时，要及时采取措施，避免盘管内导热油因不流动而超温（因为此时炉膛内的红火与炉墙的高温辐射足以使受热面温度升高）。如果没有自备电源或不能立即启动循环泵，应当先打开炉门，打开高位膨胀罐与炉体的连接阀门，让高位膨胀罐内冷油流入炉内盘管，同时可将炉内热油放入低位储罐，必要时用手摇泵将低位槽的油抽向高位膨胀罐，保持炉内油的流动，直至炉膛温度＜300 ℃，油出口温度降至＜100 ℃为止［7］。

3 结论

为保证导热油炉供热系统的安全运行，除了要认真学习并贯彻执行 《有机热载体炉安全技术监察规程》、SY/T 0524-2008 《导热油加热炉系统规范》、GB 23971-2009《有机热载体》外，还要注意在贯彻标准规范的过程中，需处理好标准规范与实际相结合的问题，结合工程实际情况，对热循环系统全盘考虑，设计出安全、合理、经济，令顾客满意的导热油炉供热系统。

［1］赵淑珍，刘宗信.大型锅炉房系统的设计与研究［J］.天然气与石油，2011，29（2）：75-78.Zhao Shuzhen，Liu Zongxin.Design of Large Boiler House System［J］.Nature Gas and Oil，2011，29（2）：75-78.

［2］杜茂敏.导热油炉供热系统在油田生产中的应用前景［J］.石油和化工节能，2006，（6）：13-15.Du Maomin.The Prospect of the Heating System with Heattransfer Oil Application on Oil Production Field［J］.Petroleum&Chemical Energy Conservation，2006，（6）：13-15.

［3］周国庆，孙 涛.工业锅炉安全技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2009.19-150.Zhou Guoqing，Sun Tao.Safety and Technical Manual of Industrial Boiler［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2009.19-150.

［4］SY/T 0524—2008，导热油加热炉系统规范［S］.SY/T 0524-2008，Code for Heater System with Heat-Transfer Oil［S］.

［5］劳部发［1993］356 号，有机热载体炉安全技术监察规程［S］.The Labor Department Released ［1993］No.356，Safety Technology Inspection Procedures of Organic Carrier Heat Boiler［S］.

［6］冯维君.有机热载体炉安全技术［M］.北京：中国锅炉压力容器安全杂志社，1994.73-108.Feng Weijun.Safety Technology of Organic Carrier Heat Boiler［M］.Beijing：Safety of Boiler and Vessel Press，1994.73-108.

［7］叶 帆，羊东明，付秀勇，等.大涝坝站导热油系统运行工况分析及防护对策［J］.石油与天然气化工，2007，36（6）：462-464.Ye Fan，Yang Dongming，Fu Xiuyong，et al.Analysis Operation Condition and the Preventive Countermeasures of Heater System with Heat-transfer Oil［J］.Oil and Natural Gas Chemical Industry，2007，36（6）：462-464.