淺談?dòng)袡C(jī)熱載體質(zhì)量劣化的主要表現(xiàn)及原因

摘要：敘述了有機(jī)熱載體質(zhì)量劣化的主要表現(xiàn)及原因。

關(guān)鍵詞：有機(jī)熱載體 質(zhì)量劣化 表現(xiàn) 原因

有機(jī)熱載體在使用不當(dāng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生質(zhì)量劣化，影響有機(jī)熱載體以及傳熱系統(tǒng)的安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]，所以對(duì)有機(jī)熱載體[2]質(zhì)量劣化的主要表現(xiàn)及原因分析具有重要的意義。

1 有機(jī)熱載體質(zhì)量劣化的主要表現(xiàn)

1.1 熱劣化

有機(jī)熱載體長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境運(yùn)行，分子內(nèi)碳鏈會(huì)發(fā)生斷裂，導(dǎo)致有機(jī)熱載體高分子化合物分解成氣體、低分子化合物（低沸物）及自由基，自由基又能與其他分子發(fā)生聚合而生成高分子聚合物（高沸物）[3]。不僅使其顏色逐漸變深，由黃色到茶褐色，進(jìn)一步變黑，而且裂解或聚合產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、閃點(diǎn)、粘度等物理和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了變化，影響有機(jī)熱載體的使用性能。

1.2 氧化劣化

有機(jī)熱載體和空氣中的氧接觸后，會(huì)氧化生成有機(jī)酸，有機(jī)酸可進(jìn)一步促進(jìn)聚合反應(yīng)，隨著溫度的上升，其氧化速度也會(huì)加快，其結(jié)果可導(dǎo)致黏度增加，顏色由黃色至茶褐色進(jìn)而變?yōu)楹谏宜a(chǎn)的有機(jī)酸遇水后會(huì)對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕作用。

1.3 混入異物的劣化

由系統(tǒng)混入的雜質(zhì)（保括水分）可導(dǎo)致：①所混入的雜質(zhì)可能成為催化劑，催化油品發(fā)生分解、聚合物；②所混入的雜質(zhì)有可能與有機(jī)熱載體直接發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)分解物及聚合物；③混入水分等雜質(zhì)，在高溫下發(fā)生氣化，造成運(yùn)行壓力不穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)甚至引起超壓事故；④有的雜質(zhì)混入系統(tǒng)后，會(huì)在高溫下發(fā)生沉積，堵塞管道，影響安全運(yùn)行，有的甚至迫使系統(tǒng)停止運(yùn)行。

因此，對(duì)使用中的有機(jī)熱載體必須定期進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)掌握其劣化程度，采取必要措施，防止由此而引發(fā)的一些嚴(yán)重事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 有機(jī)熱載體劣化的主要原因

2.1 過(guò)熱超溫

有機(jī)熱載體的使用溫度是有一定范圍的，對(duì)某一種有機(jī)熱載體而言，在使用過(guò)程中一旦超過(guò)其最高允許使用溫度，其就會(huì)發(fā)生裂解，即部分轉(zhuǎn)化成低沸物、高沸物和不可溶解的裂解產(chǎn)物。裂解率的增加與其所承受的溫度表現(xiàn)出一種指數(shù)關(guān)系，即如果有機(jī)熱載體所承受的溫度超溫10℃，則其預(yù)期的裂解率將比正常使用時(shí)增加一倍。

影響某種有機(jī)熱載體裂解的因素是其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、純度、使用溫度和在換熱設(shè)備中所處的特定條件，也就是溫度的分布狀況和雜質(zhì)的存在情況。實(shí)際使用中，有機(jī)熱載體開(kāi)始發(fā)生熱裂解的溫度是其最高允許使用溫度以下約50℃。

溶解在有機(jī)熱載體中的低沸物降低了有機(jī)熱載體的閃點(diǎn)，并提高了其蒸汽壓。因此，如果系統(tǒng)局部的操作壓力降低，此時(shí)將會(huì)發(fā)生氣化。高沸物和不易流動(dòng)的裂解產(chǎn)物會(huì)增加有機(jī)熱載體的黏度，引起傳熱惡化和流動(dòng)阻力增大，其后果是導(dǎo)致有機(jī)熱載體流速降低和邊界層溫度上升，并進(jìn)而導(dǎo)致有機(jī)熱載體殘?zhí)亢可?，碳聚合形成爐管結(jié)焦，造成爐管材料的破壞和有機(jī)熱載體泄露，增加鍋爐損壞或爆炸等不安全因素。

2.2 氧化變質(zhì)

熱氧化穩(wěn)定性不同的有機(jī)熱載體與空氣中的氧接觸后發(fā)生不同程度的氧化反應(yīng)，因此對(duì)于開(kāi)式系統(tǒng)的有機(jī)熱載體，熱氧化穩(wěn)定性是影響其使用壽命的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

氧化是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，氧化速度隨溫度的升高逐漸加快。有機(jī)熱載體發(fā)生氧化的原因是氧原子可以直接與碳?xì)浠衔镏械奶荚影l(fā)生反應(yīng)生成有機(jī)酸。氧化表現(xiàn)為生成有機(jī)酸和形成聚合物，前者容易產(chǎn)生腐蝕，后者達(dá)到一定分子量后，作為淤渣而沉淀出來(lái)。產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物溶解于有機(jī)熱載體中，有機(jī)熱載體的黏度就會(huì)增加。

由于在用有機(jī)熱載體在高溫條件下與空氣接觸會(huì)造成其快速且嚴(yán)重的氧化變質(zhì)，會(huì)引起鍋爐運(yùn)行事故的發(fā)生和在用有機(jī)熱載體使用壽命的縮短，故從安全運(yùn)行和節(jié)約資源的角度考慮應(yīng)盡量避免有機(jī)熱載體與氧接觸。

3 化學(xué)污染

有機(jī)熱載體化學(xué)污染的原因是多種多樣的，主要有以下幾方面：①新系統(tǒng)注入有機(jī)熱載體前未進(jìn)行清洗；②設(shè)備或管線被其他化學(xué)物質(zhì)污染；③被加熱工質(zhì)泄露到有機(jī)熱載體系統(tǒng)中；④不同化學(xué)性質(zhì)的有機(jī)熱載體混用；⑤有機(jī)熱載體儲(chǔ)存和設(shè)備檢修過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)污染。

從有機(jī)熱載體化學(xué)污染的原因可以看出有機(jī)熱載體污染引起的質(zhì)量變化主要是不同化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)在高溫下有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生產(chǎn)熱穩(wěn)定性更低的物質(zhì)，在高溫下會(huì)發(fā)生裂解，而不同介質(zhì)的混合又改變了原有的有機(jī)熱載體的物性。如裂解產(chǎn)物是低沸物、高沸物和固態(tài)不溶物，它們的存在影響系統(tǒng)運(yùn)行安全和傳熱效率。同時(shí)，裂解也會(huì)導(dǎo)致有機(jī)熱載體閃點(diǎn)降低和爐管內(nèi)結(jié)焦，引發(fā)鍋爐安全事故。

此外，有機(jī)熱載體的質(zhì)量變化不但有上面所述的過(guò)熱超溫、氧化、化學(xué)污染引起的變化，還有有機(jī)熱載體系統(tǒng)泄漏、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、系統(tǒng)操作條件改變或操作方式有誤等引起的質(zhì)量變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]TSG G5001-2010，鍋爐水（介）質(zhì)處理監(jiān)督管理規(guī)則[S].

[2]GB 23971-2009，有機(jī)熱載體[S].

[3]GB 24747-2009，有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：

蔡康保（1984-），男，廣東湛江人，檢驗(yàn)師，工程師，研究方向：鍋爐水（介）質(zhì)處理。