導(dǎo)熱油氧化安定性評(píng)價(jià)方法中存在的問題及改進(jìn)

司榮，王驕凌

(中國(guó)鍋爐水處理協(xié)會(huì) ,北京 100013)

導(dǎo)熱油氧化安定性評(píng)價(jià)方法中存在的問題及改進(jìn)

司榮，王驕凌

(中國(guó)鍋爐水處理協(xié)會(huì) ,北京 100013)

現(xiàn)有導(dǎo)熱油氧化安定性評(píng)價(jià)方法存在許多問題，如控溫方式、試驗(yàn)環(huán)境及樣品擺放位置等以上試驗(yàn)條件對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大，同時(shí)試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的油蒸汽對(duì)試驗(yàn)環(huán)境污染較為嚴(yán)重，不利于實(shí)驗(yàn)人員的職業(yè)安全健康。通過采用密封式樣品杯、樣品溫度監(jiān)測(cè)及氣流控制等方式對(duì)現(xiàn)有方法及設(shè)備進(jìn)行改造，能較好地評(píng)價(jià)導(dǎo)熱油氧化安定性同時(shí)極大地改善試驗(yàn)環(huán)境。

導(dǎo)熱油；氧化安定性；空氣分布器

0 引言

導(dǎo)熱油是作為傳熱介質(zhì)使用的一類油品的統(tǒng)稱，又稱為有機(jī)熱載體、熱傳導(dǎo)液。它既可做加熱介質(zhì)，又可以做冷卻介質(zhì)，因具有傳熱均勻、操作簡(jiǎn)單、低的蒸汽壓和比熱等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)化工、石油化工、化纖、紡織、輕工、建材、冶金、糧油食品加工等行業(yè)的多種加熱系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。

導(dǎo)熱油傳熱系統(tǒng)可分為開式傳熱系統(tǒng)和閉式傳熱系統(tǒng)，開式傳熱系統(tǒng)為膨脹罐與大氣相通的傳熱系統(tǒng)。閉式傳熱系統(tǒng)為膨脹罐與大氣隔離的傳熱系統(tǒng)。目前我國(guó)在用的導(dǎo)熱油系統(tǒng)絕大多數(shù)為開式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)膨脹槽內(nèi)導(dǎo)熱油與空氣直接接觸，發(fā)生緩慢的氧化，同時(shí)帶有間歇式操作的導(dǎo)熱油系統(tǒng)，頻繁的開停機(jī)，膨脹槽溫度波動(dòng)較大，呼吸作用明顯更易發(fā)生氧化，導(dǎo)致導(dǎo)熱油極易發(fā)生氧化變質(zhì)。

目前針對(duì)導(dǎo)熱油氧化安定性的研究較少，較為成熟的方法為潤(rùn)滑油氧化安定性的相關(guān)評(píng)價(jià)方法，主要有內(nèi)燃機(jī)油、變壓器油等氧化安定性的評(píng)價(jià)[1-11]以及采用相關(guān)熱分析方法[12-13]、紅外法[14-15]對(duì)潤(rùn)滑油氧化安定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于使用環(huán)境的不同，目前導(dǎo)熱油氧化安定性的評(píng)價(jià)采用GB 23971-2009《有機(jī)熱載體》附錄C《有機(jī)熱載體氧化安定性試驗(yàn)法》進(jìn)行，該方法的主要目的在于模擬使用過程中導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)膨脹槽中導(dǎo)熱油的環(huán)境。在試驗(yàn)過程中筆者對(duì)該方法存在的問題進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1儀器設(shè)備

AKLY-1B自然對(duì)流高溫實(shí)驗(yàn)箱，大連連信儀器設(shè)備制造有限公司；RTD溫度檢測(cè)器，OMEGA；905型全自動(dòng)電位滴定儀，瑞士萬(wàn)通；OSY-105黏度測(cè)定器，大連石油儀器有限公司。

1.2試驗(yàn)內(nèi)容

用砂紙打磨長(zhǎng)76 mm直徑6.25 mm的T10A號(hào)鋼棒至表面光滑，用丙酮清洗后晾干，放入乘有180 g樣品的敞口燒杯中。將裝有試樣和鋼棒的燒杯放入試驗(yàn)箱中，開始加熱，恒溫鋁浴溫度設(shè)定175 ℃，關(guān)閉恒溫箱的門，加熱時(shí)間為72 h。 加熱完成后用樣品加熱前后酸值的增加、黏度增長(zhǎng)及產(chǎn)生的沉渣量評(píng)價(jià)導(dǎo)熱油氧化安定性。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定黏度增長(zhǎng)(40 ℃)不大于40%，酸值增加不大于0.8 mgKOH/g，沉渣不大于50 mg/100 g。

2 結(jié)果與討論

2.1控溫方式

該方法所用溫度測(cè)量及控制熱電偶位于加熱鋁浴中心位置，其測(cè)量溫度為鋁浴溫度，盛有樣品的敞口杯置于加熱鋁浴預(yù)留孔內(nèi)，如圖1，鋁浴溫度到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)，盛在樣品杯中的樣品由于傳熱，尚未達(dá)到設(shè)定溫度，故加熱時(shí)間實(shí)際為鋁浴時(shí)間，樣品本身到達(dá)設(shè)定溫度的時(shí)間儀器無法準(zhǔn)確測(cè)得。

圖1 鋁浴構(gòu)造圖

對(duì)不同的設(shè)定溫度，儀器顯示到達(dá)設(shè)定溫度后，采用測(cè)溫儀測(cè)量樣品溫度及到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)間，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 加熱鋁浴及樣品到溫用時(shí)

由表1可見，樣品到溫時(shí)間較鋁浴到溫時(shí)間有不同程度的延后，原因?yàn)榻饘賯鳠彷^快，油樣傳熱較慢。由于自然對(duì)流高溫試驗(yàn)箱加熱時(shí)試驗(yàn)箱門密閉，無法長(zhǎng)時(shí)間采用測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)油溫，因此，該實(shí)驗(yàn)裝置需增加油溫測(cè)定功能，以記錄樣品溫度。

2.2氣體流量控制方式

該方法為模擬膨脹槽的使用環(huán)境，自然對(duì)流條件下樣品的抗氧化的能力，但作為有導(dǎo)熱油氧化安定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，沒有明確規(guī)定自然對(duì)流條件，如空氣、氧氣流速等，導(dǎo)致試驗(yàn)環(huán)境通風(fēng)狀況對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大的干擾。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室都安裝有通風(fēng)設(shè)備，以便即時(shí)排出試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體，在氧化安定性測(cè)試試驗(yàn)過程中，通風(fēng)設(shè)備是否開啟對(duì)結(jié)果也有較大的影響，見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)狀況對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

由以上數(shù)據(jù)可見，不開通風(fēng)時(shí)氧化后酸值黏度變化較小，打開實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)，氧化后酸值黏度變化較大，同時(shí)打開通風(fēng)后通風(fēng)量的大小不同；也對(duì)氧化結(jié)果有差異。實(shí)驗(yàn)過程中，若實(shí)驗(yàn)室無通風(fēng)，試驗(yàn)加熱過程中產(chǎn)生的油蒸汽不能即時(shí)排出，加熱產(chǎn)生的油蒸汽散布于室內(nèi)，污染嚴(yán)重，不利于實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全及實(shí)驗(yàn)人員的健康。若打開試驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)備，能較好地帶走產(chǎn)生的油蒸汽，但由于無法準(zhǔn)確控制系統(tǒng)的通風(fēng)量，導(dǎo)致與加熱油面接觸的空氣流量不同，對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

2.3樣品位置(見圖2)

圖2 樣品位置圖

自然對(duì)流高溫試驗(yàn)箱內(nèi)加熱部分為圓形加熱鋁浴，如圖2，可同時(shí)進(jìn)行6個(gè)樣品的試驗(yàn)，試驗(yàn)箱設(shè)有通風(fēng)口，通風(fēng)口為直徑30 mm圓形孔，位于設(shè)備背部。加熱時(shí)，位于通風(fēng)口附近的樣品由于氧氣充分，氧化程度較其他孔位深，數(shù)值偏高。同一樣品同一試驗(yàn)箱內(nèi)結(jié)果重復(fù)性差。樣品位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響見表3。

表3 樣品位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

由以上數(shù)據(jù)可看出3、4號(hào)位置由于靠近通風(fēng)口氧化程度較其他孔位樣品深，加熱后黏度及酸值變化較大。

2.4該方法存在的其他問題

2.4.1 樣品用量大

該方法一次測(cè)試用油為180 g，為防止偶然誤差，試驗(yàn)通常采取兩組平行實(shí)驗(yàn)，兩次用油共360 g。在加熱完成之后，測(cè)定加熱后酸值以及黏度評(píng)價(jià)，用油量?jī)H需80 g左右。

2.4.2 沉渣測(cè)定方式

標(biāo)準(zhǔn)要求，加熱后的樣品采用G3型耐酸砂芯漏斗過濾，砂芯漏斗的砂芯濾板由燒結(jié)玻璃料制成，可以過濾酸液或用酸類處理，也叫耐酸漏斗。根據(jù)其孔徑大小，砂芯濾板可分成G1～G6六種規(guī)格。G3型為孔徑 4.5～9 μm 用于濾除細(xì)沉淀、過濾水銀。氧化安定性試驗(yàn)過程中絕大多數(shù)加熱后的樣品，會(huì)產(chǎn)生不同程度的深色膠質(zhì)、瀝青質(zhì)狀物質(zhì)，這類物質(zhì)會(huì)堵塞濾孔，濾孔堵塞后，難以進(jìn)行后續(xù)過濾，且用過的G3漏斗難清洗，用鉻酸洗液浸泡12 h后，仍無法洗凈，已不能用于二次過濾。

2.4.3 油蒸汽處理方式

該裝置為將盛裝樣品的敞口燒杯，放入實(shí)驗(yàn)箱中，在175 ℃下加熱72 h，加熱過程中樣品中輕組分有不同程度的揮發(fā)，對(duì)輕組分較多的產(chǎn)品其揮發(fā)量能達(dá)未加熱樣品質(zhì)量的一半之多。揮發(fā)的油蒸汽或黏附于試驗(yàn)箱加熱內(nèi)壁或揮發(fā)出試驗(yàn)箱外，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境污染嚴(yán)重。

3 儀器改進(jìn)

針對(duì)目前導(dǎo)熱油氧化安定性測(cè)試中存在的問題，借鑒部分潤(rùn)滑油氧化安定性的評(píng)價(jià)方法，對(duì)氧化安定性測(cè)試儀進(jìn)行改進(jìn)。

3.1樣品池

由原敞開式樣品燒杯改為密閉式，將杯口密封，同時(shí)杯口預(yù)留溫度傳感器連接口及進(jìn)氣口、出氣口，同時(shí)進(jìn)氣口尾部連接有空氣分布器，如圖3，其中空氣分布器上均勻地分布有細(xì)微的氣孔，氣孔的直徑約1 mm，用于氣體在樣品內(nèi)部的均勻擴(kuò)散。在出氣管2之后，連接一個(gè)冷凝系統(tǒng)，用以收集從出氣管中帶出的油蒸汽，減少油蒸汽的對(duì)外排放。

1:進(jìn)氣口；2:出氣口；3:樣品池蓋；4:磨砂連接口；5:溫度傳感器探測(cè)管；6:樣品池；7:空氣分布器

圖3樣品池

采用圖3樣品池，由于溫度探測(cè)點(diǎn)位于實(shí)際待測(cè)的油品中，真實(shí)反映了油品在實(shí)際測(cè)定溫度下的氧化安定性，避免了由于溫度測(cè)量不準(zhǔn)產(chǎn)生的測(cè)定誤差。

3.2箱體

在試驗(yàn)箱體上加裝有進(jìn)氣口，用于連接空氣瓶，箱體加裝6個(gè)流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥及溫度指示劑，用于六個(gè)樣品加熱位置氣流調(diào)節(jié)及溫度顯示。

經(jīng)改造后的樣品池及箱體，試驗(yàn)加熱過程中可定量的調(diào)節(jié)輸入空氣流量，空氣與待測(cè)的樣品實(shí)現(xiàn)充分連續(xù)接觸，避免了外界試驗(yàn)室通風(fēng)狀況對(duì)待測(cè)樣品表面流動(dòng)空氣的影響。同時(shí)由于采取了密閉的測(cè)定體系，從空氣分布器中帶出來的空氣及油蒸汽經(jīng)冷凝進(jìn)入了回收裝置中。

3.3對(duì)比試驗(yàn)

將處理好的鋼棒放入盛有180 g樣品的燒杯中，蓋上樣品池蓋3，注意調(diào)整空氣分布器7位置，將帶有空氣分布器7的樣品池放入鋁浴內(nèi)，將對(duì)應(yīng)溫度傳感器放入樣品池蓋上溫度傳感器探測(cè)管5內(nèi)，接通空氣，空氣流量調(diào)節(jié)至50 mL/min，出氣管2連接箱體出氣管氣路，穩(wěn)定約5 min后，開始加熱，油溫至175 ℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，加熱時(shí)間72 h，關(guān)閉電源停止加熱，關(guān)閉空氣，待油溫降至室溫，取出油樣過濾，測(cè)定黏度及酸值，計(jì)算黏度變化率及酸值增長(zhǎng)，見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)狀況對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

不同樣品位置對(duì)結(jié)果的影響見表5。

表5 樣品位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

儀器改進(jìn)后由表4、表5數(shù)據(jù)可看出，經(jīng)改造過的儀器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平行性好，試驗(yàn)結(jié)果不受外界通風(fēng)狀況及樣品在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的位置影響，且試驗(yàn)過程中收集了大部分蒸發(fā)的油氣，房間異味減少，試驗(yàn)環(huán)境明顯改善。

4 結(jié)論

在導(dǎo)熱油氧化安定性評(píng)價(jià)方法中，采用密封樣品池可有效解決原設(shè)備無法控制氣流條件以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果受外界通風(fēng)狀況影響較大的問題，改造后的儀器可充分模擬自然對(duì)流的情形，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)箱體中單個(gè)樣品池的溫度進(jìn)行控制，這樣也能更精確地監(jiān)控樣品池油溫變化情況，避免溫度波動(dòng)帶來的試驗(yàn)誤差。因此，改造后的儀器提高了該試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性及可靠性。

[1] SH/T 0259-1992潤(rùn)滑油熱氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] SH/T 0299-1992內(nèi)燃機(jī)油氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] SH/T 0219-1992熱處理油熱氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]SH/T 0206-1992 變壓器油氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] SH/T 0196-1992潤(rùn)滑油抗氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] SH/T 0193-2008潤(rùn)滑油氧化安定性的測(cè)定旋轉(zhuǎn)氧彈法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7]SH/T 0123-1993 極壓潤(rùn)滑油氧化性能測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8] GB/T 12581-2006加抑制劑礦物油氧化安定性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).[S].

[9] H/T 0450-1992S合成油氧化腐蝕測(cè)定法.中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10] GB 8018-1987汽油氧化安定性測(cè)定法(誘導(dǎo)期法) .中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[11] GB/T 12581-2006加抑制劑礦物油氧化特性測(cè)定法.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].

[12] 左鳳,馬蘭芝. 潤(rùn)滑油氧化安定性評(píng)價(jià)方法及與PDSC的相關(guān)性研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2012(3):145-147.

[13] Pamela L S, Gerald H P, Alan T R. The Development of a Standard Method for Determining Oxidation Induction Times of Hydrocarbon Liquids by PDSC [J]. Thermochimica Acta, 1994，243：201-208.

[14] 李子存，馮新瀘, 熊剛. 紅外光譜評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)油抗氧化性能的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2007,27(3):444-447.

[15] 張紅革.用紅外光譜分析車用油的氧化情況[J].潤(rùn)滑油,2003,18(1):44-46.

Problems in the Oxidation Stability Test Method for Heat Transfer Oil and Improvement

SI Rong, WANG Jiao-ling

(China Boiler Water Quality Association, Beijing 100013, China)

There are many problems in the evaluation method of heat transfer oil oxidation stability, such as temperature control mode, test environment and sample position. All these conditions have great influence on the evaluation result. At the same time, the oil vapor generated during the test has great pollution to the test environment. Using the sealed sample container, sample temperature detection and air control can solve these problems and greatly improve the test environment.

heat transfer oil; oxidation stability; air distributor

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.013

1002-3119(2017)05-0056-05

TE626.3

A

2017-05-05。

國(guó)家質(zhì)檢總局2015年質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目資助(201510067)。

司榮，碩士研究生，工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)有機(jī)化學(xué)專業(yè)，主要研究鍋爐傳熱介質(zhì)的應(yīng)用分析,曾公開發(fā)表論文3篇。E-mail:ccsirong@163.com