淺談有機熱載體質量劣化的主要表現及原因

摘要：敘述了有機熱載體質量劣化的主要表現及原因。

關鍵詞：有機熱載體 質量劣化 表現 原因

有機熱載體在使用不當過程中會發生質量劣化，影響有機熱載體以及傳熱系統的安全、節能、環保、經濟運行[1]，所以對有機熱載體[2]質量劣化的主要表現及原因分析具有重要的意義。

1 有機熱載體質量劣化的主要表現

1.1 熱劣化

有機熱載體長期處于高溫環境運行，分子內碳鏈會發生斷裂，導致有機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，進一步變黑，而且裂解或聚合產物的熱穩定性、導熱性、閃點、粘度等物理和化學性質都發生了變化，影響有機熱載體的使用性能。

1.2 氧化劣化

有機熱載體和空氣中的氧接觸后，會氧化生成有機酸，有機酸可進一步促進聚合反應，隨著溫度的上升，其氧化速度也會加快，其結果可導致黏度增加，顏色由黃色至茶褐色進而變為黑色，而且所生產的有機酸遇水后會對設備有一定的腐蝕作用。

1.3 混入異物的劣化

由系統混入的雜質（保括水分）可導致：①所混入的雜質可能成為催化劑，催化油品發生分解、聚合物；②所混入的雜質有可能與有機熱載體直接發生反應，生產分解物及聚合物；③混入水分等雜質，在高溫下發生氣化，造成運行壓力不穩，嚴重時甚至引起超壓事故；④有的雜質混入系統后，會在高溫下發生沉積，堵塞管道，影響安全運行，有的甚至迫使系統停止運行。

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，防止由此而引發的一些嚴重事故，造成重大的經濟損失。

2 有機熱載體劣化的主要原因

2.1 過熱超溫

有機熱載體的使用溫度是有一定范圍的，對某一種有機熱載體而言，在使用過程中一旦超過其最高允許使用溫度，其就會發生裂解，即部分轉化成低沸物、高沸物和不可溶解的裂解產物。裂解率的增加與其所承受的溫度表現出一種指數關系，即如果有機熱載體所承受的溫度超溫10℃，則其預期的裂解率將比正常使用時增加一倍。

影響某種有機熱載體裂解的因素是其化學分子結構、純度、使用溫度和在換熱設備中所處的特定條件，也就是溫度的分布狀況和雜質的存在情況。實際使用中，有機熱載體開始發生熱裂解的溫度是其最高允許使用溫度以下約50℃。

溶解在有機熱載體中的低沸物降低了有機熱載體的閃點，并提高了其蒸汽壓。因此，如果系統局部的操作壓力降低，此時將會發生氣化。高沸物和不易流動的裂解產物會增加有機熱載體的黏度，引起傳熱惡化和流動阻力增大，其后果是導致有機熱載體流速降低和邊界層溫度上升，并進而導致有機熱載體殘炭含量升高，碳聚合形成爐管結焦，造成爐管材料的破壞和有機熱載體泄露，增加鍋爐損壞或爆炸等不安全因素。

2.2 氧化變質

熱氧化穩定性不同的有機熱載體與空氣中的氧接觸后發生不同程度的氧化反應，因此對于開式系統的有機熱載體，熱氧化穩定性是影響其使用壽命的一項重要指標。

氧化是一個復雜的化學過程，氧化速度隨溫度的升高逐漸加快。有機熱載體發生氧化的原因是氧原子可以直接與碳氫化合物中的碳原子發生反應生成有機酸。氧化表現為生成有機酸和形成聚合物，前者容易產生腐蝕，后者達到一定分子量后，作為淤渣而沉淀出來。產生的氧化產物溶解于有機熱載體中，有機熱載體的黏度就會增加。

由于在用有機熱載體在高溫條件下與空氣接觸會造成其快速且嚴重的氧化變質，會引起鍋爐運行事故的發生和在用有機熱載體使用壽命的縮短，故從安全運行和節約資源的角度考慮應盡量避免有機熱載體與氧接觸。

3 化學污染

有機熱載體化學污染的原因是多種多樣的，主要有以下幾方面：①新系統注入有機熱載體前未進行清洗；②設備或管線被其他化學物質污染；③被加熱工質泄露到有機熱載體系統中；④不同化學性質的有機熱載體混用；⑤有機熱載體儲存和設備檢修過程中發生的化學污染。

從有機熱載體化學污染的原因可以看出有機熱載體污染引起的質量變化主要是不同化學性質的物質在高溫下有可能發生化學反應或生產熱穩定性更低的物質，在高溫下會發生裂解，而不同介質的混合又改變了原有的有機熱載體的物性。如裂解產物是低沸物、高沸物和固態不溶物，它們的存在影響系統運行安全和傳熱效率。同時，裂解也會導致有機熱載體閃點降低和爐管內結焦，引發鍋爐安全事故。

此外，有機熱載體的質量變化不但有上面所述的過熱超溫、氧化、化學污染引起的變化，還有有機熱載體系統泄漏、系統設計不合理、系統操作條件改變或操作方式有誤等引起的質量變化。

參考文獻：

[1]TSG G5001-2010，鍋爐水（介）質處理監督管理規則[S].

[2]GB 23971-2009，有機熱載體[S].

[3]GB 24747-2009，有機熱載體安全技術條件[S].

作者簡介：

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