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1、导热油炉及其系统的保养和清洗导热油（有机热载体）作为一种优良的传热介质，它具有高温低压的传热特点，且热效率高、传热均匀、温度控制准确，又有明显的节能效果。因此，它用于六十多个工业和部门。但是导热油无论是合成型的还是矿油型，它们都是有机物即烷烃类、环烷烃类、芳烃类及其衍生物。它们在热油炉中，在高温状态下长期运行，将发生裂解。上述各族烃裂解反应规律主要产物是乙烯及丙烯，在较高的温度下，乙烯经乙炔阶段而生成碳：而且，生碳结焦反应有一定规律，它是典型的连串反应，共同特点是随着温度的提高和反应时间的延长，不断释放出氢，残物（焦油）的含氢量逐渐下降，碳氢比（RC/h）、分子量和重度逐渐增大，即原料烃经过逐
2、步脱氢缩合，单环或环数不多的芳烃，转变为环芳烃，进而转变为稠环芳烃，由液体焦油转变为沥青质（它主要是结晶性缩合稠环芳径，其化学结构尚不清楚）。进而转变为碳青质（它是分子量更大，氢含量更低的缩合稠环芳径）。再进一步转变为高分子焦碳。液体、固体产物氢含量逐渐下降图1 原料烃在裂解过程中经芳烃逐步脱氢缩合、脱氢交联示意图总之，原料烃在裂解过程中，实际上发生着分子的分解和分子的结合这两类反应。生成小分子轻组分产物，使导热油的初馏点及闪点下降。生成大分子的缩合物，使导热油的粘度增高，分子中氢含量愈来愈小，直到结焦生碳。导热油炉为管式炉，导热油在炉管中裂解，炉管内壁发生结焦，会导致下面严重影响：、炉管表面
3、温度上升，由于结焦层的导热系数比钢管要小得多，有结焦的地方，局部热阻增大，炉管径向温度梯度较大，在结焦层最厚的地方，局部热阻增大，炉管径向温度梯度变大，在结焦层最厚的地方，导致炉管表面出现热点，影响炉管寿命。、炉管的压力损失增大，结焦现象严重甚至堵塞炉管。、钢管表面如果比较粗糙（例如离心浇铸管），就易渗碳，使钢管强度变劣，有时会发生炉管开裂事故。所以，在应用导热油作为热载体的技术中，要尽量防止裂解导致结焦现象发生。了解裂解反应的规律，及裂解导致残碳增加和结焦。当然，导热油的裂解，也伴随氧化发生，形成酸泥、胶质和沥青质等，本文不详细讨论。上述对热油炉造成的危害很大。首先我们要研究热油炉的保养办法
4、。本作者曾在“延长导热油使用寿命的几点设想”一文中作为较详细的论述，在此我们再进一步加以讨论：（一）、研制生产热稳定性好的导热油合成型导热油（如氢化三联苯、二苄基甲苯、烷基萘）稳定性较好，但因国内原料较缺乏，且合成型油价格很贵，无法普遍推广。矿物型导热油，虽然稳定性较合成型差，但如果精心精制，也可以使它稳定性大大提高。上海力达化工厂所生产的霞飞X6D系列导热油，它首先选用优质的机油作为基础油，采用磺化法生产白油，先除去原来存在于机油中的胶质、沥青质及不稳定的杂质，接着又采用减压蒸馏的方法生产导热油，并加入多种添加剂，其中有防结焦、耐高温性能的清净分散剂等。即使由于裂解产生碳粒它能阻止较小碳粒聚
5、合，并把它们分散悬浮在导热油中经过过滤器把它过滤除掉，避免被吸附和沉淀在炉管壁上受热结焦。（二）、导热油在炉管中的流速必须处于湍流状态根据流体力学的理论，流体（介质）在管壁中流动，只有当其雷诺准数（Re）达到一定值时才能处于湍流状态： Re范围4000流动状态层流过滤流湍流 dvmRe=（1） 式中：Re雷诺准数d炉管内径(m)v流体的流速(m/s)密度(kg/m3)为粘度(m2/s)从上式可知，当热油炉选定，d为定值，又当导热油选定后，则、基本不变，那么，Re的大小主要取决于导热油的流速了。湍流越强烈，边界层越薄，热阻小，热效率越高。流速越慢，边界层越厚，热阻越大，热效率越低。若流体处于滞状
6、态，边界增厚，要达到预定温度，热强度增大，当炉管壁温度超过油膜温度，则导热油就会发生裂解、缩合、积炭、结焦、甚至烧坏炉管，所以必须严格控制导热油在炉管中的流速或流量，是有效地维护炉管寿命的重要因素，关于导热油在炉管中的流速，国外推荐流速为24m/s，国内则要根据化学工业部有机载热体加热炉安全技术规程的规定。为了避免导热油局部过热，液相炉中的导热油，在炉管内的流程辐射段为24m/s，对流段为1.52.5m/s。（三）、热油炉进、出口的温差要适当导热油通过炉管向加热炉吸热，因此，热油系统的工作热负荷应等于加热炉的出力：Q=G.Cp.(t2-t1)（2） 式中：Q加热炉出力(kj/h)G导热油重量流
7、量(kg/h)Cp导热油平均比热(kj/kg.)t1进口油温t2出口油温上式二种情况：若Q值一定时，设Cp值也一定，G上升，则t2-t1下降；若Q值一定时，设Cp值也一定，G下降，则t2-t1上升。如果单纯从热负荷看，似乎第二种情况温差大些有好处，导热油的循环量减少，油泵电耗降低，又有利于热交换，但实际上温差不能太大，温差大油温波动影响大，不稳定；而且，温差大重量流量低，炉管中导热油的流速也下降，油膜增厚，炉管壁油膜温度超过导热油本身允许的油膜温度时，则导热油就会发生热裂解、缩合、聚合、粘度增加、胶质增加，残炭增高，油质变坏，导热油的寿命缩短，设备管道结焦堵塞。根据国内外使用经验，温差一般在1
8、530为宜，若进出口温差太大，必须查明原因，并采取必要的措施。（四）、对紧急停电要有切实有效的措施保证国内绝大多数使用燃煤油炉，停电、让电现象也很普遍，所以突然停电的应急措施不是可有可无的事，而是必须切实解决的重要问题。现今发生突然停电采取的措施是立即停止加煤，并把烧红的煤块扒出炉外，但炉膛中的耐火材料大量蓄热，炉内温度很高，而炉管中的导热油又是停滞不流，使得油管中的油温度聚然上升，会导致裂解破坏加剧，还可能引起炉管受热变形。为了降低炉管的温度，往往是在扒出烧红的煤块的同时，打开膨胀槽的泄放阀，把高位槽的油流入炉管，同时把炉管中的热油泄入储油槽。这个办法可以说比不流动好一些，但是，单靠高位槽不
9、多的油及这样的流动速度流量是不可能把油温较大幅度降下来的，因此，靠近炉管的油膜温度可能仍然很高。上述裂解缩合、聚合、结焦的现象依然会继续，另一方面，高温导热油突然快速大量流入贮油槽，热量来不及释放，会引起急剧氧化，又由于导热油中低沸点组份大量挥发与空气充分混合，如遇到某些不测情况（如火种、电火花或静电）还有可能发生火警。总之，上述办法没有真正彻底解决问题，所以建议设置紧急停电安全装置，即在导热油循环系统中，增设一组与基本油路并联的冷却油路。该油路的热油泵是由一台柴油机或汽油机带动，使热油在该冷却油路中继续打循环，把热油温度降下来。当然配备冷却油路装置是要花点投资，但能确保导热油不受破坏及热油炉
10、炉管不被烧坏，又安全。（五）、切忌超高温加热上面所谈的核心问题是裂解，这不仅牵涉到“油”、“炉”两个方面，使用操作也是关健，比如有的时候出口温度达不到用热要求，这时就绝对不能拚命加煤，加大鼓引风机风量，因为这样很可能产生不良后果，如炉排烧塌、炉管烧弯、烧裂，同时超高温加热，当油温高于油膜温度热裂解加速，导热油受到破坏，将大大缩短使用寿命，也导致热油炉管结焦。导热油炉的正确使用和保养，可以延长导热油的使用寿命，也可以减少热油炉的结焦。避免发生事故。当导热油炉使用多年，如果发现热油炉进出口温差增大，泵压增大，流量降低，能耗上升，达不到工艺温度，这是因为炉管结焦，炉管内径缩小的原因造成的。必须停炉清
11、焦及清洗。否则可能造成炉管堵塞，导热油烧坏。甚至炉管烧穿引起火灾事故。清洗和清焦有几种方法：如日本综研株式会社介绍的用带有钢制的橡皮小炮弹，用高压高速旋转冲击把附着的管壁的焦碳利用摩擦清除掉，这种方法对焦层薄的立式盘管炉较适合，但对弯头较多的卧式炉不适合，也不能用于整个热油系统清洗。国内某油漆厂热油炉清焦，先采用高温高热把炉管中的残碳结焦烧裂破坏，再用蒸汽、水冲击清除。这种炉温较难控制。我厂已为多家导热油用户进行过清洗，如上海振华造漆厂二台150万大卡热油炉，其整个系统30多个立方，采用化学方法进行清焦及清洗，获得成功。本文就有关化学清焦清洗的有关理论及实践经验总结如下：一、清洗作用的基本原理
12、：（一）、洗涤作用的基本过程，合成洗涤剂是主要的。合成洗涤剂作用之一是去除物品表面的油污。另一种作用是对油污分散、悬浮作用，使之不在物品表面上再沉积，可用下列关系说明：物品污垢+洗涤剂=物品冼涤剂+污垢洗涤剂当然，整个过程是以水为介质中进行的。洗涤剂与物品及污垢的结合反映了洗涤过程的主要作用，即把污垢与物品分开，脱离物品表面，进而被分散，县浮于介质中，经冲洗后除去，完成了洗涤过程。一般的污垢可分为液体污垢及固体污垢两类。前者包括一般的动植物油及矿物油（如原油、燃料油、煤焦油等）。而后者主要为尘土、泥、灰、铁锈、碳黑、焦碳等。但是，液体污垢和固体污垢经常混在一起成为混合污垢，往往是液体包住固体微
13、粒，粘附于物品表面。液体污垢和固体污垢在物理性质和化学性质上存在较大差异，故二者从物品表面去除的机理亦不相同。污垢与物品表面粘附主要通过范德华引力。不同性质的表面与不同性质的污垢，有不同的粘附强度。在水为介质的洗涤过程中，非极性污垢（如碳黑、焦碳、石油等）比极性污垢（如极性脂肪及物质、粉尘、粘土）不容易洗净。洗涤剂为表面活性剂，它分为非离子表面活性剂及离子表面活性剂，（它又分为正离子、负离子及两性表面活性剂）洗净时要根据污垢的性质选择适合的表面活性剂可提高洗涤作用的效率。（二）、液体污垢的去除洗涤作用的第一步，是洗涤液润湿表面，否则，洗涤液的洗涤作用不易发挥，若材料表面已粘上污垢，即使已经完全
14、覆盖，其“临界表面张力”一般也不会低于30达因/厘米，表面活性剂溶液也能较好润湿。洗涤作用的第二步就是油污的去除，即润湿了表面的洗涤液。把污垢顶替下来，液体污垢的去除是通过“卷缩”机理（洗涤液优先润湿表面，而使油污“卷缩”起来）来实现的。因为油污原来是以一铺开的油膜存在于表面的。后来，在洗涤优先润湿的作用下，逐渐卷缩成为油珠，最后被冲洗以至离开表面。如图2所示，在表面上油膜有一接触角()，油-水、固体-水、固体-油的界成张力分别为wo、sw、so。于是，平衡时有下列关系：so=sw+woCOS（3）如在水溶液中加入表面活性剂，由表面活性剂易于在固体表面以及油面上吸附，故sw及wo降低，为了维持
15、新的平衡，COS值必须变大；也就是说角将从图（a）中的大于90变为（b）中的小于90，甚至条件适宜时，接触角将接近于零，即水溶液几乎完全润湿固体表面，而油膜则变为油珠自表面（即炉管表面）弃除。有时表面活性剂的作用不能把油污（油珠）自表面完全去除，仍然留有小部分油污残留于表面。（如图3）要除去此残留油污，要用通过较浓的表面活性剂溶液的加溶作用，实际上就是油污溶解于洗涤液中，使油污不可能再沉积，大大提高了洗涤效果。还要加大机械功的作用，把残留油污全部弃除。（三）、固体污垢的去除上面讨论了液体油污的去除，主要是依靠洗涤液（含表面活性剂）对炉管表面的优先润湿。去除固体污垢的机理则有所不同，这一差异主要
16、来自两种污垢与炉管表面的粘附性质不同之故。炉管表面上固体污垢质点在于表面的接触与粘附。对于固体污垢的去除，主要是由表面活性剂在固体质点（污垢）及炉管表面上的吸附，在洗涤过程中，首先发生的是对污垢质点及炉管表面的润湿，对于流体中质点的表面上的粘附，其粘附功应为Wa为：Wa= s1w+s2w-s1s2（4）式(4)中，s1w、s2w及s1s2分别为炉管/水溶液，固污/水溶液及炉管/固污的界面自由能。由此式可知，若溶液中的表面活性剂在固（S1或S2）/液界面上吸附，则s1w及s2w值将降低，粘附功变小。这就是说，表面活性剂的吸附使固污与炉管的粘附功降低，固污比较容易自固体表面除去，而且离子表面活性剂
17、还可能增加固污与炉管表面的表面界面电势！从而减弱了它们之间的粘附力，使固污更易自炉管表面除去。对于固体污垢的去除，固污大小有很大关系。经验表明，污垢颗粒较大些则越容易去除。而小于0.1的质点的污垢，即使有表面活性剂存在，如果不加机械力的作用，也很难除去，机械力的作用，可以促进溶液的渗透，从而自炉管表面除去固体污垢。从图5可以看出：越靠近炉管表面，液流的速度越小（表面处速度为零），而离开表面较远处，则流速较大。大颗粒不但因为截面积大，也较多承受液流速度的冲击，冲击力也就更大，所以越容易去除。下图5为去除固体污垢质点的示意图。导热油在炉管壁上受热结焦，焦块连成一片很坚硬，化学清焦难度很大，多年来我
18、厂从研究清焦实践得出结论热油炉的清焦，要采用清焦综合效应：从浸泡到润湿用表面活性剂的流体取代炉管壁上的油污液体。加溶作用（前述）；吸附作用表面活性剂对污垢及被洗涤物（炉管）表面的吸附使界面及表面的各种性质（如机械性、电性质、化学性质）均发生变化；乳化在降低界面张力同时，界面吸附伴随发生，形成强界面膜，有利于乳状液的稳定，油污质点也就不易再沉淀于固体（炉管壁）表面。加助洗剂（即加入大量的无机盐）提高洗涤效果。有利于污垢质点悬浮，防止了污垢质点发生沉积。加上温度（热运动）及机械力的作用，达到最优化的洗涤效果。多年来我们根据表面活性剂的性质及清洗机理，我厂研制生产了霞飞牌热油炉清洗剂I型，清洗剂II
19、型，并制定了一套清洗工艺，其特点是：（1）、根据导热油炉使用年限。导热油炉进出口的温度差、压差、流量等参数，同时测定使用中的导热油指标，分别选用清洗剂I或清洗剂II，有时二种同时交叉使用进行清洗。（2）、清洗过程、工艺温度、压力、时间三个参数也是至关重要的，我们也根据客观条件进行实践调整。（3）、对于导热油，我们也根据测定的技术指标同时进行混用试验，决定处理方法，能补充添加，确定采用添加的比例；对于各种技术指标较差，但还不需报废的预先进行处理，加入特种油，改善导热油的品质。只有二个重要指标超过报废指标并无法挽救的，才动员客户更换新油。经我厂清洗处理的导热油炉及其系统的用户有几十家。总之，在清洗
20、热油炉系统方面，我们解决了如下几个问题：一、热油炉及系统大，结焦及严重。（一）广西壮族自治区梧州松脂厂梧州松脂厂引进日本综研化学株式会社100万大卡全套热媒设备及系统、配套使用该社KSK-330热媒，运行15年没进行检修，整个加热系统严重结焦，流量下降到28m3/h（生产上要求80m3/h），循环泵出口压力出现大范围波动，热媒炉进口压力差达0.3MPa，温差达40，严重影响生产。该厂经国内外专家咨询，不少人认为结焦太严重应更换炉管，如上述原日本供炉供油厂家曾派专家考察，其书面报告中提出化学清洗费为3.2万美元，并说如果化学清洗无效，就必须更换热油炉。松脂厂经过对比最后决定请上海霞飞集团公司上海
21、力达化工厂进行清洗。力达厂派工程技术人员上门指导清洗工作，采用了霞飞牌I型和II型两种清洗剂进行清洗，效果非常显著彻底。清除出的小焦块、残碳及沥青胶质油污垢无法统计，仅大焦块就有6.2公斤（其中直径最大的为70多mm，少一点的为2030mm）。如下面照片所示。下面为清洗前后热煤炉的各种参数对比。清洗前清洗后热媒流量为28m3/h；热媒流量为100m3/h；循环泵进出口压力差0.3MPa；循环泵进出口压力差0.05MPa；热媒炉进出口温差40热媒炉进出口温差1520热媒炉结焦严重；热媒炉能拆卸部位能见金属表面梧州松脂厂的书面评价是：上海力达化工厂热油炉清洗剂清焦彻底，效果显著，清洗安全可靠，该厂
22、对用户负责，产品价格合理，是用户信得过的生产厂家。（二）天津市市政第一沥青混凝土厂该厂有一台150万大卡热油炉，使用7年，热油系统中有10个大型熔化沥青的用热设备。系统的导热油总用量为18吨左右。清洗前热油炉进出口压差为0.5MPa，温差超过30，运行时热油炉指标波动也较大。经采用霞飞牌I、II型清洗剂进行清洗。在清洗过程中发生120mm主管道受阻，拆开后，发现大量结焦及残碳，大块的如拳头大小，重量达212克，清除出的油焦、残碳的沥青质油污物约45吨。经用大量热水彻底清洗吹干后补充新油调试，各项指标都达到原设计要求。二、热油炉结焦，系统复杂，管道堵塞。（一）广东中山市南兴绝缘材料有限公司（港商
23、独资）该公司生产集成电路绝缘材料板，使用的是台湾生产的150万大卡热油炉及导热油。用热设备为四台大型绝缘材料压机，压机高约67米，分为15层，通过导热的夹层的距离为20mm，旧导热油成沥青状态，被迫停产。导热油冷却后，整个夹层及管道堵死。经我厂派工程技术人员进行清洗，灌通热油炉和整个系统，并对设备不合理部分进行改造，清洗及更换新油后开车调试成功，热油炉进出口温差为20左右，集成电路绝缘材料板生产效率大大提高，港商对我厂清洗及设备改造工作给予高度评价。（二）天津市橡胶制品三厂该厂使用一台60万大卡热油炉，用热设备有两种；一个特大型烘箱，该烘箱分8个格，每格有24根3米长直径为11.5mm的管子，
24、烘箱上下有12层。导热油已使用成柏油状态（残碳、胶质、沥青质成粘稠状态）。烘箱中管道又较细，该厂冷态放油、管道全被堵死，我们采用了相应措施，在一定温度压力下灌进清洗剂，才把柏油状油污垢清洗下来。用热设备另为一个大圆滚筒，长2.5米，直径0.8米，进出口热油管20mm，圆滚筒壁上积碳油污塞满，清洗工作也非常困难。应用霞飞牌清焦清洗剂，配合一整套清洗工艺技术，排出残碳沥青质污物达2吨多，清洗后换上我厂X6D-310导热油，开车调试，热油炉进出口压差出原来0.4MPa降到0.15MPa，温差为15，迅速恢复生产。（三）上海誉美衬布厂（港商独资）该厂有一台15万大卡的热油炉，用热设备为三个长2米，直径
25、0.4米的大滚筒，由于滚筒内壁严重结焦，滚筒的进出口温度相差很大，进口为240，出口为160，被迫停产。由我厂进行清洗后换油，使整个滚筒温度很均匀，生产的衬布质量优等，厂方甚为满意。三、热油系统用油量大，导热油未达到报废指标、清洗处理、补充新油。矿油型的导热油，长期加热使用，导致裂解和氧化，的确无法再生。但当导热油的主要指标尚未达到报废指标，经适当处理后，加入一定数量新导热油（或特种油），可以继续使用。上海振华造漆厂，1988年底开始使用霞飞牌X6D-320导热油，使用温度为（2955），除每年添加约10%新油外，未全部更新，95年底发现热效率降低，热用量不足，但导热油主要指标尚未达到报废指标
26、，96年春节采用霞飞牌两种清洗剂对两台150万大卡热油炉及整个系统进行清洗，原来使用的旧油经予处理后加入霞飞牌特种油后，其效果很显著： 系统清洗前系统清洗后5吨醇酸树脂反应釜反应时间为9.5小时5吨醇酸树脂反应釜反应时间为8小时冷媒使反应釜中5吨醇酸树脂250降温至200需40分钟冷媒使反应釜中5吨醇酸树脂250降温至200需30分钟振华造漆厂年产醇酸树脂5000吨、省煤、节电、提高生产效率，经济效益是可观的。、导热油质量指标变化情况： 质量指标项目热媒冷媒清洗处理添加特种油前清洗处理添加特种油后清洗处理添加特种油前清洗处理添加特种油后初馏点329335327334闪点（开口）18720418
27、4203运动粘度（m2/s）17.817.117.617.3 mgKOH酸值( ）g 0.450.0560.250.04残碳%2.050.111.60.08*热媒即导热油振华造漆厂经清洗，予处理，添加新的特种油后，使用至今一年多，情况仍然很好。结束语：导热油炉的保养及清洗对用户至关重要，我们愿与大家合作，不断发展与完善该项技术，使之早日赶上和超过世界先进水平，并为广大用户创造更大的社会效益和经济效益。参考文献1、邹仁 编著 石油化工裂解原理与技术 化学工业出版社1990年；2、（苏） C.B.阿杰尔松等著梁源修等译 石油化工工艺学 中国石化出版社1988年；3、赵国玺编著 表面活性剂物理化学 北京大学出版社1991年；4、（美） M.L.安德森A.J鲁宾主编，刘莲生等译 水溶液吸附化学 科学出版社1989年；5、林维欢延长导热油使用寿命的几点设想 化工部工业炉设计技术中心站第七届年会报告1991年6、导热油应用技术指南 化学工业部工业炉设计技术中心站主编 1992年。上海霞飞精细化工厂 林维欢 王建国上海振华造漆厂 张志平天津市市政第一沥青混凝土厂 马春凯 马富永注：本文一九九五年写第一稿，曾于一九九六年全国涂料行业贯彻热油炉规程学习班上发表。一九九七年春重新修改。