導熱油的安全隱患、防護及選用

徐興元

導熱油作為一種性能穩(wěn)定的良好傳熱介質(zhì)，被廣泛的應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域。然而，其使用過程中存在有潛在的安全隱患，因此有必要加深對導熱油性能的認識，并提出行之有效的防護對策，避免各類安全事故的發(fā)生，確保生產(chǎn)安全。該文簡單介紹了導熱油的性能、國內(nèi)外主要品牌及導熱油加熱系統(tǒng)特性，并對導熱油系統(tǒng)運行可能發(fā)生的隱患進行了分析，總結(jié)實際運行經(jīng)驗，提出了7點導熱油的防護的建議。

導熱油是一種將燃料產(chǎn)生的熱量間接傳遞給用熱設(shè)備，具有加熱均勻，高溫低壓傳熱，控溫準確，同時可以循環(huán)使用的優(yōu)良傳熱介質(zhì)，被廣泛的應(yīng)用于石油化工、造紙紡織、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。然而，導熱油作為傳熱介質(zhì)在工業(yè)流程的高溫環(huán)境下使用時，會給工廠帶來潛在的火災(zāi)隱患，而制定對導熱油的火災(zāi)評估指標迫在眉睫。所以，有必要對導熱油的性能做進一步的認識。

導熱油又稱傳熱油，正規(guī)名稱為熱載體油（GB/T4016-83），英文名稱為Heat transfer oil，所以也稱熱導油，熱煤油等。導熱油是一種熱量的傳遞介質(zhì)，由于其具有加熱均勻，調(diào)溫控制溫準確，能在低蒸汽壓下產(chǎn)生高溫，傳熱效果好，節(jié)能，輸送和操作方便等特點，近年來被廣泛應(yīng)用于油氣集輸場站的加熱系統(tǒng)，而且其用途和用量越來越多。

目前國內(nèi)生產(chǎn)導熱油的廠家比較多，比較有實力的一線品牌主要有：長城、昆侖、統(tǒng)一、豫航、聯(lián)遠、大洋等廠家；而國外生產(chǎn)導熱油的一線品牌主要有：美浮、BP、嘉實多、勝牌等。相比之下國外品牌的產(chǎn)品質(zhì)量占有一定優(yōu)勢，國內(nèi)品牌的產(chǎn)品價格占有優(yōu)勢，但近年來隨著高科技的不斷進步，國內(nèi)一些知名品牌的產(chǎn)品創(chuàng)新和自主研發(fā)，已經(jīng)逐漸縮小了與國際品牌的差距，不少品牌已經(jīng)打入國際市場！

2 導熱油系統(tǒng)特性：

熱油具有抗熱裂化和化學氧化的性能，傳熱效率好，散熱快，熱穩(wěn)定性很好。導熱油作為工業(yè)油傳熱介質(zhì)具有以下特點：

可靠性強。在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。即可以大大降低高溫加熱系統(tǒng)的操作壓力和安全要求，提高了系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。

操作簡單。導熱油可以在較寬的溫度范圍內(nèi)滿足不同溫度加熱、冷卻的工藝需求，或在同一個系統(tǒng)中用同一種導熱油同時實現(xiàn)高溫加熱和低溫冷卻的工藝要求，即可以降低系統(tǒng)和操作的復雜性。導熱油與熔鹽相比，在操作溫度為400℃以上時，熔鹽在傳熱介質(zhì)的價格及使用壽命方面具有絕對的優(yōu)勢，但在其它方面均處于明顯劣勢，尤其是在系統(tǒng)操作的復雜性方面。

前期投資少。與蒸氣加熱系統(tǒng)相比較，導熱油系統(tǒng)省略了水處理系統(tǒng)和設(shè)備，減小了系統(tǒng)壓力等級，提高了系統(tǒng)熱效率，減少了設(shè)備和管線的維護工作量。即可以減少加熱系統(tǒng)的初投資和操作費用。

綜合安全性較高。在事故原因引起系統(tǒng)泄漏的情況下，導熱油與明火相遇時有可能發(fā)生燃燒，這是導熱油系統(tǒng)與水蒸氣系統(tǒng)相比所存在的問題。但在不發(fā)生泄漏的條件下，由于導熱油系統(tǒng)在低壓條件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系統(tǒng)。

3 導熱油使用過程中諸性能潛在的危險性

目前，工業(yè)應(yīng)用常見的導熱油多為有機介質(zhì)（烷烴類、芳香烴類），所以導熱油的熱穩(wěn)定性和氧化性是影響其使用性能的兩個重要指標。

熱穩(wěn)定性。導熱油在使用過程中由于加熱系統(tǒng)的局部過熱，易發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成易揮發(fā)及較低閃點的低聚物，低聚物間發(fā)生聚合反應(yīng)生成不熔不溶的高聚物，不僅阻礙油品的流動，降低形同的熱傳導效率，同時會造成管道局部過熱變形炸裂的可能。

氧化穩(wěn)定性。導熱油與溶解其中的空氣及熱載體系統(tǒng)填裝是殘留的空氣在受熱情況下發(fā)生氧化反應(yīng)，生成有機酸及膠質(zhì)物粘附輸油管，不僅影響傳熱介質(zhì)的使用壽命，堵塞管路，同時易造成管路的酸性腐蝕，增加系統(tǒng)運行泄漏的風險。

4 導熱油在使用過程中遇到的典型事故案例分析

2008年6月12日××公司導熱油鍋爐車間發(fā)生泄漏導致導熱油噴濺引起重大火災(zāi)，其載熱體管道中使用的是××型導熱油，閃點200℃，燃點227℃，屬于丙類可燃液體。而熱載體中的最高供熱溫度達275℃，高于導熱油的閃點，高溫導熱油從鍋爐管道中泄漏，由于導熱油自身溫度很高，釋放在空氣中的導熱油物化擴散成大面積的氣溶膠，與空氣混合后形成爆炸性的混合物。

表一 聯(lián)苯醚的火災(zāi)爆炸指標

名稱 閃點/℃ 自燃點/℃ 沸點/℃ 熔點/℃ 爆炸極限/%

聯(lián)苯 113 577 255 70 0.7 ～3.4

二苯醚 115 695 257.5 27 1.35 ～2.5

聯(lián)苯醚 102 680 258 13 —

從表一我們可以看出，聯(lián)苯及二苯醚有很高的自燃溫度（550-700℃），這遠遠超過了工業(yè)工藝中典型的加熱溫度（350-400℃）。而其他導熱油的自燃溫度都相對較低（235-334℃），從以往工廠里使用這些導熱油的經(jīng)驗來看，當系統(tǒng)的密封性能受到破壞，出現(xiàn)泄漏，造成導熱油和受熱的儀器表面接觸，以及被加熱的熱傳導試劑蒸汽與空氣混合導致自燃，這些最終都會引起火災(zāi)。

閃點是一種用于確定液體在給定工業(yè)工藝溫度下形成可燃蒸汽和空氣混合物能力的標準。作為標準，導熱油應(yīng)在高于他們閃點（110-220℃）的溫度（220-350℃）下使用，并且導熱油的閃點在使用中會大幅度下降（下降10-90℃），增加其再使用過程中的火災(zāi)隱患。

導熱油的火焰?zhèn)鞑囟确秶?10-220℃）處在導熱油工作溫度范圍內(nèi)。因此，在工業(yè)工藝過程中，無論是空氣進入熱載體內(nèi)，還是導熱油的意外泄漏，都可能形成爆炸性混合物。導熱油的熱膨脹性較大，溫度（123-400℃）時，其液體的體積膨脹率為0.7%-1.5%；若由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其體積將擴大150倍（在標準狀態(tài)下），這種熱脹性是引起管道設(shè)備破裂泄漏的原因之一[3]。所以，減敏法被用來確保工業(yè)工藝過程中沒有爆炸的隱患。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第547期2014年第15期-----轉(zhuǎn)載須注名來源使用這種方法就要求使用者了解易燃稀溶液的最低減敏濃度，還要了解最大爆炸壓力，以此來確定建筑物的爆炸和火災(zāi)隱患級別，從而設(shè)計建筑物必須的爆炸防護系統(tǒng)。

對導熱油的火災(zāi)隱患的分析讓我們能夠得到以下結(jié)論：在使用導熱油的工業(yè)建筑里火災(zāi)和爆炸等危及安全的事故常有發(fā)生。對導熱油的火災(zāi)隱患的評估也提出了如何降低火災(zāi)隱患的方法，有兩種基本途徑可以降低導熱油在工業(yè)工藝中引起火災(zāi)的機率：保持其他技術(shù)不變，使用低火災(zāi)隱患的熱傳導試劑；或者保持所使用的導熱油不變，改進熱傳導技術(shù)。

這兩個方法完全可以同時應(yīng)用。但是，前一種方法更有使用前景，因為熱傳導技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，短時間內(nèi)得不到很大的提高；導熱油是一些基本化工和能源工藝的一部分，為了保證最終產(chǎn)物，它們是不能改變的。而閃點和燃點作為導熱油的重要參數(shù)，所以研發(fā)低蒸汽壓、難燃或是具有較低可燃性的熱穩(wěn)定導熱油成為今后的發(fā)展目標。

5 導熱油在使用過程的防護

避免導熱油的結(jié)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(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，隨著結(jié)焦層的增厚，導油管壁溫偏高又促使粘附結(jié)焦，不斷增厚的管壁溫度進一步提高，隨著管壁的不斷增厚傳熱性能惡化，隨時可能發(fā)生爆炸事故。因此，嚴格控制熱載體出口處導熱油的溫度不得超過最高使用溫度，導熱油在加熱爐中的最高膜溫應(yīng)小于允許油膜溫度，此外還得保證加熱爐爐管中導熱油的流速，輻射室內(nèi)導熱油流速不低于2m/s。

避免導熱油的氧化。 由于導熱油在熱載體中高溫運行的情況下易于發(fā)生氧化反應(yīng)，造成導熱油的劣化變質(zhì)。通常對膨脹罐進行充氮保護，確保熱載體系統(tǒng)的封閉，避免導熱油與空氣接觸；在首次充裝導熱油前需要用氮氣置換管道內(nèi)的空氣，以延長導熱油的使用壽命。

防止熱載體內(nèi)混入水及其他雜質(zhì)。 隨著熱載體的加熱，溶解在其中的水分迅速汽化，導熱管內(nèi)的壓力急劇上升而導致無法控制的程度，引起爆炸事故。所以，導熱油在投入使用前應(yīng)先緩慢升溫（升溫速度宜控制在30℃/h左右），脫除導熱油中的水和其他輕組分雜質(zhì)。

定期排查泄漏點。 加強現(xiàn)場檢查，要確保熱載體系統(tǒng)完好不漏，在首次升溫時法蘭連接處應(yīng)進行在不同溫度下的再次緊固操作；定期排查設(shè)備的腐蝕滲漏情況，發(fā)現(xiàn)滲漏及時檢修。因此，熱載體系統(tǒng)要合理設(shè)計，使用中要定期檢測設(shè)備壁厚和耐壓強度，并在設(shè)備和管道上加裝壓力表、安全閥和放空管。

定期化驗導熱油指標。 定期測定和分析導熱油的餾程、殘?zhí)?、酸值、粘度、閃點、熔點等理化指標，及時掌握其品質(zhì)變化情況，分析變化原因。當酸值超過0.5mgKOH/g，粘度變化達到15%，閃點變化達到20%，殘?zhí)迹ㄙ|(zhì)量分數(shù)）達到1.5%時，證明導熱油性能已發(fā)生了變化。定期適當補充新的熱載體，使系統(tǒng)中的殘?zhí)剂炕颈３址€(wěn)定。

保持膨脹罐液位。膨脹罐中應(yīng)有足夠的導熱油及氣象空間，能保證導熱油的膨脹、放空和維持泵入口的正壓頭。導熱油在常溫與運行溫度下體積會發(fā)生很大變化，要求膨脹罐設(shè)計容量能滿足常溫下膨脹罐液位在1/4，運行溫度下，體積膨脹后液位在3/4左右。導熱油運行中液位不足應(yīng)及時補充導熱油，避免系統(tǒng)停運后氣體進入導熱油系統(tǒng)，對循環(huán)泵造成不必要的損壞。

導熱油選擇。在選擇導熱油前，首先應(yīng)確定適當?shù)募訜峁に嚵鞒?。如果系統(tǒng)已經(jīng)結(jié)焦，需要再次選型，則應(yīng)認真找出結(jié)焦的原因，對系統(tǒng)設(shè)計、部件設(shè)置和操作管理中的問題糾正，同時再次重裝前必須對系統(tǒng)進行認真清洗。

6 導熱油的選用

如何選用導熱油，以達到熱效率高，性能穩(wěn)定安全可靠，使用壽合長，經(jīng)濟效益好的目的，應(yīng)該從以下幾個方面考慮：

導熱油的導熱系數(shù)大、比熱高、熱效率高、經(jīng)濟效益好；導熱油在允許的最高使用溫度下，提供良好的熱穩(wěn)定性和抗氧化安定性，有較長的使用壽命。導熱油為有機物質(zhì)，無論是合成型導熱油還是礦油型導熱油，它們都屬烴類（烷烴、環(huán)烷烴或芳烴及其衍生物），因此，在加熱的條件下，烴類會發(fā)生熱裂解反應(yīng)和氧化反應(yīng)，使導熱油變質(zhì)。熱裂解反應(yīng)的結(jié)果，產(chǎn)生低沸點物，低沸點物會導致閃點下降，安全性降低；低沸點物還會發(fā)生聚合（或縮合），形成高分子物質(zhì)膠質(zhì)等，導致粘度和殘?zhí)荚黾樱瑫鸾Y(jié)焦。氧化反應(yīng)產(chǎn)生有機酸，使導熱油酸值增加，深度氧化還會產(chǎn)生不溶性的酸泥，使導熱油粘度增加它覆蓋在熱油爐管壁上，還會增加熱阻，降低導熱率。減免熱裂解反應(yīng)及氧化反應(yīng)，導熱油的使用壽命就會延長；

應(yīng)有較高的閃點、自燃點和沸點。導熱油的閃點，自燃點較高，可避免引起火災(zāi)危險，對液相使用的導熱油，較高的沸點（初餾點），較低的低沸點物的含量，可確保導熱油在液相狀態(tài)下的安全使用；

導熱油應(yīng)有較低的酸值及殘?zhí)?，對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備與管道的材料不發(fā)生化學反應(yīng)和腐蝕作用。導熱油為高溫狀態(tài)下使用，在導熱油加熱系統(tǒng)長期運行，如果它對系統(tǒng)的材料及設(shè)備發(fā)生化學反應(yīng)或發(fā)生腐蝕作用，將造成設(shè)備與管道的提前報廢。酸值是導熱油中有機酸的總和。酸值高，當油中有微量水分存在時，會對設(shè)備造成腐蝕作用。殘?zhí)渴菍嵊土呀猱a(chǎn)物聚合（或縮合）后形成的膠質(zhì)或瀝青質(zhì)，繼續(xù)受熱后形成的炭狀物質(zhì)。殘?zhí)扛咭鸾Y(jié)焦，影響傳熱效果，嚴重時要堵塞設(shè)備及管道；

5）粘度及凝固點要低，粘度表示導熱油在一定溫度下的稀稠程度和流動性。粘度大，內(nèi)摩擦力就大，熱油泵的輸送能力也就差，同時，粘度大，傳熱效果也降低。凝固點表示導熱油低溫的物化性能。凝固點低，位于北方寒科地區(qū)的熱油設(shè)備仍然可以正常啟動運轉(zhuǎn)；

選用的導熱油，要從各方面來評估產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益。

導熱油系統(tǒng)作為油氣集輸聯(lián)合站的輔助系統(tǒng)，目前應(yīng)用已十分廣泛，利用導熱油為用熱設(shè)備加熱是較為安全、經(jīng)濟的運行方式。通過對導熱油系統(tǒng)安全性能的分析及操作注意事項的總結(jié)，對保障聯(lián)合站安全、平穩(wěn)、高效、節(jié)約運行，具有積極的作用。

（作者單位：盤錦遼河綜研化學有限公司）