导热油炉的清灰除焦与运行检验研究*

汪琦俞红啸 张慧芬 罗晓明 严祯荣 杨宇清

（上海热油炉设计开发中心)(上海市特种设备监督检验技术研究院)

导热油炉的清灰除焦与运行检验研究*

汪琦**俞红啸 张慧芬 罗晓明 严祯荣 杨宇清

（上海热油炉设计开发中心)(上海市特种设备监督检验技术研究院)

分析了导热油炉炉管外壁积灰结垢的原因和清灰除垢的方法，并研究了炉管内壁导热油变质结焦的原因，讨论了炉管内壁清垢除焦的清洗方法。在实际操作过程中可通过导热油炉运行检验指标，即进出口油温度差、进出口油压力差、排烟温度等，来确定炉管内、外壁上的积灰结垢情况，以便采取相应的措施进行吹灰清焦。如果判定炉管内壁上有结焦时，可以先采用超声波对结焦层进行测厚检验，然后再使用热油炉清洗剂进行清洗除焦，以保证导热油炉达到额定供热量。

导热油炉 炉管 外壁积灰 内壁结焦 清灰除焦 运行检验

导热油在使用过程中受到过热超温、氧化变质和化学污染等因素的作用时，会发生品质变化，并且在绝大多数情况下，导热油的品质变化是不可逆变化。这些变化会造成导热油炉及供热系统的安全事故。所以，导热油炉受热面的炉管外壁上积灰结垢应该及时吹扫清除，而炉管内壁的积炭结焦也要迅速进行清洗。否则就会加速导热油的分解与氧化，不仅会缩短导热油的使用寿命，而且还会使导热油炉受热面和用热设备散热器的管壁沉积焦垢，降低其传热效率，甚至造成导热油炉受热面管壁超温而发生爆管事故。

1 炉管外壁的清灰除垢

燃煤导热油炉的炉排上煤炭燃烧中心区域温度通常高于灰熔点，故飞灰到炉膛喉口处会粘到前后拱，从而会结成大块焦渣。而煤炭燃烧后的灰渣被高温熔化后，会落在炉膛耐火砖或螺旋盘管表面上凝固，粘结成硬块从而形成了积灰结垢[1]。当炉管外壁积灰、积炭黑以后，导热油炉的排烟温度和烟气阻力就会上升，从而使燃烧工况更加恶化，并且还加大了风机耗电量，降低了炉子热效率。而当炉管外壁的表面上积垢结焦以后，就会使导热油炉出力降低，甚至满足不了生产用热的要求。另外，沉积在导热油炉对流室烟道内的油垢炭黑，在一定量的空气和高温条件下，当遇到火星或烟气温度较高时就可能发生二次燃烧，从而会使排烟温度异常升高，出烟口冒黑烟，严重时出烟口外壳呈暗红色，烟道不严密处有火苗窜出，这样就有可能烧毁导热油炉和空气预热器。

导热油炉炉管受热面的积灰不但使排烟温度升高，炉子热效率下降，同时还会造成炉子出力不足，供热量不能满足生产要求。当采取加强燃烧措施来提高热出力时，未积灰的裸露炉管受热面就会出现局部热负荷过分集中而使壁温大幅度升高。其结果是这部分受热面的内壁上加速超温分解析碳，内壁上很快形成焦垢，以致传热进一步恶化，直到炉管烧毁。所以有吹灰器的导热油炉应定期吹灰，吹灰时需加大引风，顺着烟气流向从炉前向炉后逐步吹过去。没有吹灰器的导热油炉可使用化学清灰剂。燃煤导热油炉使用氧化型清灰剂，成分为碱金属硝酸盐混合一些助燃剂或分散剂；燃油导热油炉的化学清灰剂以还原型为主，主要成分为铵盐混合一些活性剂或添加剂。它们都是在燃烧时产生碱金属阳离子附着在受热面上，有防止灰垢沉积的作用。它们产生熔融的硝酸盐与受热面上的灰垢形成低熔物，使灰垢疏松、变脆易于脱落，并且还有防蚀、催化助燃的作用[2]。将化学清灰剂撒入炉膛红火上燃烧成白色烟雾，与积在受热面上的烟灰起化学反应，使烟灰疏松、变脆从而脱落。最后停炉检修时，待炉体冷却后用压缩空气或高压水冲刷，彻底清灰除垢。

2 导热油变质结焦形成的原因

2.1 热分解

任何一种导热油在升温的情况下都会发生分解，分解出低沸点组分和高沸点组分。若发生深度分解，则生成炭粒而结焦。分解出的低沸点组分以气体形式从高位膨胀槽放空管排出，高沸点组分则使导热油增加黏度。这个热分解速度与温度成正比。导热油温度超过一定的限度，热分解速度将成倍增加。

2.2 氧化

导热油与空气中氧气接触发生氧化反应，其颜色逐渐加深，且黏度增大。氧化反应的结果是生成有机酸并缩聚成胶泥，形成胶质物，有机酸则会对金属造成腐蚀。导热油的氧化速度与温度有关，在100℃以下，与空气接触氧化不明显，而到200℃以上，氧化就会以较高的速度进行。

2.3 化学污染

导热油的化学污染主要来自供热系统外部，有两种途径可以导致供热系统内导热油污染。一种是来自于工艺系统中被加热介质的泄漏。当被加热介质侧的操作压力高于导热油侧的操作压力时，若换热设备存在缺陷，系统内就有可能发生被加热介质的泄漏。另一种是新安装的设备及管线未消除内部存在的污染物质，造成导热油进入供热系统后被污染。

2.4 结焦形成的原因

导热油在高温状态下连续循环使用，也会发生热分解。其中一部分会分解成挥发性较大的低沸物，随循环进入汽液分离器，由膨胀管通向膨胀槽排出炉外；另一部分则成为高沸点物质——黏糊状的胶质。导热油产生胶质的初期，胶质悬浮于油中，在循环中部分胶质可通过导热油过滤器滤掉。但随着导热油炉使用时间的延长，由于高温、氧化等因素生成的高沸点胶质越来越多，一部分胶质会粘在炉管内壁上，从而使炉管壁温进一步升高，胶质物在高温作用下逐渐发黑变硬，在炉管内壁上形成结焦。结焦导致传热进一步恶化，最后导致炉管烧穿，引起火灾事故。

3 炉管内壁的清垢除焦

导热油炉即使在正常使用时，炉管内也总有一部分导热油会发生热分解。导热油炉经较长时间运行后，导热油黏度增加，流动阻力增大，流速降低，传热条件逐渐恶化，于是造成了炉管内壁焦垢的沉积。如果使用不当、局部超温或者发生加速氧化，将会使导热油析出焦垢的过程大为提前。焦垢的传热系数很低，一旦生成结焦，很快会使该处炉管受热面金属超温，并导致炉管强度削弱而发生鼓包、开裂和泄漏事故[3]。为了防止事故的发生，对导热油炉受热面的炉管内壁应该至少一年清洗一次，使用导热油炉清洗剂对炉管内油垢、焦垢进行清洗。为了保证化学清洗效果，最好是将导热油炉与供热系统（包括管道和用热设备的散热器）一并清洗，因为导热油变质结焦后，整个油路系统管道内同时会产生沉积，尤其是用热设备内的焦垢对传热影响很大。

化学清洗通常采用碱液清洗或化学清洗剂清洗。碱液清洗是将导热油炉、高位膨胀槽、低位储油罐内残油放尽，加入10%的苛性碱水溶液，并加入洗涤添加剂，使碱液充满系统，然后加热至90℃左右，循环8 h，冲洗所有的设备和管线。大部分沉积物会分散到碱溶液中，由回油管滤网除去或由系统排泄管排出。清洗完毕后，打开低位排放液阀，排放出清洗液。碱液清洗对炉管内壁的胶质沉积能较好地清除，而对已完全焦化的结焦层，则较难清除干净。

化学清洗剂是由渗透促进剂JFC、表面活性剂、OP、磷酸三钠、钾皂、十二烷基苯磺酸钠等多种药剂复配而成，对碳钢金属无渗氢腐蚀，无碱脆现象，是安全性较高的水基型清洗剂。药剂在1%～3%浓度，可作为预洗剂使用，在85～95℃情况下能够有效去除残留油脂及部分中温沥青质垢；而在10%～12%浓度下，并加热至85～95℃，循环24 h，能够有效去除中高温积炭垢，清洗1～10 mm厚的结焦层。清洗完毕后放出清洗液，再注入清水加热至85～95℃循环多次，直至系统内残渣污物清除干净为止。最后用压缩空气吹扫，将系统内残余水分吹净，就可重新投入运行。

4 运行检验

导热油炉的运行要求是保持出口油温度和出口油压力的稳定，保持燃烧良好，提高炉子的热效率，从而保证导热油炉的安全运行。通过导热油炉的运行指标检验，包括进出口油温度差、进出口油压力差、排烟温度，来观察炉管内外壁上的积灰结焦情况，并采取相应的吹灰清焦措施。如果判定炉管内壁沉积有焦垢层时，可以先采用超声波进行厚度测量检验，然后再使用热油炉清洗剂进行清洗除焦。

4.1 进出口油温度差

进出口油温度差既反映了导热油炉的供热量是否达到额定出力，又反映了用热设备的热负荷。若出口油温度高而回路的进口油温度低，就说明用热设备的热负荷大，而出口油温度始终能维持，则表明供热系统匹配；若出口油温度逐渐降低，则表明热油炉出力不够。反之，进出口油温度差小，就说明用热设备的热负荷小，应考虑增加旁路，使热负荷与热油炉出力相匹配。当回油温度提高，进出口油温度差减小时，说明用热量减少，应相应减弱燃烧。但有时回油温度高而用热设备的温度却上不去，不能满足生产需要，这时如果减弱燃烧，那么与生产需要会相差更大。采用提高出口油温度的方法来提高供热量，也往往会事与愿违。因为回油温度高而用热设备温度上不去，并不是由于导热油炉的供热量不足造成的，应该从用热设备上寻找原因。例如，用热设备的散热器油路设计不合理，造成流量分配不均；用热设备油管道结垢，流通截面减小而流量不足；散热器内结垢传热效率降低等，都会使用热设备的温度上不去。如果盲目采用提高出口油温度的方法来提高供热量，结果会使出口温度达到或超过导热油的最高允许使用温度，加重结垢与结焦程度，用热设备的散热器传热效率也将会更低，从而形成恶性循环，直至炉管超温爆裂被迫停炉。

4.2 进出口油压力差

导热油升温至工作温度时，进出口油压力差反映了导热油炉内的流动阻力。在运行过程中如果进出口油压力差逐渐增大，而出口油温度又降低，就表明导热油炉管内有结焦，导热油开始劣化变质产生胶体，黏度增加，从而增大了流动阻力。这时应准备对导热油炉和供热系统进行清洗，并更换新的导热油。反之，如果油压力差明显减小，可能是循环导热油泵抽空，流量不足之故。当流量过小时，炉管内油的流速低，管壁会过热结焦，这就加速了导热油的劣化，同时也减小了炉管的流通截面。所以，这时应该对导热油炉和用热设备以及系统进行化学清洗，并更换新的导热油。

4.3 排烟温度

排烟温度反映了导热油炉受热面的吸热状况。

当受热面上积灰与结焦时，会严重影响热量的吸收，并使排烟温度增高。而当导热油炉的炉管爆裂或泄漏时，会在炉膛及烟道内发生燃烧，并使排烟温度急剧升高。

导热油炉出口油温度低、供热量不足而排烟温度又超过了300℃，发生这种情况主要原因是炉体受热面的炉管外壁积灰与结焦，从而致使吸热量减少，这时应该及时吹灰与清焦[4]。如果导热油炉出口油温度低并且排烟温度也低，应该考虑是燃烧问题。虽然热油炉烧正压，但鼓风量却开不大，燃烧强度较低，炉内温度也就提升不高。这时应着重检查导热油炉后部出渣机、除尘器出灰口的水封面是否封闭好，炉膛及烟道内有无大量冷风漏入，而这时引风机电流正常或偏大。如果水封面严密，引风量开足，但引风机电流却小于正常值，其主要原因可能就是烟道严重堵灰，应该打开清灰门清除堵灰。

5 结束语

导热油炉在实际运行过程中，炉管外壁上会沉积一层烟气积灰结垢层，而炉管内壁上也会附积一层导热油结焦积垢层，这就增加了炉管受热面传热的热阻。由炉管壁受热面的传热系数计算法可知，炉管壁的热阻在传热计算中可以忽略不计，而炉管外壁烟气积灰结垢层的热阻和炉管内壁导热油结焦积垢层的热阻却对传热效果影响非常大。所以在导热油炉的清洗过程中，需要同时对炉管外壁积灰结垢层和炉管内壁结焦积垢层进行定期清洗除垢。此外，平时还应加强定期自检，保持炉管内外壁的清洁。这样炉管外壁积灰结垢层热阻和炉管内壁结焦积垢层热阻对传热的影响就可以同时消除，其结果就是炉管壁受热面的传热系数可大幅度提高，导热油炉的供热量将更加充足，而炉子的热效率也将会更高。

[1]汪琦，汪萍.炉管外壁灰垢层的研究[A].第八届全国工业炉学术会议论文集[C].烟台：2011：191-197.

[2]汪琦，季炳奎，季俊.导热油炉内炉管外表面的清洗[A].第十六届全国热载体加热技术交流学术会议论文集[C].常州：2009：45-47.

[3]汪琦.螺纹管对导热油的强化传热和结焦预防研究[J].化工装置技术，1997，18(3)：8-9.

[4]汪琦，季炳奎.有机热载体加热炉的受热面清洗[J].化工装备技术，2010，31(2)：47-48.

Research on Dust and Cocking Removal and Operational Test of Hot Oil Furnace

Wang Qi Yu Hongxiao Zhang Huifen Luo Xiaoming Yan Zhenrong Yang Yuqing

This article analyzes the reason for dust formation on the outer wall of hot oil furnace tubes and the ways to remove it,studies the reason for degradation and coking of heat transfer oil on the inner wall of furnace tubes and discusses the removing and cleaning methods.During the actual process,the operational test parameters (i.e.,oil temperature and pressure difference between inlet and outlet,exhaust gas temperature and so on)of hot oil furnace are used to evaluate the level of dust amount on both sides of furnace tube,in order to adopt a better blowing and removal treatment.If coking is confirmed to exist on the inner wall of furnace,ultrasound wave can be employed firstly to determine its thickness,then use hot oil furnace detergent to wash it away,to ensure the hot oil furnace providing the rated heat.

Hot oil furnace;Furnace tube;Outer wall dust;Inner wall coking;Dust and coking removal; Operational test

TQ 054

2015-01-28）

上海市质量技术监督局科研项目（No.2014-43）。

**汪琦，男，1961年生，硕士，高级工程师。上海市，200042。