导热油电加热器管局部结碳(也称结焦)是一个系统性问题的体现,其根本原因可以归结为局部过热。当导热油局部温度超过其允许的最高使用温度(或热稳定性极限)时,就会发生热裂解和聚合反应,油品中的烃类分子链断裂,生成不溶性的沥青质、胶质和碳粉,这些物质附着在管壁上就形成了结碳。下面是导致局部过热的几个具体原因,我将它们分为几大类:
一、导热油本身的问题
1.油品质量差或油品选型不当:
热稳定性差:劣质导热油或在设计温度下热稳定性不足的油品,很容易在正常操作温度下就发生裂解结焦。
最高使用温度:选择的导热油其最高允许使用温度(或炉膛出口温度)与系统设计温度不匹配,长期在临界温度下运行。
2.导热油老化与氧化:
长期过热运行:即使油品质量好,长期在超过设计温度下运行也会加速其老化、裂解。
系统存在氧气:膨胀槽未用氮气密封或密封失效,空气通过法兰、泵密封等部位进入系统。氧气会使导热油发生氧化反应,生成有机酸和污泥,这些物质是结碳的前驱体。
使用年限过长:导热油会自然老化,其有效成分逐渐减少,裂解产物和残碳值不断升高。
二、系统设计与操作问题(最常见的原因)
1.流速过低-这是导致局部结碳最核心的原因
设计缺陷:加热管径过大,或泵的扬程和流量选型不当,导致管内流速达不到设计要求。电加热器一般要求管内流速在2-4m/s或更高。
原因:流速过低会大大降低油膜与管壁之间的对流传热效率。靠近管壁的油膜层流速几乎为零(层流底层),如果整体流速慢,这个油膜层会因长时间与高温管壁接触而严重过热,远远超过主流油温,从而迅速裂解结碳。
2.操作温度过高
为了追求生产效率,将系统操作温度设定在接近或超过导热油最高使用温度的边缘,大大增加了裂解风险。
三、系统污染与维护问题
焊渣、铁锈、沙粒等机械杂质在系统内循环,可能会在流速较低或转弯处沉积,形成绝缘层,影响传热,导致局部温度升高,引发结碳。不同化学成分的导热油混合后可能发生化学反应,产生沉淀物,或降低整体的热稳定性。
结碳的危害
降低传热效率:碳层的导热系数远低于金属管壁,形成隔热层,导致管壁温度进一步升高,形成恶性循环。
引发过热爆管:管壁温度因结碳隔热而持续升高,超过金属材料的承受极限,导致强度下降,最终引发鼓包、破裂、泄漏。
增加能耗:为达到同样的工艺温度,需要更高的管壁温度,耗电量显著增加。
堵塞管道:严重结碳会减小流道,增加系统阻力,甚至完全堵塞管道。
污染整个系统:脱落的碳渣会随油流循环,污染整个系统,磨损泵和阀门,堵塞过滤器。
导热油电加热器管局部结碳的根本原因是局部过热,而流速过低是导致局部过热最常见、最直接的操作性原因。它是一个系统性问题,需要从油品选择、系统设计、规范操作和定期维护等多个环节进行综合预防。