天然氣處理廠導熱油延長使用壽命方法探討

高超++劉勝國++徐宏源

摘要：天然氣處理廠導熱油使用過程中，導熱油品質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變化的原因，并就如何避免油質變化提出了相應的應對措施。結果表明，應從導熱油的選用、避免導熱油的過熱結焦、氧化變質、污染和定期化驗導熱油指標等角度綜合考慮，并采取措施，延長導熱油的使用壽命。

關鍵詞：導熱油；熱裂解； 氧化；污染

中圖分類號：TE626.39文獻標識碼：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

導熱油是一種用作傳熱介質的油狀液體，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，以及較高的熱穩定性等優點[1]。但任何一種導熱油都是有機物，其在使用和保存過程中都會因發生熱分解、縮聚、氧化等反應而降低性能甚至喪失使用價值，因此，應根據具體情況選擇合適的導熱油，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熱油18年來各項指標穩定正常，故本文以上海天然氣處理廠為例，分析總結了影響導熱油品質變化的因素，探討了延長導熱油使用壽命的一些方法。

1影響導熱油品質變化的因素

1.1熱裂解

導熱油在使用過程中由于加熱系統的局部過熱，易發生熱裂解反應，生成易揮發物質與較低閃點的低聚物。易揮發物質可造成循環泵氣蝕，甚至在排氣系統不流通的情況下，造成整個導熱油系統壓力升高，超壓爆炸或阻礙導熱油的流通，影響正常生產；低聚物間還會發生聚合反應生成高溫下不易熔化、不溶于導熱油的高聚物，不僅阻礙油品的流動，降低換熱器的熱傳導效率，如在爐管內形成結焦，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導熱油氧化變質的原因

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

1.2.2氧化變質的危害

導熱油氧化變質后，一方面會生成有機酸，造成管路的酸性腐蝕，增加系統運行泄漏的風險，同時有機酸受熱極易發生化學變化，進而生成固體不溶物，堵塞管路，導致局部過熱[3]；另一方面，氧化的產物會導致導熱油運動黏度增大，影響傳熱，進而加劇導熱油的過熱裂解。總之，氧化變質最終會縮短導熱油的壽命，甚至引發安全事故。

1.3污染

1.3.1導熱油遭污染的原因

導熱油的污染主要來自以下幾個方面：

（1）導熱油本身潔凈度不高。

（2）加熱系統不清潔如存在鐵銹、焊渣、沙石、灰土等。

（3）導熱油系統經長時間運行正常老化產生的膠質、瀝青質、微量有機酸、水分等。

（4）天然催化劑存在于熱油系統，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，使雨水和雜質漏入，和其他油品摻混等。

（6）導熱油系統泄漏，混入其他物質，如水分等。

潤滑油2016年第31卷

第5期高超等.天然氣處理廠導熱油延長使用壽命方法探討

OIL RESEARCH & APPLICATION油品研究與應用1.3.2導熱油遭污染的危害

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

2延長導熱油使用壽命的方法

2.1導熱油的選用

導熱油本身的質量是決定其使用壽命的關鍵，所以一定要選擇合適的導熱油。在已達到適應生產實際需要、安全生產、提高效率的前提下，選用導熱油應注重以下幾方面 [2]：

（1）導熱油應具有較高的導熱系數和比熱，以保證其熱力學性能；

（2）導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，選用的導熱油最高許用溫度應高于實際使用溫度30 ℃ 以上。如上海天然氣處理廠原工藝設計所需最高溫度為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導熱油可承受的最高溫度達345 ℃，遠遠滿足需求，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，應選用具有良好的熱穩定性和抗氧化穩定性的導熱油。

（4）導熱油應具有較高的閃點、自燃點、沸點和較低的凝點、酸值、殘炭和黏度。

（5））導熱油適應性要強，可與其他種類的導熱油攙和使用，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合成導熱油，它可以應用于-7～345 ℃的溫度范圍內并且具有高熱穩定性、可靠性、抗結焦性，具有良好的防止固體顆粒和焦垢生成的性能，確保了導熱油系統多年運行平穩。

2.2避免導熱油的過熱結焦

導熱油在運行溫度超過最高使用溫度時，在導油管壁會出現結焦現象，隨著結焦層的增厚，壁溫進一步增高，促使黏附結焦，導致管壁增厚，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導熱油過熱的操作，應極力避免。導熱油在加熱爐中的最高膜溫應小于允許油膜溫度，此外，還要保證加熱爐爐管中導熱油的流速適當，輻射室內導熱油流速不低于2 m/s。如果導熱油溫度超標，應從上述原因中進行排查，及時采取措施。

2.3避免導熱油的氧化變質

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

2.4避免導熱油的污染

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

2.4.1定期排查泄漏點

為確保熱載體系統完好不漏：

（1）應加強現場的檢查和排查工作，如發現設備的腐蝕滲漏，應及時采取措施；

（2）應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根據不同的溫度條件，進行再次緊固操作；

（3）泄漏出來的導熱油絕不能再重新使用。

2.4.2防止熱載體內混入水及其他雜質

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

去除系統中水及其他低沸物的關鍵是在導熱油系統投運時，應先緩慢升溫至110～130 ℃（超過水及其他低沸物的沸點）時，關閉主火嘴，在該溫度下維持循環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出去。如果膨脹槽的手動放空口看到水汽很多，應延長蒸發時間，直到無水汽出來后1 h為止，再為主火嘴供燃氣，繼續升溫至所需溫度。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，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外，排除了系統操作壓力過高及熱油氧化變質等隱患。

2.5定期化驗導熱油指標

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

表2使用中的導熱油試驗結果解釋

試驗項目可能的原因潛在效應黏度變化污染、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重氧化、被酸或堿污染系統腐蝕、沉淀水分增加

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

丙酮不溶物增加污染、污物、腐蝕、氧化、熱應力傳熱差、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、熱應力泵氣蝕、傳熱差、系統超壓、沉淀

3結論

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

參考文獻：

[1] 姚志忠.導熱油的應用[J].印染機械，1997（2）：22-24.

[2] 黃春芳.導熱油的優選方法[J].油氣儲運，1997（6）：50-53.

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