熱傳導(dǎo)液餾程測定的若干影響因素探討

李光萍+張莉+張祥

摘要：分析了采用GB/T 6536-2010《石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測定法》測定熱傳導(dǎo)液餾程的主要影響因素。試驗結(jié)果表明，當(dāng)使用電加熱器時，加熱絲距離蒸餾燒瓶底部高度應(yīng)設(shè)置為0 cm為宜；應(yīng)根據(jù)不同熱傳導(dǎo)液產(chǎn)品選擇適當(dāng)?shù)募訜釡囟?；冷凝溫度?0～60 ℃時，對熱傳導(dǎo)液餾程測定結(jié)果影響不大。

關(guān)鍵詞：熱傳導(dǎo)液；餾出溫度；測定；影響因素

中圖分類號：TE626.38文獻標(biāo)識碼：A

Abstract：The article analyses main factors affecting the distillation range determination of heat transfer fluid with GB/T 6536-2010 Standard Test Method for Distillation of Petroleum Products at Atmospheric Pressure. Test results show that， when using electric heater， the height of heating wire to the distillation flask bottom should be set to 0 cm. The appropriate heating temperature should be selected for different heat transfer fluids. When the condensing temperature is between 30 ℃ and 60 ℃， there is little effect on the distillation range determination of heat transfer fluid.

Key words：heat transfer fluid； distillate temperature； determination； affecting factor

0引言

熱傳導(dǎo)液（又稱有機熱載體，俗稱導(dǎo)熱油）是一種熱量傳遞介質(zhì)，由于其具有加熱均勻、調(diào)溫控溫準(zhǔn)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)用于各種場合。對于在開式系統(tǒng)中使用的熱傳導(dǎo)液來說，初餾點是一項重要的技術(shù)指標(biāo)。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，初餾點很低的熱傳導(dǎo)液產(chǎn)品在開式系統(tǒng)中使用，易出現(xiàn)操作不平穩(wěn)，揮發(fā)損耗相當(dāng)大，其年補充量可達50%以上。這不僅使用戶承擔(dān)了不必要的經(jīng)濟損失，而且輕組分揮發(fā)將造成在用產(chǎn)品黏度增高，傳熱效率下降，進而導(dǎo)致出現(xiàn)加熱設(shè)備超溫和爐管結(jié)焦等一系列問題，降低了傳熱系統(tǒng)的整體安全性和熱傳導(dǎo)液的經(jīng)濟性。

餾程的變化表明熱傳導(dǎo)液分子質(zhì)量的變化。在大量試驗和實踐的基礎(chǔ)上，規(guī)定在開式設(shè)備中使用的熱傳導(dǎo)液的初餾點不低于其最高使用溫度。目前熱傳導(dǎo)液產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及在用熱傳導(dǎo)液監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)都對其餾程做出了要求：

①GB 23971-2009 《有機熱載體》要求使用SH/T 0558-93（2004）《石油餾分沸程分布測定法（氣相色譜法）》測定熱傳導(dǎo)液初餾點，用GB/T 6536-2010《石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測定法》測定熱傳導(dǎo)液2%餾出溫度，2項指標(biāo)的要求都為“報告”。

②GB 24747-2009《有機熱載體安全技術(shù)條件》對于未使用的有機熱載體餾程未作要求；但對于在用有機熱載體，允許其在最高工作溫度低于未使用有機熱載體初餾點的溫度下使用，并提出了5%餾出物溫度的要求：安全警告質(zhì)量指標(biāo)為不大于在用有機熱載體的最高工作溫度（或未使用有機熱載體的2%餾出物溫度），停止使用質(zhì)量指標(biāo)為不大于在用有機熱載體系統(tǒng)的回流溫度。

本文探討了使用GB/T 6536-2010《石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測定法》測定熱傳導(dǎo)液餾程過程中的主要影響因素。

1試驗部分

1.1試驗儀器及試樣

試驗使用某儀器廠家生產(chǎn)的符合GB/T 6536、ASTM D86方法要求的自動常壓蒸餾儀。該儀器安裝了測定軟件驅(qū)動自動蒸餾儀組成的工作站、溫度傳感器、刻度量筒和燒瓶。

試樣使用某公司生產(chǎn)的L-QB 300導(dǎo)熱油。

1.2試驗過程

根據(jù)L-QB 300導(dǎo)熱油試樣的組成、蒸氣壓、預(yù)期初餾點和預(yù)期終餾點等性質(zhì)，將試樣歸類為所規(guī)定5個組別中的一組。開啟自動蒸餾測定器的電源，啟動自動蒸餾儀工作站，運行軟件系統(tǒng)，使其處于“準(zhǔn)備”狀態(tài)。準(zhǔn)備好試樣，設(shè)置好系統(tǒng)參數(shù)，用量筒準(zhǔn)確量取100 mL試樣，并倒入蒸餾燒瓶中，按GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)安裝好試樣。在電腦上選擇好測量程序，并按下“測定啟動”鍵開始蒸餾樣品。蒸餾結(jié)束，查看試驗結(jié)果。

1.3對儀器溫度測量系統(tǒng)的校驗

為保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，首先要保證試驗儀器分析的準(zhǔn)確性。GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)中說明，在使用規(guī)定的玻璃水銀溫度計以外的溫度測量系統(tǒng)時，其溫度滯后、測量精度應(yīng)與規(guī)定的玻璃水銀溫度計相同，應(yīng)在不超過6個月的時間間隔內(nèi)對這些溫度測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)予以驗證。其中 GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，1、2、3組用甲苯進行校驗，4組采用十六烷進行校驗。

根據(jù)GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)中樣品組別的特性，試驗用熱傳導(dǎo)液試樣屬于4組，因此采用分析純十六烷為校驗液進行了校驗，結(jié)果見表1。表1十六烷50%回收體積時的溫度℃

項目十六烷50%

回收體積時的溫度平均值校驗要求溫度1277.8278.1277.0～280.02278.4278.1277.0～280.0

2結(jié)果與討論

2.1加熱器加熱絲距離蒸餾燒瓶底部高度的影響endprint

試驗中所用的加熱器可以是氣體加熱器，也可以是電加熱器。對于氣體加熱器來說，采用一個靈敏的調(diào)節(jié)閥和氣體壓力控制器來控制加熱，通過氣體燃燒提供足夠的熱量，使被測試樣按規(guī)定的速度進行蒸餾。電加熱器通常采用可調(diào)節(jié)的加熱電阻絲，用于代替氣體加熱器，使被測試樣按規(guī)定的速度進行蒸餾。

氣體加熱器通過調(diào)節(jié)噴燈的位置來得到合適的加熱溫度和速率，在使用時要注意安全。從安全和方便的角度考慮，現(xiàn)在多數(shù)自動常壓蒸餾儀采用電加熱器。本試驗采用電加熱器，在考慮加熱器達到試驗要求的加熱溫度的同時，還考慮了加熱器所提供的熱量是否充分地被利用。加熱溫度分別在850 ℃和900 ℃的條件下，考察了電加熱器中加熱絲距離蒸餾燒

（1）導(dǎo)熱油的初餾點應(yīng)大于其最高使用溫度，表2中試樣的初餾點和1%餾出體積溫度均低于L-QB 300導(dǎo)熱油的最高使用溫度300 ℃，因此電加熱器中加熱絲距離蒸餾燒瓶底部2 cm不合適。

（2）當(dāng)加熱絲與蒸餾燒瓶底部距離2 cm時，即使試驗中采用900 ℃的加熱溫度，由于加熱絲的位置低，熱量不能很好地傳遞給蒸餾燒瓶，導(dǎo)致試樣蒸餾速率過低，到達初餾點的時間過長，同時接收量筒內(nèi)也沒有霧氣現(xiàn)象；當(dāng)加熱溫度低至850 ℃時，到達初餾點的時間已超過GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)要求的300～900 s的范圍。

（3）當(dāng)加熱絲與蒸餾燒瓶底部距離0 cm時，試驗結(jié)果較理想。

基于以上結(jié)論，在考察加熱溫度時，調(diào)整加熱絲與蒸餾燒瓶底部距離為0 cm。

2.2加熱溫度的影響

加熱溫度對熱傳導(dǎo)液餾程的測定結(jié)果有很大的影響，特別是對初餾點和90%以后餾出點的影響更為顯著。

測定熱傳導(dǎo)液餾程時，必須按GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)要求嚴格控制加熱強度，以保證蒸餾的速度：

（1）如果加熱強度過大，產(chǎn)生的大量氣體來不及從蒸餾燒瓶的支管逸出，蒸餾燒瓶中的氣體分子增多，可使瓶內(nèi)的氣壓大于外界大氣壓，此時讀出的蒸餾溫度并不是在外界大氣壓下試樣沸騰的溫度，而是比正常的蒸餾溫度偏高一些；如果加熱強度始終較大，會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

（2）如果蒸餾過程加熱強度不足，則試樣各餾出溫度都會偏低。

由于試驗中所使用的自動常壓蒸餾儀可設(shè)置的最高加熱溫度為950 ℃左右，在保證安全和滿足試驗要求的前提下，考察了不同加熱溫度對試驗結(jié)果的影響，結(jié)果見表4。

2.3冷凝溫度的影響

在選取合適的加熱溫度之后，還要選取合適的冷凝溫度和接收溫度，以保證冷凝液能順利地流入接收量筒。

GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定第4組的冷凝浴溫度為0～60 ℃，接收量筒周圍的冷卻浴溫度為裝樣溫度±3 ℃。由于本試驗的環(huán)境溫度為25 ℃左右，試樣溫度接近環(huán)境溫度，因此接收室的溫度可以設(shè)為25 ℃，而只需變換冷凝溫度。

據(jù)GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)9.9條，在某些情況下，中間餾分、重餾分油和類似的餾分可能要保持冷凝浴溫度在38～60 ℃。由于導(dǎo)熱油屬于相對重的油品，本試驗考察了不同冷凝溫度對試驗結(jié)果的影響，結(jié)果見表5。表5不同冷凝溫度對餾出溫度的影響

項目冷凝溫度30℃冷凝溫度40℃冷凝溫度50℃冷凝溫度60℃餾程/℃初餾點331.4332.3331.8330.51%餾出體積358.1358.2356.6357.42%餾出體積365.8365.4364.4364.63%餾出體積368.4367.8365.7367.44%餾出體積369.1369.0369.4368.55%餾出體積369.9370.5370.4369.6達到初餾點的時間/s699682679678試驗過程中的現(xiàn)象無霧氣無霧氣無霧氣無霧氣

近年來，國外采用氣相色譜法，以高沸物和低沸物的含量表征熱傳導(dǎo)液發(fā)生裂解和聚合的程度，并與未使用熱傳導(dǎo)液的餾程進行比較。

SH/T 0558-1993《石油餾分沸程分布測定法（氣相色譜法）》是用氣相色譜模擬蒸餾測定油品餾程，氣相色譜分離則是利用試樣中各組分在色譜柱中的氣相和固定相的分配系數(shù)不同。當(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組分就在其中的兩相間進行反復(fù)多次（103～106）的分配（吸附-脫附-放出）。由于固定相對各組分的吸附能力不同，因此各組分在色譜柱中的運行速度就不同。經(jīng)過一定的柱長后，使彼此分離，順次離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生離子流信號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪各組分的色譜峰，最后根據(jù)峰面積與溫度的關(guān)系求取相應(yīng)收率對應(yīng)的溫度。

本次試驗分別考察了不同的實驗室采用GB/T 6536方法自動測定統(tǒng)一導(dǎo)熱油試樣的餾程，以及同一實驗室分別采用GB/T 6536和SH/T 0558方法測定導(dǎo)熱油試樣的餾程，數(shù)據(jù)見表6。

GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)對試樣各餾出溫度的測定結(jié)果的精密度做了相應(yīng)的規(guī)定，包括手動法和自動法的重復(fù)性和再現(xiàn)性。由于本試驗采用自動法進行測定，因此只列出了4組采用自動法的初餾點測定結(jié)果的再現(xiàn)性以及SH/T 0558-93（2004）方法的初餾點測定結(jié)果的再現(xiàn)性，結(jié)果見表7。

表7不同試驗方法的初餾點測定結(jié)果的再現(xiàn)性要求

項目再現(xiàn)性/℃GB/T 6536-2010（4組/自動法）初餾點8.52%餾出體積2.6+1.92Sc5%餾出體積2.0+2.53ScSH/T 0558-93（2004）初餾點155%餾出體積6注：Sc為溫度變化率，表示每個回收百分數(shù)或蒸發(fā)百分數(shù)溫度的變化。由于采用DRD-100自動常壓蒸餾儀測定導(dǎo)熱油的餾程時，最大收率只能做到5%，求取Sc需要用到更高的收率對應(yīng)的溫度值，因而無法求取。通過查取資料了解到用自動法測定GB/T 6536-2010標(biāo)準(zhǔn)中4組的餾程時，2%、5%收率對應(yīng)的Sc數(shù)值均大于1，可以估算出2%收率時的再現(xiàn)性大于4.5℃，5%收率時的再現(xiàn)性大于4.5℃。

當(dāng)2個實驗室都采用GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)測定導(dǎo)熱油餾程時，由表6可以看出，對于初餾點，兩者相差1.6 ℃；2%收率時，兩者相差0.1 ℃；5%收率時，兩者相差1.5 ℃。結(jié)合表7中的數(shù)據(jù)可以看出，2個實驗室相差的數(shù)值都在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以滿足再現(xiàn)性的要求。

當(dāng)分別采用GB/T 6536和SH/T 0558標(biāo)準(zhǔn)測定導(dǎo)熱油餾程時，由表6可以看出，同一實驗室，其初餾點相差6 ℃；不同實驗室，其初餾點相差4.4 ℃。結(jié)合表7可知，當(dāng)采用自動法測定初餾點時，GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定初餾點的再現(xiàn)性為不大于8.5 ℃，而SH/T 0558標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的初餾點再現(xiàn)性不大于15 ℃，因此，其初餾點差值均在2種方法要求的范圍內(nèi)。由此建議在某些情況下，對于導(dǎo)熱油來說，可以用GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)近似代替SH/T 0558標(biāo)準(zhǔn)測定初餾點。

4結(jié)論

采用GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)測定熱傳導(dǎo)液餾程的結(jié)果受加熱溫度、電加熱器中加熱絲距離蒸餾燒瓶底部的距離、冷凝溫度等因素的影響。建議電加熱器中加熱絲距離蒸餾燒瓶底部高度選擇0 cm，同時加熱溫度的選擇應(yīng)適當(dāng)，以保證測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

比較采用不同標(biāo)準(zhǔn)方法測定熱傳導(dǎo)液初餾點的結(jié)果可知，在某些情況下，可以用GB/T 6536標(biāo)準(zhǔn)近似代替SH/T 0558標(biāo)準(zhǔn)測定熱傳導(dǎo)液的初餾點。endprint