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导热油结焦过程的四个阶段

发布者:admin发布时间:2012-08-22 23:32

    高温导热油在系统中循环传送热能,同时产生胶质。胶质是粘糊状的,质量好的导热油能将胶质悬浮于油中,在循环过程中,可将部分胶质通过过滤器滤掉。但若有一小部分胶质附着在炉管内壁,就容易形成结焦。另外,在导热油循环过程中,若有空气窜人易发生降解和聚合作用,形成低沸点物和高沸点物。低沸点物可以通过高位槽排到大气中,而高沸点物可以溶解在导热油中,如果导热油的溶解度达到过饱和状态,高沸点物就会粘附在管内壁,这是结焦的又一原因。再有,操作温度超过其设计温度往往引起自催化热分解,也能导致管内结焦。工艺物料泄漏进入导热油系统,形成腐蚀产物,以及大修中带入的杂质污染也会促使管内壁发生结焦。

    导热油在系统中加热运行如同蒸汽锅炉水侧结水垢一样结焦,其过程一般分以下4个阶段:
 

诱导阶段

    烷烃类导热油在导热油炉炉管金属表面受热作用下,可能发生二大类化学反应:一类是裂解反应,另一类是缩合反应。裂解反应,使烷烃类大分子分解为小分子,导热油理化指标表现为粘度变小,闪点变低;缩合反应,使烃类大分子缩合成芳烃等更大分子,导热油理化指标表现为粘度增大,闪点增高。由于导热油炉有膨胀槽,膨胀槽又与空气接触,使一部分低闪点的油品挥发掉;诱导阶段中,导热油的主要化学反应是缩合反应,理化指标中导热油酸值、粘度、残炭值均增大。在这些化学反应中,其主要反应产物路线是:

    烷烃   烯烃一芳香烃一稠环芳烃一胶质一沥青质

    由此可见,顺着这个反应过程,分子量是逐步增大的。如胶质分子量在600~1 000间,沥青质分子量在700-40 000间。这些大分子物质在导热油中是不溶的,并从导热油中分离出来。分离出来的胶质和沥青质是粘糊状的,它会起继续诱导作用。
 

吸附阶段

    导热油缩合生成沥青质,然后沥青质向炉管金属表面迁移或被金属表面吸附。吸附可分为物理吸附与化学吸附。物理吸附多在较低温度时进行,化学吸附都在较高温度时进行。物理吸附是范德华引力作用的结果,没有偶电子的形成。它可以是单分子吸附也可以是多分子吸附。但并不一定在第一层吸满以后才吸附第二层;也不一定在第二层吸满以后再吸附第三层,是不规则吸附。可是化学吸附却只是单分子吸附,它在吸附过程中生成化合物。导热油中沥青质在炉管金属表面主要是物理吸附,而且吸附厚度是不均匀的,很软,粘糊状沥青质。当温度增加后,碳与钢可能会发生吸附生成化合物,此时就要影响炉管质量,使炉管发脆。
 

硬化阶段

    沥青质附着在管壁上在高温下会硬化、结焦。结焦相对来说比较硬,传热系数又很小,是非传热物质。它在金属表面增加一层结焦层后,起到隔热作用。结焦的主要化学反应是脱氢反应,随着脱氢程度不同,生成结焦的形状也不同,主要分以下3种:

    ⑴海棉状焦,也称无定形焦,C/H 比小;焦块疏松,硬度低,结焦中含油量大,在火中易燃烧,在管路中易清除;

    ⑵蜂窝状焦,也称同性焦,C/H比中等;焦块内部结构呈蜂窝状,硬度中等,结焦中含油量少,在火中不易燃烧,在管道中清除困难;

    ⑶针状焦,也称异性焦,C/H比高;焦块内的孔隙是均匀定向且呈细长椭圆形,破碎时焦块裂成针状的焦片或玻璃状,硬度高,结焦中含油量极少,在火中不燃烧,在管路中清焦很困难。
 

脱落阶段

    脱落是吸附的可逆过程。在吸附过程中,沥青质被导热油系统的管壁金属表面吸附上去,同时也有沥青质在导热油炉的炉管金属表面脱落下来,这是方向相反的两个过程。在这两个过程进行到速度相等时,就建立起吸附平衡,吸附量达到最大值。流体

    力学理论认为,雷诺数R≤2 230时,流体在管内呈层流状态;当雷诺数R1>4 000时,流体在管内呈湍流状态。湍流状态下,焦在管壁表面的吸附速度较慢,脱落较多。实践证明,当管内导热油的流速达到1.5~3.0 m/s时,就可以得到较薄的边界层,导热油在管内结焦较少,达到强化传热。