導(dǎo)熱油爐的清灰除焦研究范文
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《化工裝備技術(shù)雜志》2015年第二期
1導(dǎo)熱油變質(zhì)結(jié)焦形成的原因
1.1熱分解任何一種導(dǎo)熱油在升溫的情況下都會(huì)發(fā)生分解，分解出低沸點(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分。若發(fā)生深度分解，則生成炭粒而結(jié)焦。分解出的低沸點(diǎn)組分以氣體形式從高位膨脹槽放空管排出，高沸點(diǎn)組分則使導(dǎo)熱油增加黏度。這個(gè)熱分解速度與溫度成正比。導(dǎo)熱油溫度超過一定的限度，熱分解速度將成倍增加。
1.2氧化導(dǎo)熱油與空氣中氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，其顏色逐漸加深，且黏度增大。氧化反應(yīng)的結(jié)果是生成有機(jī)酸并縮聚成膠泥，形成膠質(zhì)物，有機(jī)酸則會(huì)對金屬造成腐蝕。導(dǎo)熱油的氧化速度與溫度有關(guān)，在100℃以下，與空氣接觸氧化不明顯，而到200℃以上，氧化就會(huì)以較高的速度進(jìn)行。
1.3化學(xué)污染導(dǎo)熱油的化學(xué)污染主要來自供熱系統(tǒng)外部，有兩種途徑可以導(dǎo)致供熱系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)熱油污染。一種是來自于工藝系統(tǒng)中被加熱介質(zhì)的泄漏。當(dāng)被加熱介質(zhì)側(cè)的操作壓力高于導(dǎo)熱油側(cè)的操作壓力時(shí)，若換熱設(shè)備存在缺陷，系統(tǒng)內(nèi)就有可能發(fā)生被加熱介質(zhì)的泄漏。另一種是新安裝的設(shè)備及管線未消除內(nèi)部存在的污染物質(zhì)，造成導(dǎo)熱油進(jìn)入供熱系統(tǒng)后被污染。
1.4結(jié)焦形成的原因?qū)嵊驮诟邷貭顟B(tài)下連續(xù)循環(huán)使用，也會(huì)發(fā)生熱分解。其中一部分會(huì)分解成揮發(fā)性較大的低沸物，隨循環(huán)進(jìn)入汽液分離器，由膨脹管通向膨脹槽排出爐外；另一部分則成為高沸點(diǎn)物質(zhì)———黏糊狀的膠質(zhì)。導(dǎo)熱油產(chǎn)生膠質(zhì)的初期，膠質(zhì)懸浮于油中，在循環(huán)中部分膠質(zhì)可通過導(dǎo)熱油過濾器濾掉。但隨著導(dǎo)熱油爐使用時(shí)間的延長，由于高溫、氧化等因素生成的高沸點(diǎn)膠質(zhì)越來越多，一部分膠質(zhì)會(huì)粘在爐管內(nèi)壁上，從而使?fàn)t管壁溫進(jìn)一步升高，膠質(zhì)物在高溫作用下逐漸發(fā)黑變硬，在爐管內(nèi)壁上形成結(jié)焦。結(jié)焦導(dǎo)致傳熱進(jìn)一步惡化，最后導(dǎo)致爐管燒穿，引起火災(zāi)事故。
2爐管內(nèi)壁的清垢除焦
導(dǎo)熱油爐即使在正常使用時(shí)，爐管內(nèi)也總有一部分導(dǎo)熱油會(huì)發(fā)生熱分解。導(dǎo)熱油爐經(jīng)較長時(shí)間運(yùn)行后，導(dǎo)熱油黏度增加，流動(dòng)阻力增大，流速降低，傳熱條件逐漸惡化，于是造成了爐管內(nèi)壁焦垢的沉積。如果使用不當(dāng)、局部超溫或者發(fā)生加速氧化，將會(huì)使導(dǎo)熱油析出焦垢的過程大為提前。焦垢的傳熱系數(shù)很低，一旦生成結(jié)焦，很快會(huì)使該處爐管受熱面金屬超溫，并導(dǎo)致爐管強(qiáng)度削弱而發(fā)生鼓包、開裂和泄漏事故[3]。為了防止事故的發(fā)生，對導(dǎo)熱油爐受熱面的爐管內(nèi)壁應(yīng)該至少一年清洗一次，使用導(dǎo)熱油爐清洗劑對爐管內(nèi)油垢、焦垢進(jìn)行清洗。為了保證化學(xué)清洗效果，最好是將導(dǎo)熱油爐與供熱系統(tǒng)（包括管道和用熱設(shè)備的散熱器）一并清洗，因?yàn)閷?dǎo)熱油變質(zhì)結(jié)焦后，整個(gè)油路系統(tǒng)管道內(nèi)同時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉積，尤其是用熱設(shè)備內(nèi)的焦垢對傳熱影響很大。化學(xué)清洗通常采用堿液清洗或化學(xué)清洗劑清洗。堿液清洗是將導(dǎo)熱油爐、高位膨脹槽、低位儲(chǔ)油罐內(nèi)殘油放盡，加入10%的苛性堿水溶液，并加入洗滌添加劑，使堿液充滿系統(tǒng)，然后加熱至90℃左右，循環(huán)8h，沖洗所有的設(shè)備和管線。大部分沉積物會(huì)分散到堿溶液中，由回油管濾網(wǎng)除去或由系統(tǒng)排泄管排出。清洗完畢后，打開低位排放液閥，排放出清洗液。堿液清洗對爐管內(nèi)壁的膠質(zhì)沉積能較好地清除，而對已完全焦化的結(jié)焦層，則較難清除干凈。化學(xué)清洗劑是由滲透促進(jìn)劑JFC、表面活性劑、OP、磷酸三鈉、鉀皂、十二烷基苯磺酸鈉等多種藥劑復(fù)配而成，對碳鋼金屬無滲氫腐蝕，無堿脆現(xiàn)象，是安全性較高的水基型清洗劑。藥劑在1%~3%濃度，可作為預(yù)洗劑使用，在85~95℃情況下能夠有效去除殘留油脂及部分中溫瀝青質(zhì)垢；而在10%~12%濃度下，并加熱至85~95℃，循環(huán)24h，能夠有效去除中高溫積炭垢，清洗1~10mm厚的結(jié)焦層。清洗完畢后放出清洗液，再注入清水加熱至85~95℃循環(huán)多次，直至系統(tǒng)內(nèi)殘?jiān)畚锴宄蓛魹橹埂Ｗ詈笥脡嚎s空氣吹掃，將系統(tǒng)內(nèi)殘余水分吹凈，就可重新投入運(yùn)行。
3運(yùn)行檢驗(yàn)
導(dǎo)熱油爐的運(yùn)行要求是保持出口油溫度和出口油壓力的穩(wěn)定，保持燃燒良好，提高爐子的熱效率，從而保證導(dǎo)熱油爐的安全運(yùn)行。通過導(dǎo)熱油爐的運(yùn)行指標(biāo)檢驗(yàn)，包括進(jìn)出口油溫度差、進(jìn)出口油壓力差、排煙溫度，來觀察爐管內(nèi)外壁上的積灰結(jié)焦情況，并采取相應(yīng)的吹灰清焦措施。如果判定爐管內(nèi)壁沉積有焦垢層時(shí)，可以先采用超聲波進(jìn)行厚度測量檢驗(yàn)，然后再使用熱油爐清洗劑進(jìn)行清洗除焦。
3.1進(jìn)出口油溫度差進(jìn)出口油溫度差既反映了導(dǎo)熱油爐的供熱量是否達(dá)到額定出力，又反映了用熱設(shè)備的熱負(fù)荷。若出口油溫度高而回路的進(jìn)口油溫度低，就說明用熱設(shè)備的熱負(fù)荷大，而出口油溫度始終能維持，則表明供熱系統(tǒng)匹配；若出口油溫度逐漸降低，則表明熱油爐出力不夠。反之，進(jìn)出口油溫度差小，就說明用熱設(shè)備的熱負(fù)荷小，應(yīng)考慮增加旁路，使熱負(fù)荷與熱油爐出力相匹配。當(dāng)回油溫度提高，進(jìn)出口油溫度差減小時(shí)，說明用熱量減少，應(yīng)相應(yīng)減弱燃燒。但有時(shí)回油溫度高而用熱設(shè)備的溫度卻上不去，不能滿足生產(chǎn)需要，這時(shí)如果減弱燃燒，那么與生產(chǎn)需要會(huì)相差更大。采用提高出口油溫度的方法來提高供熱量，也往往會(huì)事與愿違。因?yàn)榛赜蜏囟雀叨脽嵩O(shè)備溫度上不去，并不是由于導(dǎo)熱油爐的供熱量不足造成的，應(yīng)該從用熱設(shè)備上尋找原因。例如，用熱設(shè)備的散熱器油路設(shè)計(jì)不合理，造成流量分配不均；用熱設(shè)備油管道結(jié)垢，流通截面減小而流量不足；散熱器內(nèi)結(jié)垢傳熱效率降低等，都會(huì)使用熱設(shè)備的溫度上不去。如果盲目采用提高出口油溫度的方法來提高供熱量，結(jié)果會(huì)使出口溫度達(dá)到或超過導(dǎo)熱油的最高允許使用溫度，加重結(jié)垢與結(jié)焦程度，用熱設(shè)備的散熱器傳熱效率也將會(huì)更低，從而形成惡性循環(huán)，直至爐管超溫爆裂被迫停爐。
3.2進(jìn)出口油壓力差導(dǎo)熱油升溫至工作溫度時(shí)，進(jìn)出口油壓力差反映了導(dǎo)熱油爐內(nèi)的流動(dòng)阻力。在運(yùn)行過程中如果進(jìn)出口油壓力差逐漸增大，而出口油溫度又降低，就表明導(dǎo)熱油爐管內(nèi)有結(jié)焦，導(dǎo)熱油開始劣化變質(zhì)產(chǎn)生膠體，黏度增加，從而增大了流動(dòng)阻力。這時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備對導(dǎo)熱油爐和供熱系統(tǒng)進(jìn)行清洗，并更換新的導(dǎo)熱油。反之，如果油壓力差明顯減小，可能是循環(huán)導(dǎo)熱油泵抽空，流量不足之故。當(dāng)流量過小時(shí)，爐管內(nèi)油的流速低，管壁會(huì)過熱結(jié)焦，這就加速了導(dǎo)熱油的劣化，同時(shí)也減小了爐管的流通截面。所以，這時(shí)應(yīng)該對導(dǎo)熱油爐和用熱設(shè)備以及系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗，并更換新的導(dǎo)熱油。
3.3排煙溫度排煙溫度反映了導(dǎo)熱油爐受熱面的吸熱狀況。當(dāng)受熱面上積灰與結(jié)焦時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響熱量的吸收，并使排煙溫度增高。而當(dāng)導(dǎo)熱油爐的爐管爆裂或泄漏時(shí)，會(huì)在爐膛及煙道內(nèi)發(fā)生燃燒，并使排煙溫度急劇升高。導(dǎo)熱油爐出口油溫度低、供熱量不足而排煙溫度又超過了300℃，發(fā)生這種情況主要原因是爐體受熱面的爐管外壁積灰與結(jié)焦，從而致使吸熱量減少，這時(shí)應(yīng)該及時(shí)吹灰與清焦[4]。如果導(dǎo)熱油爐出口油溫度低并且排煙溫度也低，應(yīng)該考慮是燃燒問題。雖然熱油爐燒正壓，但鼓風(fēng)量卻開不大，燃燒強(qiáng)度較低，爐內(nèi)溫度也就提升不高。這時(shí)應(yīng)著重檢查導(dǎo)熱油爐后部出渣機(jī)、除塵器出灰口的水封面是否封閉好，爐膛及煙道內(nèi)有無大量冷風(fēng)漏入，而這時(shí)引風(fēng)機(jī)電流正常或偏大。如果水封面嚴(yán)密，引風(fēng)量開足，但引風(fēng)機(jī)電流卻小于正常值，其主要原因可能就是煙道嚴(yán)重堵灰，應(yīng)該打開清灰門清除堵灰。
4結(jié)束語
導(dǎo)熱油爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，爐管外壁上會(huì)沉積一層煙氣積灰結(jié)垢層，而爐管內(nèi)壁上也會(huì)附積一層導(dǎo)熱油結(jié)焦積垢層，這就增加了爐管受熱面?zhèn)鳠岬臒嶙琛Ｓ蔂t管壁受熱面的傳熱系數(shù)計(jì)算法可知，爐管壁的熱阻在傳熱計(jì)算中可以忽略不計(jì)，而爐管外壁煙氣積灰結(jié)垢層的熱阻和爐管內(nèi)壁導(dǎo)熱油結(jié)焦積垢層的熱阻卻對傳熱效果影響非常大。所以在導(dǎo)熱油爐的清洗過程中，需要同時(shí)對爐管外壁積灰結(jié)垢層和爐管內(nèi)壁結(jié)焦積垢層進(jìn)行定期清洗除垢。此外，平時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)定期自檢，保持爐管內(nèi)外壁的清潔。這樣爐管外壁積灰結(jié)垢層熱阻和爐管內(nèi)壁結(jié)焦積垢層熱阻對傳熱的影響就可以同時(shí)消除，其結(jié)果就是爐管壁受熱面的傳熱系數(shù)可大幅度提高，導(dǎo)熱油爐的供熱量將更加充足，而爐子的熱效率也將會(huì)更高。
作者：汪琦俞紅嘯張慧芬羅曉明嚴(yán)禎榮楊宇清單位：上海熱油爐設(shè)計(jì)開發(fā)中心上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院