天然氣處理廠導(dǎo)熱油延長使用壽命方法探討

高超++劉勝國++徐宏源

摘要：天然氣處理廠導(dǎo)熱油使用過程中，導(dǎo)熱油品質(zhì)變化的類型一般分為熱裂解、氧化和污染三種。文章分析了引起油質(zhì)變化的原因，并就如何避免油質(zhì)變化提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。結(jié)果表明，應(yīng)從導(dǎo)熱油的選用、避免導(dǎo)熱油的過熱結(jié)焦、氧化變質(zhì)、污染和定期化驗導(dǎo)熱油指標(biāo)等角度綜合考慮，并采取措施，延長導(dǎo)熱油的使用壽命。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱油；熱裂解； 氧化；污染

中圖分類號：TE626.39文獻標(biāo)識碼：A

Research on Extending the Lifespan of Heat Transfer Fluid in

Natural Gas Processing Plant

GAO Chao， LIU Sheng-guo， XU Hong-yuan

（Shanghai Natural Gas Processing Plant， Shanghai 200030， China）

Abstract：Generally，pyrolysis， oxidation and contamination are the quality change causes of heat transfer fluid （HTF） in natural gas processing plant. This paper proposed corresponding countermeasures based on the causes. The result showed that the selection of HTF， periodic testing HTF indicators， and how to prevent HTF from overheating， coking， oxidizing and contaminating should be considered before taking actions to extend HTF's lifespan.

Key words：HTF； pyrolysis； oxidation； pollution

0引言

導(dǎo)熱油是一種用作傳熱介質(zhì)的油狀液體，具有傳熱均勻、熱效率高、沸程高，可以在很低的飽和壓力下被加熱到較高的工作溫度，以及較高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點[1]。但任何一種導(dǎo)熱油都是有機物，其在使用和保存過程中都會因發(fā)生熱分解、縮聚、氧化等反應(yīng)而降低性能甚至喪失使用價值，因此，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的導(dǎo)熱油，并在使用過程中加強管理和維護。

上海天然氣處理廠所用導(dǎo)熱油18年來各項指標(biāo)穩(wěn)定正常，故本文以上海天然氣處理廠為例，分析總結(jié)了影響導(dǎo)熱油品質(zhì)變化的因素，探討了延長導(dǎo)熱油使用壽命的一些方法。

1影響導(dǎo)熱油品質(zhì)變化的因素

1.1熱裂解

導(dǎo)熱油在使用過程中由于加熱系統(tǒng)的局部過熱，易發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成易揮發(fā)物質(zhì)與較低閃點的低聚物。易揮發(fā)物質(zhì)可造成循環(huán)泵氣蝕，甚至在排氣系統(tǒng)不流通的情況下，造成整個導(dǎo)熱油系統(tǒng)壓力升高，超壓爆炸或阻礙導(dǎo)熱油的流通，影響正常生產(chǎn)；低聚物間還會發(fā)生聚合反應(yīng)生成高溫下不易熔化、不溶于導(dǎo)熱油的高聚物，不僅阻礙油品的流動，降低換熱器的熱傳導(dǎo)效率，如在爐管內(nèi)形成結(jié)焦，還會造成爐管局部過熱變形，甚至有炸裂的可能。

1.2氧化

1.2.1導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)的原因

由于設(shè)計、操作等方面的原因，膨脹槽等設(shè)備中的導(dǎo)熱油可能會暴露在空氣中與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。在常溫或較低油溫時，氧化反應(yīng)的速度較慢，對導(dǎo)熱油品質(zhì)的影響可以忽略；但當(dāng)溫度較高時（大于60 ℃），氧化反應(yīng)的速度將明顯加快，導(dǎo)熱油會發(fā)生氧化變質(zhì)，進而縮短其壽命。導(dǎo)熱油溫度越高，氧化變質(zhì)的速度越快。上海天然氣處理廠的熱導(dǎo)油系統(tǒng)膨脹槽內(nèi)的導(dǎo)熱油溫高達220 ℃， 如不采取相關(guān)措施，導(dǎo)熱油將極易氧化變質(zhì)。

1.2.2氧化變質(zhì)的危害

導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)后，一方面會生成有機酸，造成管路的酸性腐蝕，增加系統(tǒng)運行泄漏的風(fēng)險，同時有機酸受熱極易發(fā)生化學(xué)變化，進而生成固體不溶物，堵塞管路，導(dǎo)致局部過熱[3]；另一方面，氧化的產(chǎn)物會導(dǎo)致導(dǎo)熱油運動黏度增大，影響傳熱，進而加劇導(dǎo)熱油的過熱裂解?？傊?，氧化變質(zhì)最終會縮短導(dǎo)熱油的壽命，甚至引發(fā)安全事故。

1.3污染

1.3.1導(dǎo)熱油遭污染的原因

導(dǎo)熱油的污染主要來自以下幾個方面：

（1）導(dǎo)熱油本身潔凈度不高。

（2）加熱系統(tǒng)不清潔如存在鐵銹、焊渣、沙石、灰土等。

（3）導(dǎo)熱油系統(tǒng)經(jīng)長時間運行正常老化產(chǎn)生的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、微量有機酸、水分等。

（4）天然催化劑存在于熱油系統(tǒng)，如鐵的氧化物、有色金屬，電解銅、鋁、錫、鉛等。

（5）包裝運輸和儲存過程中的污染如用裝過舊油的桶裝新油，使雨水和雜質(zhì)漏入，和其他油品摻混等。

（6）導(dǎo)熱油系統(tǒng)泄漏，混入其他物質(zhì)，如水分等。

潤滑油2016年第31卷

第5期高超等.天然氣處理廠導(dǎo)熱油延長使用壽命方法探討

OIL RESEARCH & APPLICATION油品研究與應(yīng)用1.3.2導(dǎo)熱油遭污染的危害

導(dǎo)熱油中的雜質(zhì)不僅會在工藝設(shè)備上形成沉淀、生焦、堵塞管線，更嚴(yán)重的是雜質(zhì)會在導(dǎo)熱油中形成活化中心，產(chǎn)生自由基，增大酸值，加速導(dǎo)熱油的劣化速度。由于活化基的存在，導(dǎo)熱油中烴類在不高的溫度下，甚至在常溫下也會氧化。

2延長導(dǎo)熱油使用壽命的方法

2.1導(dǎo)熱油的選用

導(dǎo)熱油本身的質(zhì)量是決定其使用壽命的關(guān)鍵，所以一定要選擇合適的導(dǎo)熱油。在已達到適應(yīng)生產(chǎn)實際需要、安全生產(chǎn)、提高效率的前提下，選用導(dǎo)熱油應(yīng)注重以下幾方面 [2]：

（1）導(dǎo)熱油應(yīng)具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱，以保證其熱力學(xué)性能；

（2）導(dǎo)熱油的實際使用溫度越低，與允許使用溫度的溫差越大，使用壽命就越長。在實際使用中，選用的導(dǎo)熱油最高許用溫度應(yīng)高于實際使用溫度30 ℃ 以上。如上海天然氣處理廠原工藝設(shè)計所需最高溫度為316 ℃，而隨著氣量的降低，目前，所需最高溫度已降為270 ℃ 左右。而選用的THERMINOL66導(dǎo)熱油可承受的最高溫度達345 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足需求，這也是其使用壽命能相對較長的原因之一。

（3）在允許的最高使用溫度下，應(yīng)選用具有良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化穩(wěn)定性的導(dǎo)熱油。

（4）導(dǎo)熱油應(yīng)具有較高的閃點、自燃點、沸點和較低的凝點、酸值、殘?zhí)亢宛ざ取?/p>

（5））導(dǎo)熱油適應(yīng)性要強，可與其他種類的導(dǎo)熱油攙和使用，并能承受少量水、空氣等的污染。

基于上述原因，上海天然氣處理廠采用THERMINOL66合成導(dǎo)熱油，它可以應(yīng)用于-7～345 ℃的溫度范圍內(nèi)并且具有高熱穩(wěn)定性、可靠性、抗結(jié)焦性，具有良好的防止固體顆粒和焦垢生成的性能，確保了導(dǎo)熱油系統(tǒng)多年運行平穩(wěn)。

2.2避免導(dǎo)熱油的過熱結(jié)焦

導(dǎo)熱油在運行溫度超過最高使用溫度時，在導(dǎo)油管壁會出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，隨著結(jié)焦層的增厚，壁溫進一步增高，促使黏附結(jié)焦，導(dǎo)致管壁增厚，傳熱性能惡化，壁溫進一步提高，如不采取措施，隨時可能發(fā)生爆炸。因此，像火焰沖刷、控制失靈、停泵、連鎖誤動作等可能引發(fā)導(dǎo)熱油過熱的操作，應(yīng)極力避免。導(dǎo)熱油在加熱爐中的最高膜溫應(yīng)小于允許油膜溫度，此外，還要保證加熱爐爐管中導(dǎo)熱油的流速適當(dāng)，輻射室內(nèi)導(dǎo)熱油流速不低于2 m/s。如果導(dǎo)熱油溫度超標(biāo)，應(yīng)從上述原因中進行排查，及時采取措施。

2.3避免導(dǎo)熱油的氧化變質(zhì)

導(dǎo)熱油高溫下容易氧化變質(zhì)，故應(yīng)采取隔離措施予以避免。上海天然氣處理廠對熱油系統(tǒng)的膨脹罐內(nèi)導(dǎo)熱油采取了充氮保護的方法，避免導(dǎo)熱油與空氣接觸，確保熱油系統(tǒng)的封閉；在操作中，密切關(guān)注膨脹槽的壓力，及時充氮氣進行壓力補償，確保其保持微正壓狀態(tài)。

2.4避免導(dǎo)熱油的污染

引起導(dǎo)熱油污染的原因包括：工藝設(shè)備泄漏、誤加其他介質(zhì)（如潤滑油）、補油中含水、泄漏介質(zhì)返回導(dǎo)熱油系統(tǒng)。針對以上因素，應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施。

2.4.1定期排查泄漏點

為確保熱載體系統(tǒng)完好不漏：

（1）應(yīng)加強現(xiàn)場的檢查和排查工作，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備的腐蝕滲漏，應(yīng)及時采取措施；

（2）應(yīng)加強對閥的填料及泵的密封維護工作，在首次升溫時法蘭連接處也應(yīng)根據(jù)不同的溫度條件，進行再次緊固操作；

（3）泄漏出來的導(dǎo)熱油絕不能再重新使用。

2.4.2防止熱載體內(nèi)混入水及其他雜質(zhì)

熱油中水分高可能引起系統(tǒng)腐蝕、操作壓力過高和波動、泵的氣蝕和氣阻等問題。如果高溫的導(dǎo)熱油與油中的氣囊接觸會產(chǎn)生蒸汽，將導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高，而使導(dǎo)熱油從系統(tǒng)中噴出，系統(tǒng)部件也可能損壞。如果混入其他雜質(zhì)，可能會引起導(dǎo)熱油的污染。所以，在平時檢修回收導(dǎo)熱油時，如果這些導(dǎo)熱油打算繼續(xù)使用，應(yīng)使用潔凈、干燥的油桶回收，以免混入水分和其他雜質(zhì)。

去除系統(tǒng)中水及其他低沸物的關(guān)鍵是在導(dǎo)熱油系統(tǒng)投運時，應(yīng)先緩慢升溫至110～130 ℃（超過水及其他低沸物的沸點）時，關(guān)閉主火嘴，在該溫度下維持循環(huán)2～3 h，以便將熱媒油管線中可能殘存的水分（或其他低沸物）通過膨脹槽的手動放空口蒸發(fā)出去。如果膨脹槽的手動放空口看到水汽很多，應(yīng)延長蒸發(fā)時間，直到無水汽出來后1 h為止，再為主火嘴供燃?xì)?，繼續(xù)升溫至所需溫度。上海天然氣處理廠在日常的運行中，也讓膨脹槽參與熱油循環(huán)，并采用氮氣對膨脹槽進行密封，保障了低沸物及時排出系統(tǒng)外，排除了系統(tǒng)操作壓力過高及熱油氧化變質(zhì)等隱患。

2.5定期化驗導(dǎo)熱油指標(biāo)

為使導(dǎo)熱油性能長期保持優(yōu)良，應(yīng)定期進行檢測，以掌握系統(tǒng)的運行狀況、油品的污染程度、水分含量和熱分解情況，以及影響系統(tǒng)性能的其他情況。如上海天然氣處理廠委托了導(dǎo)熱油生產(chǎn)廠家定期檢測和分析導(dǎo)熱油的黏度、水分、丙酮不溶物、中和值、低沸物和高沸物含量等理化指標(biāo)，及時掌握其品質(zhì)變化情況，如表1和表2所示。當(dāng)指標(biāo)超過警示指標(biāo)時，應(yīng)及時分析變化原因，并采取相應(yīng)的措施。

表2使用中的導(dǎo)熱油試驗結(jié)果解釋

試驗項目可能的原因潛在效應(yīng)黏度變化污染、熱降解、氧化傳熱速率變化、沉淀、高蒸汽壓、泵氣蝕總酸值變化嚴(yán)重氧化、被酸或堿污染系統(tǒng)腐蝕、沉淀水分增加

系統(tǒng)泄漏、在新的或清理過的系統(tǒng)中有殘余水，放空口或貯存無保護措施腐蝕、系統(tǒng)超壓、泵氣蝕

丙酮不溶物增加污染、污物、腐蝕、氧化、熱應(yīng)力傳熱差、泵密封磨損、堵塞狹窄的流動通道低沸點物和高沸點物的增加污染、熱應(yīng)力泵氣蝕、傳熱差、系統(tǒng)超壓、沉淀

3結(jié)論

綜上所述，延長導(dǎo)熱油的使用壽命應(yīng)從導(dǎo)熱油的選用、避免過熱結(jié)焦、延緩氧化變質(zhì)、避免污染、定期化驗導(dǎo)熱油指標(biāo)等角度綜合考慮并采取措施，所用導(dǎo)熱油18年來各項指標(biāo)穩(wěn)定正常，證明以上措施對于延長導(dǎo)熱油使用壽命是有效的。

參考文獻：

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[3] 任鳳翔，康愛琴.熱媒爐氮封系統(tǒng)的改造[J].油氣儲運熱媒爐氮封系統(tǒng)的改造，1997（6）：48-49.