导热油热媒系统在化工生产中的应用

吴景龙，张正国，吴松海，武明臣

(1.中海油能源发展珠海精细化工有限公司，广东 珠海 519055；2.天津大学化工学院，天津 300072)

导热油热媒系统在化工生产中的应用

吴景龙1，张正国1，吴松海2，武明臣1

(1.中海油能源发展珠海精细化工有限公司，广东 珠海 519055；2.天津大学化工学院，天津 300072)

导热油热媒系统是一种能在低蒸汽压下进行高温热量供给的热能装备系统，该系统具有传热效果好、节能输送和操作方便的特性，而导热油在使用过程中常因为热流强度过大或加热管内设计流速偏低而结焦, 影响传热, 减少导热油寿命, 甚至威胁系统的安全。针对以上问题，就导热油热媒系统工艺组成及导热油劣化的原因进行分析并研讨清焦措施。

导热油；热媒系统；变质；清焦

0 引言

导热油是一种高效的有机热载体传热介质，主要因为它在较高的工艺温度下饱和蒸汽压远小于水的饱和蒸汽压而表现出独特的优越性。导热油热媒系统替代了原有工艺高温蒸汽加热的方式，弥补了加热不均匀，热稳定性差，造成产品质量不稳定的缺点[1]，且无毒无污染。然而导热油在加热炉中受热时 (主要是辐射段 ), 较高的运行温度会加速导热油的劣化、降解，常常因为热流强度过大或加热管内设计流速偏低而使热边界层加厚, 热阻增大, 膜温升高, 造成导热油结焦, 残炭积于管壁, 影响传热, 并可进一步产生局部过热, 形成恶性循环, 使导热油寿命减少,甚至威胁系统的安全。经验的做法都是往系统中注入新鲜导热油，而从未对导热油进行过再生或更换。导热油价格昂贵，因此，规范地使用和维护，延长导热油使用周期是提高经济效益的重要手段。本文就导热油热媒系统中导热油劣化的原因进行分析并研讨清焦措施。

1 导热油的性质及劣化

导热油大致可分为矿物型导热油和合成型导热油。矿物油是以石油馏分为原料加工制成，主要是烷烃，使用温度低，一般不能超过310 ℃。合成型导热油的热稳定性较好, 使用温度可达400 ℃, 但价格较贵。导热油一般由基础油加各种添加剂精制而成，基础油约占导热油总量的90%以上,可适当添加一些抗氧化剂、降凝剂、复合阻焦清洁剂等添加剂。造成导热油劣化的原因如下：

1.1 热裂解及氧化

在高温下导热油与空气发生氧化反应，热稳定性较差的烷烃、环烷烃的烷基长侧链大量断裂，发生裂解及氧化反应，氧化生成醛、酮、有机酸和过氧化物。生成的轻组分从膨胀槽排出，过氧化物容易缩合形成胶质和沥青质，牢固地黏附在管道内壁的金属表面， 严重影响传热、引起腐蚀。氧化自由基链式反应式如下：

(1)RH+O2→R·+HOO·

(2)R·+O2→ROO·

(3)ROO·+RH→ROOH+R·

在此反应链中，氧的含量和自由基的活性决定了反应的速度，而自由基的活性随着温度的升高也大幅提高[2]。导热油热媒系统运行中突然断电，炉管内的导热油急剧升温导致局部过热，会加快裂解和缩合反应的速度；氮封系统的失效，法兰连接和焊接质量存在问题，都会加速导热油的氧化降解。

1.2 杂质

杂质对导热油的影响是多方面的，一方面，部分杂质可以直接与导热油发生化学反应；另一方面，一些杂质，比如金属，能提高导热油中自由基的活性，起到催化剂的作用，加快导热油的劣化速度。导热油热媒系统管线和罐体为金属材料, 产生的铁锈可以加速导热油的变质。换热器盘管开裂后，若换热器另一程压力高于热媒系统压力，导致油窜入热媒系统，也会造成污染。

2 导热油热媒系统

导热油热媒系统由热载体炉、热油循环泵、膨胀槽、储油罐、注油泵、自动控制系统等组成。某精细化工厂的一套YQL-14000Q型导热油炉，以导热油为介质, 利用循环泵,强制导热油进行液相循环, 将热能输送给换热设备后,再返回导热油炉重新加热。具体工艺流程如图1。

图1 导热油热媒系统工艺流程

2.1 热油循环泵

热油循环泵的作用是克服导热油在循环过程中的压降损失以保证导热油的循环。最大循环量确定为[3]：

G=3.6Q/[C×(t2-t1)×ρ]

(1)

式中:G——导热油循环量；

该类维修集约范式维修程式的核心理念为“分级+定期”，采用日常维修和定期检修相结合的方式，主要开展大修、架修、年检、半年检、月检、日检等6个层级的维修活动，如表2所示。同时，根据不同城市轨道交通运营的线路、车型差异，6个层级的划分存在一定的差别。该种维修集约范式存在维修工作时间确定及维修工作时间集中性明显等特点。

Q——导热油炉的供热量，kW；

C——导热油平均比热，kJ/kg·℃；

ρ——导热油密度，kg/m3；

t1——导热油炉入口温度，℃；

t2——导热油炉出口温度，℃。

为防止导热油结焦一般取温差t2-t1≤30 ℃。停炉时必须待导热油温度降到70 ℃以下方可停止导热油循环泵的运行。

2.2 高位膨胀槽

膨胀槽有储存导热油受热膨胀量，补充导热油，排除系统中气体的作用。闭式膨胀槽一般采用惰性气体密封，工作温度一般要求≤70 ℃，设计安装在系统的最高点，膨胀槽是有热位移的设备，一边基础为固定端，一边为滑动端。和热油储槽之间设有双降液管，一方面能够满足整个系统的热油膨胀，另一方面能适当地排除整个系统的气体，具有导热油以系统全流量通过的能力[1]，膨胀槽在正常工况时保持高液位，这样可以使得在需冷油置换时有足够的导热油来防止加热炉内导热油的超温过热。

2.3 导热油炉

导热油加热炉包括本体、燃烧器、空气预热器、鼓风机、烟囱等，炉管选用20 g无缝钢管，加热炉效率≥92%，系统温度维持在250 ℃，导热油出系统压力为0.5 MPa，采用PLC控制实现全自动控制。

2.4 储油罐

储油罐的主要作用为储存膨胀器溢流出的导热油，通过注油泵向高位膨胀槽中注油，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，因此低位储油罐的容积应不小于导热油炉中导热油总容量的1.2倍。取装填系数80%，则储油罐的容积为[4]：

V=1.2×V0/0.8

(2)

V，储油罐容积，m3；V0，整个系统导热油的体积，m3。

2.5 自动控制系统

控制系统分为动力控制及仪表显示控制两部分，包含热媒流量、进出口油温、压力、烟气温度检测、一键点火控制等。

2.6 系统吹扫与排水

通常导热油炉热媒系统的工作压力﹤0.6 MPa，故导热油热媒系统的管路宜采用空压机爆破吹扫。若导热油炉热媒系统进行水冲洗，则需将系统管路中的水彻底排干净。导热油的水分含量一般控制在3×10-4以下，才不会影响系统的正常运行，如果水含量过高会引起循环泵气蚀。某精细化工厂开工时的导热油炉的升温烘炉曲线，如图2。

图2 导热油炉的烘炉曲线

3 导热油热媒系统的清焦

结焦是导热油炉的热效率降低及导热油炉失火的主要原因。可以通过适当降低热流强度、减小加热管径或提高热油流速来预防结焦，控制导热油在加热炉管内工作的适宜流速值为 2～2.5 m/s。判定导热油是否失效的直接依据是传热效果，但是真正判定导热油是否失效要依据化验数据，必要时还要色谱对比分析。为了使导热油系统长期有效运行, 必须对导热油系统进行不定期的分析检测, 诸如黏度、闪点、酸值及残炭等指标。当导热油达到报废标准时, 要及时更换并对导热油系统进行彻底的清洗, 延长热媒炉的使用寿命。导热油热媒系统的清焦措施主要为：

3.1 导热油排出系统后对传热系统的清洗

导热油热媒系统停运后的清洗主要有物理清洗和化学清洗。化学清洗分为碱液清洗和酸液清洗两大类，热媒系统中淤泥和沉积物主要是金属氧化物和导热油分解物,加入酸液或碱液后,可用溶剂除去污垢沉积物和淤泥中的导热油[5]。当形成的不溶物质完全堵塞了系统，在加热器表面形成硬焦时，需要进行机械清洗，如高压喷水管、蒸汽喷枪和带动旋转的清洁头的转动设备机械清洗等[6]，无论是化学清洗或是物理清洗，这些清洗方法均须在热媒系统停运的前提下进行，并排空导热油，将影响热媒系统正常生产，而且变质导热油的处置也将成为问题。

3.2 介质管线在线清洗

在线清洗技术(在线清洗剂结合高温物理过滤) 是在基本不影响热媒系统正常运行的前提下，将在线清洗剂直接注入管道中，清除管道内壁上的污垢。在导热油只有轻度氧化或只有轻度腐蚀的情况下，可以通过旁路过滤器过滤，使用循环泵循环清洗，施工成本低，难度小。

4 结束语

导热油作为传热介质，在现代工业生产领域得到越来越多的应用，其工艺也在不断改进。导热油的劣化是不可避免的，选择热稳定性优良的导热油,规范地使用和维护，并定期对运行中的导热油进行质量监测,预防导热油的劣化变质，可以最大限度的延长其使用寿命，是降低企业生产成本的重要手段。

[1] 田永淑，杨小伟，毕玉翠.导热油在化工生产中的应用实践[J].煤炭与化工, 2013(8):147-149.

[2] 高峰.导热油变质的原因分析及管理措施[J].化学工程与装备, 2016(5):156-158.

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Application of Heat Conduction Oil Heating Medium System in Industrial Production

WU Jing-long1, ZHANG Zheng-guo1, WU Song-hai2, WU Ming-chen1

(1.CNOOC Enertech Zhuhai Fine Chemical LTD., Zhuhai 519055, China; 2.School of Chemical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

The heat conduction oil heating medium system is a kind of heat energy equipment system which can provide high temperature heat supply under low vapor pressure. The system has the advantages of good heat transfer effect, energy saving conveying and convenient operation. However, the heat conduction oil is often heated too hot or the design flow rate of tube is too low which results in coking during using, affecting heat transferring, reducing the life of heat conduction oil, and even threatening the safety of the system. In this paper, the composition of the heat conduction oil heating medium system, reasons for the deterioration of heat conduction oil and decoking measures are analyzed and discussed.

heat conduction oil; heating medium system; deterioration; decoking

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.02.003

1002-3119(2017)02-0010-03

TE626.39

A

2016-12-05。

吴景龙，工程师，硕士，2014年毕业于天津大学化工学院化学工程专业，主要从事炼油生产与技术。E-mail：jinglongwu@126.com