導(dǎo)熱油爐的清灰除焦與運行檢驗研究*

汪琦俞紅嘯 張慧芬 羅曉明 嚴(yán)禎榮 楊宇清

（上海熱油爐設(shè)計開發(fā)中心)(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院)

導(dǎo)熱油爐的清灰除焦與運行檢驗研究*

汪琦**俞紅嘯 張慧芬 羅曉明 嚴(yán)禎榮 楊宇清

（上海熱油爐設(shè)計開發(fā)中心)(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院)

分析了導(dǎo)熱油爐爐管外壁積灰結(jié)垢的原因和清灰除垢的方法，并研究了爐管內(nèi)壁導(dǎo)熱油變質(zhì)結(jié)焦的原因，討論了爐管內(nèi)壁清垢除焦的清洗方法。在實際操作過程中可通過導(dǎo)熱油爐運行檢驗指標(biāo)，即進出口油溫度差、進出口油壓力差、排煙溫度等，來確定爐管內(nèi)、外壁上的積灰結(jié)垢情況，以便采取相應(yīng)的措施進行吹灰清焦。如果判定爐管內(nèi)壁上有結(jié)焦時，可以先采用超聲波對結(jié)焦層進行測厚檢驗，然后再使用熱油爐清洗劑進行清洗除焦，以保證導(dǎo)熱油爐達到額定供熱量。

導(dǎo)熱油爐 爐管 外壁積灰 內(nèi)壁結(jié)焦 清灰除焦 運行檢驗

導(dǎo)熱油在使用過程中受到過熱超溫、氧化變質(zhì)和化學(xué)污染等因素的作用時，會發(fā)生品質(zhì)變化，并且在絕大多數(shù)情況下，導(dǎo)熱油的品質(zhì)變化是不可逆變化。這些變化會造成導(dǎo)熱油爐及供熱系統(tǒng)的安全事故。所以，導(dǎo)熱油爐受熱面的爐管外壁上積灰結(jié)垢應(yīng)該及時吹掃清除，而爐管內(nèi)壁的積炭結(jié)焦也要迅速進行清洗。否則就會加速導(dǎo)熱油的分解與氧化，不僅會縮短導(dǎo)熱油的使用壽命，而且還會使導(dǎo)熱油爐受熱面和用熱設(shè)備散熱器的管壁沉積焦垢，降低其傳熱效率，甚至造成導(dǎo)熱油爐受熱面管壁超溫而發(fā)生爆管事故。

1 爐管外壁的清灰除垢

燃煤導(dǎo)熱油爐的爐排上煤炭燃燒中心區(qū)域溫度通常高于灰熔點，故飛灰到爐膛喉口處會粘到前后拱，從而會結(jié)成大塊焦渣。而煤炭燃燒后的灰渣被高溫熔化后，會落在爐膛耐火磚或螺旋盤管表面上凝固，粘結(jié)成硬塊從而形成了積灰結(jié)垢[1]。當(dāng)爐管外壁積灰、積炭黑以后，導(dǎo)熱油爐的排煙溫度和煙氣阻力就會上升，從而使燃燒工況更加惡化，并且還加大了風(fēng)機耗電量，降低了爐子熱效率。而當(dāng)爐管外壁的表面上積垢結(jié)焦以后，就會使導(dǎo)熱油爐出力降低，甚至滿足不了生產(chǎn)用熱的要求。另外，沉積在導(dǎo)熱油爐對流室煙道內(nèi)的油垢炭黑，在一定量的空氣和高溫條件下，當(dāng)遇到火星或煙氣溫度較高時就可能發(fā)生二次燃燒，從而會使排煙溫度異常升高，出煙口冒黑煙，嚴(yán)重時出煙口外殼呈暗紅色，煙道不嚴(yán)密處有火苗竄出，這樣就有可能燒毀導(dǎo)熱油爐和空氣預(yù)熱器。

導(dǎo)熱油爐爐管受熱面的積灰不但使排煙溫度升高，爐子熱效率下降，同時還會造成爐子出力不足，供熱量不能滿足生產(chǎn)要求。當(dāng)采取加強燃燒措施來提高熱出力時，未積灰的裸露爐管受熱面就會出現(xiàn)局部熱負荷過分集中而使壁溫大幅度升高。其結(jié)果是這部分受熱面的內(nèi)壁上加速超溫分解析碳，內(nèi)壁上很快形成焦垢，以致傳熱進一步惡化，直到爐管燒毀。所以有吹灰器的導(dǎo)熱油爐應(yīng)定期吹灰，吹灰時需加大引風(fēng)，順著煙氣流向從爐前向爐后逐步吹過去。沒有吹灰器的導(dǎo)熱油爐可使用化學(xué)清灰劑。燃煤導(dǎo)熱油爐使用氧化型清灰劑，成分為堿金屬硝酸鹽混合一些助燃劑或分散劑；燃油導(dǎo)熱油爐的化學(xué)清灰劑以還原型為主，主要成分為銨鹽混合一些活性劑或添加劑。它們都是在燃燒時產(chǎn)生堿金屬陽離子附著在受熱面上，有防止灰垢沉積的作用。它們產(chǎn)生熔融的硝酸鹽與受熱面上的灰垢形成低熔物，使灰垢疏松、變脆易于脫落，并且還有防蝕、催化助燃的作用[2]。將化學(xué)清灰劑撒入爐膛紅火上燃燒成白色煙霧，與積在受熱面上的煙灰起化學(xué)反應(yīng)，使煙灰疏松、變脆從而脫落。最后停爐檢修時，待爐體冷卻后用壓縮空氣或高壓水沖刷，徹底清灰除垢。

2 導(dǎo)熱油變質(zhì)結(jié)焦形成的原因

2.1 熱分解

任何一種導(dǎo)熱油在升溫的情況下都會發(fā)生分解，分解出低沸點組分和高沸點組分。若發(fā)生深度分解，則生成炭粒而結(jié)焦。分解出的低沸點組分以氣體形式從高位膨脹槽放空管排出，高沸點組分則使導(dǎo)熱油增加黏度。這個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。

2.2 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)果是生成有機酸并縮聚成膠泥，形成膠質(zhì)物，有機酸則會對金屬造成腐蝕。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，氧化就會以較高的速度進行。

2.3 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，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)熱油進入供熱系統(tǒng)后被污染。

2.4 結(jié)焦形成的原因

導(dǎo)熱油在高溫狀態(tài)下連續(xù)循環(huán)使用，也會發(fā)生熱分解。其中一部分會分解成揮發(fā)性較大的低沸物，隨循環(huán)進入汽液分離器，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)熱油爐使用時間的延長，由于高溫、氧化等因素生成的高沸點膠質(zhì)越來越多，一部分膠質(zhì)會粘在爐管內(nèi)壁上，從而使?fàn)t管壁溫進一步升高，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)致傳熱進一步惡化，最后導(dǎo)致爐管燒穿，引起火災(zāi)事故。

3 爐管內(nèi)壁的清垢除焦

導(dǎo)熱油爐即使在正常使用時，爐管內(nèi)也總有一部分導(dǎo)熱油會發(fā)生熱分解。導(dǎo)熱油爐經(jīng)較長時間運行后，導(dǎo)熱油黏度增加，流動阻力增大，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，很快會使該處爐管受熱面金屬超溫，并導(dǎo)致爐管強度削弱而發(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，因為導(dǎo)熱油變質(zhì)結(jié)焦后，整個油路系統(tǒng)管道內(nèi)同時會產(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)8 h，沖洗所有的設(shè)備和管線。大部分沉積物會分散到堿溶液中，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)24 h，能夠有效去除中高溫積炭垢，清洗1～10 mm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)殘渣污物清除干凈為止。最后用壓縮空氣吹掃，將系統(tǒng)內(nèi)殘余水分吹凈，就可重新投入運行。

4 運行檢驗

導(dǎo)熱油爐的運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)熱油爐的安全運行。通過導(dǎo)熱油爐的運行指標(biāo)檢驗，包括進出口油溫度差、進出口油壓力差、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，可以先采用超聲波進行厚度測量檢驗，然后再使用熱油爐清洗劑進行清洗除焦。

4.1 進出口油溫度差

進出口油溫度差既反映了導(dǎo)熱油爐的供熱量是否達到額定出力，又反映了用熱設(shè)備的熱負荷。若出口油溫度高而回路的進口油溫度低，就說明用熱設(shè)備的熱負荷大，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，進出口油溫度差小，就說明用熱設(shè)備的熱負荷小，應(yīng)考慮增加旁路，使熱負荷與熱油爐出力相匹配。當(dāng)回油溫度提高，進出口油溫度差減小時，說明用熱量減少，應(yīng)相應(yīng)減弱燃燒。但有時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，這時如果減弱燃燒，那么與生產(chǎn)需要會相差更大。采用提高出口油溫度的方法來提高供熱量，也往往會事與愿違。因為回油溫度高而用熱設(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)果會使出口溫度達到或超過導(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更低，從而形成惡性循環(huán)，直至爐管超溫爆裂被迫停爐。

4.2 進出口油壓力差

導(dǎo)熱油升溫至工作溫度時，進出口油壓力差反映了導(dǎo)熱油爐內(nèi)的流動阻力。在運行過程中如果進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，從而增大了流動阻力。這時應(yīng)準(zhǔn)備對導(dǎo)熱油爐和供熱系統(tǒng)進行清洗，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，爐管內(nèi)油的流速低，管壁會過熱結(jié)焦，這就加速了導(dǎo)熱油的劣化，同時也減小了爐管的流通截面。所以，這時應(yīng)該對導(dǎo)熱油爐和用熱設(shè)備以及系統(tǒng)進行化學(xué)清洗，并更換新的導(dǎo)熱油。

4.3 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，會嚴(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，會在爐膛及煙道內(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，這時應(yīng)該及時吹灰與清焦[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，燃燒強度較低，爐內(nèi)溫度也就提升不高。這時應(yīng)著重檢查導(dǎo)熱油爐后部出渣機、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，而這時引風(fēng)機電流正常或偏大。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。

5 結(jié)束語

導(dǎo)熱油爐在實際運行過程中，爐管外壁上會沉積一層煙氣積灰結(jié)垢層，而爐管內(nèi)壁上也會附積一層導(dǎo)熱油結(jié)焦積垢層，這就增加了爐管受熱面?zhèn)鳠岬臒嶙?。由爐管壁受熱面的傳熱系數(shù)計算法可知，爐管壁的熱阻在傳熱計算中可以忽略不計，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，需要同時對爐管外壁積灰結(jié)垢層和爐管內(nèi)壁結(jié)焦積垢層進行定期清洗除垢。此外，平時還應(yīng)加強定期自檢，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更高。

[1]汪琦，汪萍.爐管外壁灰垢層的研究[A].第八屆全國工業(yè)爐學(xué)術(shù)會議論文集[C].煙臺：2011：191-197.

[2]汪琦，季炳奎，季俊.導(dǎo)熱油爐內(nèi)爐管外表面的清洗[A].第十六屆全國熱載體加熱技術(shù)交流學(xué)術(shù)會議論文集[C].常州：2009：45-47.

[3]汪琦.螺紋管對導(dǎo)熱油的強化傳熱和結(jié)焦預(yù)防研究[J].化工裝置技術(shù)，1997，18(3)：8-9.

[4]汪琦，季炳奎.有機熱載體加熱爐的受熱面清洗[J].化工裝備技術(shù)，2010，31(2)：47-48.

Research on Dust and Cocking Removal and Operational Test of Hot Oil Furnace

Wang Qi Yu Hongxiao Zhang Huifen Luo Xiaoming Yan Zhenrong Yang Yuqing

This article analyzes the reason for dust formation on the outer wall of hot oil furnace tubes and the ways to remove it,studies the reason for degradation and coking of heat transfer oil on the inner wall of furnace tubes and discusses the removing and cleaning methods.During the actual process,the operational test parameters (i.e.,oil temperature and pressure difference between inlet and outlet,exhaust gas temperature and so on)of hot oil furnace are used to evaluate the level of dust amount on both sides of furnace tube,in order to adopt a better blowing and removal treatment.If coking is confirmed to exist on the inner wall of furnace,ultrasound wave can be employed firstly to determine its thickness,then use hot oil furnace detergent to wash it away,to ensure the hot oil furnace providing the rated heat.

Hot oil furnace;Furnace tube;Outer wall dust;Inner wall coking;Dust and coking removal; Operational test

TQ 054

2015-01-28）

上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科研項目（No.2014-43）。

**汪琦，男，1961年生，碩士，高級工程師。上海市，200042。