福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院 饒可可

鍋爐有機熱載體的選用及更換探討

福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院 饒可可

近年來，有機熱載體（又稱導(dǎo)熱油）的應(yīng)用范圍越來越廣，已被大量應(yīng)用在紡織、化纖、印染、塑料與橡膠、石化、木材加工、食品加工、制藥等行業(yè)。由于有機熱載體價格昂貴，如果選用不當，在高溫下運行或者運行中發(fā)生過熱、氧化等導(dǎo)致劣化，將造成鍋爐受熱面結(jié)焦、積炭、傳熱不均，使系統(tǒng)燃燒效率低，嚴重時甚至導(dǎo)致鍋爐安全事故，引發(fā)火災(zāi)。因此，在選擇有機熱載體時，要充分考慮有機熱載體的特性和使用條件，結(jié)合其經(jīng)濟性等因素。該文通過分析不同型號有機熱載體的物理性能、最高允許使用溫度、低溫流動性、物理性能、環(huán)保、自燃點、抗氧化性等，以供使用單位參考。

有機熱載體 選用原則 穩(wěn)定性

1 鍋爐有機熱載體的選用原則

目前市場上的有機熱載體種類繁多，型號各異，產(chǎn)品各具特點。用戶在選擇有機熱載體時應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、使用參數(shù)、環(huán)境、價格等因素進行綜合考慮。

新有機熱載體的產(chǎn)品質(zhì)量必須符合GB2397《有機熱載體》強制性國家標準，同時具有中國特檢院出具的型式試驗報告。隨著有機熱載體需求量不斷增大，油價不斷提高，市場上的有機熱載體質(zhì)量良莠不齊，部分企業(yè)為追求高利潤，在生產(chǎn)過程中摻入回收的廢油，甚至是地溝油，或者以次充好，用普通合成油冒充特殊穩(wěn)定性的高溫導(dǎo)熱油，危害鍋爐及傳熱系統(tǒng)的安全運行，導(dǎo)致用戶遭受重大損失。為了規(guī)范我國有機熱載體市場，提高有機熱載體產(chǎn)品質(zhì)量，我國于2009年6月12日發(fā)布了GB23971《有機熱載體》強制性國家標準，并于2010年1月1日起實施。用戶購買有機熱載體時，一定要選擇出廠質(zhì)量檢驗符合國家標準，并且具有型式試驗有效合格的產(chǎn)品。

擬選用的有機熱載體應(yīng)具有良好的化學熱穩(wěn)定性，良好的熱傳導(dǎo)性能，較低的黏度，無腐蝕，低蒸汽壓，毒性小。目前市場上沒有一種有機熱載體能夠同時滿足所有要求，因此用戶在選擇時，需要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和使用條件著重以運行安全、環(huán)保、節(jié)能、使用壽命為選擇條件。

2 選用有機熱載體的考慮因素

2.1 使用條件為氣相或液相

根據(jù)工藝要求選用氣相或液相有機熱載體。氣相傳熱是利用有機熱載體的潛熱，可用于控溫要求敏感、精確的情況；液相傳熱是利用有機熱載體的顯熱，可用于對加熱溫度不太敏感的情況。

液相有機熱載體只能在液相系統(tǒng)中使用，氣相有機熱載體則在氣相或液相系統(tǒng)中使用。鑒于氣相有機熱載體的特殊性，必須使用特殊合成型有機熱載體，而液相有機熱載體可以使用一般礦物型和普通合成型。

2.2 有機熱載體最高允許使用溫度

最高允許使用溫度是有機熱載體選用的最關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)鍋爐的最高允許工作溫度，并留有一定的溫度安全余量。一般情況下，燃氣和燃油鍋爐不少于10℃，但對于燃煤鍋爐或爐膛輻射受熱面平均熱流密度大于0.05MW/m2的鍋爐，應(yīng)不少于20℃。

2.3 有機熱載體的物理性能

導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、氣化潛熱、密度、熱焓等物理參數(shù)會影響系統(tǒng)的傳熱過程，良好的熱物理性能可提高系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)性。

2.4 低溫流動性

有機熱載體的選擇需要特別關(guān)注當?shù)氐沫h(huán)境溫度，其運動黏度隨溫度變化而變化，黏度對有機熱載體在管道內(nèi)流動性質(zhì)和流阻大小有重要影響。傳熱系統(tǒng)在沒有預(yù)加熱的情況下，其傾點（低溫流動性）應(yīng)保證在低溫環(huán)境條件下能正常啟動。如果不能滿足冷啟動要求，會造成有機熱載體循環(huán)不良，傳熱系統(tǒng)局部溫度過高，有機熱載體急速劣化。

2.5 對安全、健康、環(huán)保的要求

有機熱載體使用行業(yè)性質(zhì)也是選型的重要依據(jù)。在食品藥品生產(chǎn)過程中，間接加熱使用的有機熱載體，除了應(yīng)符合GB23971的規(guī)定外，還應(yīng)該滿足國家有關(guān)食品藥品安全標準的要求。這類有機熱載體要求組分潔凈，硫和芳香烴成分少，微毒，即使部分有機分子蒸發(fā)或者受熱分解，其產(chǎn)物也不應(yīng)該對成品和人體構(gòu)成危害。

2.6 自燃點

自燃點高不易發(fā)生自燃起火，有機熱載體的自燃點必須高于其工作溫度。

2.7 抗氧化性

開式系統(tǒng)的有機熱載體應(yīng)考慮其抗氧化性。GB23971《有機熱載體》規(guī)定，只有最高允許使用溫度不高于300℃的L-QB類有機熱載體可以采用開式循環(huán)系統(tǒng)，最高允許使用溫度高于300℃的L-QC類和L-QD類有機熱載體都應(yīng)該采取閉式運行，所以標準僅對L-QB類有機熱載體提出了熱氧化性、安定性的指標要求。因此，雖然L-QC類和L-QD類有機熱載體也可以在低于300℃下使用，但是必須采取閉式系統(tǒng)使用，其使用壽命會比L-QB類長，但是如果在開式循環(huán)系統(tǒng)中使用，則容易因氧化而縮短其使用壽命。事實上，不管有機熱載體的抗氧化性如何，在閉式系統(tǒng)中運行要比開式系統(tǒng)安全、節(jié)能、環(huán)保，且使用壽命長。

3 有機熱載體劣化的主要表現(xiàn)

3.1 熱劣化

有機熱載體長期處于高溫環(huán)境中運行，分子內(nèi)碳鏈發(fā)生斷裂，分解成氣體、低分子化合物、自由基，自由基又與其他分子發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子聚合物。外觀表現(xiàn)在顏色逐漸變深，由黃色變?yōu)楹稚敝梁谏?，新的高分子聚合物的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、閃點、運動黏度等都發(fā)生變化，影響使用性能。

3.2 氧化劣化

有機熱載體和空氣接觸，被氧化成有機酸，有機酸進一步催化聚合反應(yīng)，導(dǎo)致運動黏度增加，且有機酸遇水后對設(shè)備有一定的腐蝕作用。

3.3 混入異物的劣化

所混入的有機物可能成為催化劑，催化油品分解、聚合反應(yīng)；混入水分在高溫下發(fā)生氣化，造成運行壓力不穩(wěn)，嚴重時甚至引起超壓事故。

在用有機熱載體質(zhì)量變化的一般規(guī)律是：閃點、低沸物餾出溫度降低，殘?zhí)?、運動黏度和酸值增大。

4 常用有機熱載體選用建議

4.1 最高工作溫度低于260℃，對控溫精度要求不太高的用戶

由于最高允許使用溫度越高的有機熱載體售價越高，因此從經(jīng)濟性考慮，可以選用價格較便宜的礦物油型和重質(zhì)烷基苯普通合成型的L-QB280或者L-QB300的有機熱載體。當然經(jīng)濟條件好的單位可以選擇熱穩(wěn)定性更好、允許使用溫度更高的L-QC類和L-QD類有機熱載體，但必須采取閉式循環(huán)系統(tǒng)。

4.2 最高工作溫度為280℃～300℃，控制溫度要求不太高，且經(jīng)常停用的用戶

對于間歇使用的有機熱載體鍋爐，由于停啟時溫度變化大，容易造成過熱、氧化等劣化，宜選用最高允許使用溫度比實際使用溫度高30℃以上的有機熱載體，建議選L-QC310、L-QC320或者L-QD330有機熱載體。

4.3 最高工作溫度為300℃～320℃，控制溫度要求較高，采用氣相鍋爐及傳熱系統(tǒng)

在此情況下，應(yīng)選用L-QD330或最高允許使用溫度更高的氣相有機熱載體，例如聯(lián)苯-聯(lián)苯醚。

4.4 最高工作溫度為330℃～390℃的傳熱系統(tǒng)

應(yīng)選用L-QD350～L-QD400這類特殊熱穩(wěn)定性的有機熱載體，同時最高允許使用溫度必須比最高實際使用溫度高10℃。

5 結(jié)束語

有機熱載體一次性投入的費用較大，選用得當，且傳熱系統(tǒng)設(shè)計合理，具有良好熱穩(wěn)定性和氧化安定性的有機熱載體能給鍋爐帶來非常好的安全性和節(jié)能的經(jīng)濟性。因此對使用中的有機熱載體必須定期進行檢測，及時掌握其劣化程度，采取必要措施，防止進一步劣化。必要時更換新的有機熱載體，確保有機熱載體鍋爐安全、穩(wěn)定、節(jié)能運行。

[1]有機熱載體(GB23971-2009)[S].北京：中國標準出版社,2009.

[2]有機熱載體安全技術(shù)條件(GB24747-2009)[S].北京：中國標準出版社,2009.

[3]中國鍋爐水處理協(xié)會.有機熱載體安全技術(shù)及質(zhì)量監(jiān)督檢驗.2011.