電加熱專用導熱油的研究

揭斌華，吳曉濤，林國就，王鵬，王雪梅

(1.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011;2.茂名市質量計量監督檢測所，廣東 茂名 525000)

0 引言

近年來，隨著環保形勢日益嚴峻，傳統的燃煤、燃油、燃生物質鍋爐導熱油鍋爐因尾氣排放等問題關?；蛘亩鴾p少。電加熱導熱油具有設備簡單、投資少，無需在相關監管部門報備等特點，迅速得到廣泛應用[1]。

電加熱導熱油系統存在眾多隱患，易引發火災等安全事故：1)系統安裝不合理，高位槽大小、高度不符合標準要求，導致高溫導熱油長期與空氣接觸，加速導熱油的氧化、結焦等；2)使用過程中，容易發生系統泄露、噴油、冒白煙等現象；3)系統設計不合理，導熱油流速小，存在加熱盲區，造成導熱油受熱不均勻、局部過熱；4)電加熱系統單位能量高，電加熱絲表面溫度遠遠超過導熱油的最高允許油膜溫度，因超溫使用而加速導熱油的裂解、失效等[2]。因此，電加熱導熱油系統苛刻的工況對導熱油的熱氧化安定性、熱穩定性、閃點、自燃點、餾程等性能提出了更高的要求，尤其是導熱油應具有優異的高溫熱氧化安定性，抑制高溫氧化，減緩結焦，延長使用壽命。

本文通過熱穩定性、熱氧化安定性等試驗評定對基礎油、添加劑進行篩選，旨在開發一款高溫熱氧化安定性能優異的電加熱專用導熱油，并與參比油開展理化性能、應用跟蹤對比，實現電加熱導熱油系統的安全可靠、長期高效運行。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所需的實驗原料見表1所示。

1.2 實驗儀器

本實驗所需的實驗儀器見表2所示。

表2 主要所需實驗儀器

2 實驗結果與討論

2.1 基礎油的確定

分別對Ⅰ基礎油、Ⅱ基礎油的黏度、傾點、密度等理化性質進行分析，并與參比油進行對比，對比結果見表3所示。

表3 基礎油的主要理化性質

從表3來看，Ⅰ基礎油和Ⅱ基礎油均滿足GB 23971-2009《有機熱載體》[3]產品理化指標要求，但與參比油相比較，Ⅱ基礎油初餾點高、閃點高、安全性能更優越，更適用于電加熱系統，且具有以下優勢：

(1)硫含量低，顏色淡、無臭、無刺激性氣味，滿足綠色環保產品要求，保障使用者的健康與安全。

(2)2%初餾點高，閃點高，在使用過程中可減少油品揮發消耗、不易發生冒煙等。

(3)自燃點高，安全性能更優異。

2.2 熱氧化安定性試驗

按照GB/T 23971-2009附錄C的要求，通過考察抗氧劑、分散劑、清凈劑對Ⅱ基礎油熱氧化安定性能的影響，確定最佳的配方，并與參比油進行對比。

2.2.1 不同抗氧劑對導熱油熱氧化安定性的影響

抗氧劑按照作用機理和使用溫度的不同而有不同的選擇。由于電加熱導熱油系統使用溫度往往超過150 ℃，對抗氧劑提出非常高的要求，因此，分別在Ⅱ加氫基礎油中，加入0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C，分別加入0.6%的A(胺型抗氧劑)、E(胺型抗氧劑)、F(胺型抗氧劑)、G(酚型抗氧劑)、H(酚型抗氧劑)，考察不同類型的抗氧劑對熱氧化安定性的影響。結果見表4。

表4 抗氧劑對熱氧化安定性的影響

從表4來看，不同類型的抗氧劑對熱氧化安定性的影響差異較大，而胺型抗氧劑的抗氧化性能優于酚型抗氧劑，這是由于試驗溫度為175 ℃，而酚型抗氧劑超過90 ℃時容易分解。同時，A抗氧劑與Ⅱ基礎油的配伍性最佳，酸值增加、黏度增長、沉渣最小。

2.2.2 利用正交分析確定最佳導熱油配方

(1)確定因素波動范圍

抗氧劑A加入量：0.3%～0.9%。

分散劑B加入量：0.1%～0.3%。

清凈劑C加入量：0%～0.2%。

(2)確定考察指標

考察添加劑對基礎油熱氧化安定性的影響，即酸值增加、黏度增長、沉渣的變化情況。

(3)確定因素水平(見表5)

表5 因素水平

(4)選定正交表進行表頭設計

從因素水平表來看，為3因素3水平，選用L9(34)正交表，結果見表6～表8。

表6 酸值增加因素水平表的設計

表7 黏度增長因素水平表的設計

表8 沉渣因素水平表的設計

從表6酸值增加的正交分析來看，因素主次順序為A>C>B，最佳方案為A2B3C3，而正交試驗的最佳方案為A2B2C3。

從表7黏度增長的正交分析來看，因素主次順序為A>C>B，與正交試驗的最佳方案均為A2B2C3。

從表8沉渣的正交分析來看，因素主次順序為A>B>C，最佳方案為A2B3C3，而正交試驗的最佳方案為A2B2C3。

(5)驗證試驗

為了與正交試驗選出的最佳方案進行對比，用A2B3C3方案和A2B2C3方案各做一次驗證性試驗，試驗結果見表9。

表9 驗證性試驗結果

從表9來看，A2B3C3方案和A2B2C3方案中的酸值增加與沉渣相差不大，而黏度增長A2B2C3方案優于A2B3C3方案，同時考慮到添加劑的成本，因此，確定最佳方案為A2B2C3方案，即以Ⅱ基礎油為原料，加入0.6%抗氧劑A、0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C制得電加熱專用導熱油。

2.2.3 與參比油的對比

在相同的氧化試驗條件下，所研制的電加熱專用導熱油的熱氧化安定性能與參比油的對比情況見表10。

表10 熱氧化安定性能對比

從表10來看，研制油與參比油的熱氧化安定性能均滿足GB 23971-2009的指標要求，但研制油的熱氧化安定性數據全面優于參比油。這是由于Ⅱ基礎油是由加氫異構工藝制得，其中鏈狀烴、飽和烴含量高，而參比油為普通加氫精制基礎油，其含有部分環烴組分，環烴在高溫下氧化形成大分子的膠質和瀝青質，從而對沉渣、黏度造成影響[4]。

2.3 熱穩定性試驗

根據GB/T 23800-2009的要求，將一定量的電加熱專用導熱油、參比油分別盛入玻璃安瓶中，在300 ℃溫度下試驗720 h。試驗結束后，觀察油品外觀，并對試驗前后的低沸物、高沸物、變質率進行分析，分析結果見表11。

表11 熱穩定性試驗 %

從表11來看，電加熱專用導熱油的外觀、低沸物、高沸物、變質率均優于參比油，且數值遠低于GB 23971-2009的指標要求，說明電加熱專用導熱油抗高溫安定性更優異，在試驗溫度下不易發生裂解反應和縮合反應[5]。

2.4 實際應用情況

某塑膠公司兩套75 kW電加熱導熱油系統，于2019年4月分別使用700 kg開發的電加熱專用導熱油、參比油導熱油，使用溫度為220 ℃。使用半年后，分別對在用油主要理化性能指標進行分析，并與GB 24747-2009《有機熱載體安全技術條件》[6]在用導熱油的質量指標要求進行對比，分析數據見表12。

表12 在用導熱油的分析數據

從表12的分析數據來看，使用半年的電加熱專用導熱油的運動黏度、閉口閃點、殘炭、酸值指標均滿足GB 24747-2009《有機熱載體安全技術條件》的允許使用質量指標，遠低于停止使用質量指標，且明顯優于參比油。同時，使用后電加熱絲表面光滑，未出現附著現象，說明電加熱專用導熱油抗高溫氧化性能優異，具有突出的沉渣控制能力，使用過程中酸值、殘炭較小，可減緩沉渣物質對用熱設備、管道及過濾器等的影響，延長導熱油及系統設備的使用壽命。

3 結論

(1)Ⅱ類基礎油的黏度、傾點、密度等理化性質和熱氧化安定性、熱穩定性等均滿足GB 23971-2009 L-QB300導熱油的指標要求，是電加熱專用導熱油適宜的原料。

(2)通過正交試驗對添加劑進行篩選，確定電加熱專用導熱油最佳配方為：0.6%抗氧劑A1、0.2%分散劑B、0.2%清凈劑C。

(3)以Ⅱ基礎油為原料的電加熱專用導熱油熱氧化安定性、熱穩定性能優異，在相同試驗條件下，指標均優于參比油。

(4)電加熱專用導熱油在實際電加熱系統安全使用半年，其抗高溫氧化性能優異，酸值、殘炭較小，滿足電加熱系統安全運行要求，得到客戶的認可。