王世惠

中国石化润滑油有限公司济南分公司

有机热载体是作为传热介质使用的有机物质的统称,也被称为热传导液、导热油、热媒等［1］,是一种用于间接传热的有机介质。其具有能在较低的蒸汽压下产生高温、传热效率高、运输方便等特点,广泛应用于各工业领域。

高位槽也可叫做膨胀槽,在液相导热油炉加热系统中,膨胀槽的设置必不可少。高位槽通常设置在系统的最高点,因此除容纳导热油受热膨胀量外,还兼有其他重要功能,如新填装产品中轻组分和运行中产生的低沸物的排空、补充蒸发及操作损耗、氮气密封等。辅助排气管是有机热载体系统中用来辅助系统排气、排轻组分的管线,其下端安装在系统油气分离器的前端,上端与高位槽相连,靠近高位槽端安装有阀门。有机热载体系统中,高位槽未使用惰性气体进行密封的系统叫做开式系统。

A公司是一家主营生产苯类及工业萘的煤化工企业,其中工业萘车间蒸馏塔再沸器及石油焦车间固体沥青融化因工艺选择导热油作为传热介质。该公司采购符合GB 23971-2009国家标准的长城L-QB300矿物型导热油25 t,同时采购1台2 100 kW链条炉排式燃煤热载体炉,为满足车间正常用热需求,热载体炉出口油温为260 ℃左右。本文通过该企业的用油检测实例,阐明在没有惰性气体密封并带有辅助排气管的开式强制循环系统中,高位槽的安装高度、系统平稳运行过程中连接高位槽的辅助排气管的规范操作对防止有机热载体氧化变质的重要性。

在用油品检测

自A公司初装导热油起,系统运行10个月后,对在用油品进行了1次检测,检测结果见表1。

根据表1的分析结果,在用油品残炭值已经达到国家标准GB 24747-2009《有机热载体安全技术条件》的停止使用指标,其余指标均在允许使用质量指标范围内。针对这一情况,考虑到初装用油时间较短,建议厂家缩短油品检测周期,密切观察油品指标的变化。4个月后,对在用油品进行了第2次检测,检测结果见表2。

根据表2分析结果,在用油品残炭、40 ℃运动黏度及酸值已经达到GB 24747-2009的停止使用指标,且3项指标较上一次检测有明显的恶化,根据以上情况,考虑到企业的安全生产及设备运行,应厂家要求,长城导热油技术人员到现场考察了解并进行技术交流,并建议厂家立即停工检查设备并换油。

现场拜访及交流分析

现场拜访发现,有机热载体系统高位膨胀槽位于生产物料配制釜上方,配制釜外壁上有油品淋过的痕迹(图1),据现场工人介绍,这是有机热载体系统升温阶段从高位槽放空管溢出的导热油喷淋所致。

现场工作人员反映,有机热载体系统的高、低位槽直接与大气相通,没有惰性气体密封,在正常的生产运行过程中,经常发现系统高位槽顶部的放空管处有阵阵“热气”冒出,同时能够听到高位槽上阵阵声响,高位槽与系统用热管线最高点的垂直距离约1 m,高位槽上配有带阀门的辅助排气管;锅炉盘管内导热油的流速高于2 m/s,有机热载体炉出口压力为0.5 MPa,出口油温为260 ℃,锅炉入口处配有2台并联的高温热油循环泵,系统无漏点,运行平稳。有机热载体炉日燃煤消耗量呈上升趋势。有机热载体系统流程见图2。

表1 在用导热油第1次检测结果

表2 在用导热油第2次检测结果

系统运行存在问题

通过观察及现场交流,认为有机热载体系统运行存在以下问题:

系统初装油之后导热油升温过快

油品升温过快,使得系统内导热油短时间内膨胀过快,或因管线内残存的水分迅速气化,导致系统在高位槽处喷油,高温油从高处喷出易引发火灾、烫伤人员等安全事故,同时升温过快容易引起锅炉盘管内有机热载体过热超温,增加油品发生热裂解的概率。

图1 配制釜外壁上的油品痕迹

图2 有机热载体系统流程

高位槽的安装高度不够

高位槽的安装高度低,系统不能产生足够的静压力,使系统稳定性差,同时管线内热油易通过膨胀管与高位槽内导热油发生热交换,使得高位槽内的油温过高。根据TSG0001-2012《锅炉安全技术监察规程》规定,建议高位槽底部应不低于系统用油最高点1.5 m。

连接于高位槽上的辅助排气管阀门长期处于开启状态

在系统运行过程中,高温油品通过辅助排气管进入高位槽,使得高位槽参与热油循环,高位槽直接与大气相通,油品在高温状态下长期与空气接触,发生热氧化,加快油品的老化,油品指标迅速恶化(见表1、表2)。

系统燃煤锅炉的日燃煤消耗量明显增加

根据与现场司炉人员沟通了解,日燃煤消耗量较之前增加约200 kg,一是由于高位槽长期处于高温状态造成部分热损失;二是由于油品老化变质,系统管线内逐渐形成油泥、结焦,降低了有机热载体系统的换热效率。

设备改造及规范操作

按照技术人员的改造意见,A公司进行了停工检修并改造设备,提升了系统高位槽高度,使得高位槽底部高出系统最高用油管线点2 m以上,同时将设备用油管线内旧导热油放出,对系统用油管线进行了清洗(图3)。管线清理完毕后,经过长城导热油技术人员的推荐,根据企业的实际用油工况,再次装填了21 t(有部分旧油未完全从系统内放出)长城L-QB300矿物型导热油。

图3 现场清洗系统用油管线

换油后续跟踪

新油装入系统冷循环(有机热载体系统锅炉不点火的情况下开启循环泵)2 h之后,对系统油品进行了检测分析,因设备清洗不彻底,冷循环后的旧油与新油指标有较大差别。为此长城导热油技术人员对企业现场操作人员进行了统一培训,规范了操作流程,使系统长期运行条件下连接高位槽的辅助排气管阀门处于关闭状态,高位槽温度接近常温,避免了油品热氧化。每年定期对该企业进行在用导热油的检测企业在生产运营中因系统跑冒滴漏陆续补充过部分新油,油品检测结果表明系统运行正常,油品指标变化趋于平稳。换油后的持续油品检测结果见表3。

表3 换油后油品跟踪分析结果

结束语

导热油长时间高温,与空气接触发生热氧化,会使油品产生酸性物质,使得油品的黏度、酸值升高,在系统内逐渐产生油泥、结焦,从而影响系统换热效率,导致能耗增加,进而产生安全隐患。为降低开式系统能耗,应该尽量做到控制系统高位槽(有机热载体系统与空气接触部件)油温接近常温,从而在系统内形成冷油液封,防止油品氧化,在确保设备安全运营的同时增加导热油的使用寿命。