浅谈有机热载体质量劣化的主要表现及原因

摘要：叙述了有机热载体质量劣化的主要表现及原因。

关键词：有机热载体 质量劣化 表现 原因

有机热载体在使用不当过程中会发生质量劣化，影响有机热载体以及传热系统的安全、节能、环保、经济运行[1]，所以对有机热载体[2]质量劣化的主要表现及原因分析具有重要的意义。

1 有机热载体质量劣化的主要表现

1.1 热劣化

有机热载体长期处于高温环境运行，分子内碳链会发生断裂，导致有机热载体高分子化合物分解成气体、低分子化合物（低沸物）及自由基，自由基又能与其他分子发生聚合而生成高分子聚合物（高沸物）[3]。不仅使其颜色逐渐变深，由黄色到茶褐色，进一步变黑，而且裂解或聚合产物的热稳定性、导热性、闪点、粘度等物理和化学性质都发生了变化，影响有机热载体的使用性能。

1.2 氧化劣化

有机热载体和空气中的氧接触后，会氧化生成有机酸，有机酸可进一步促进聚合反应，随着温度的上升，其氧化速度也会加快，其结果可导致黏度增加，颜色由黄色至茶褐色进而变为黑色，而且所生产的有机酸遇水后会对设备有一定的腐蚀作用。

1.3 混入异物的劣化

由系统混入的杂质（保括水分）可导致：①所混入的杂质可能成为催化剂，催化油品发生分解、聚合物；②所混入的杂质有可能与有机热载体直接发生反应，生产分解物及聚合物；③混入水分等杂质，在高温下发生气化，造成运行压力不稳，严重时甚至引起超压事故；④有的杂质混入系统后，会在高温下发生沉积，堵塞管道，影响安全运行，有的甚至迫使系统停止运行。

因此，对使用中的有机热载体必须定期进行检测，及时掌握其劣化程度，采取必要措施，防止由此而引发的一些严重事故，造成重大的经济损失。

2 有机热载体劣化的主要原因

2.1 过热超温

有机热载体的使用温度是有一定范围的，对某一种有机热载体而言，在使用过程中一旦超过其最高允许使用温度，其就会发生裂解，即部分转化成低沸物、高沸物和不可溶解的裂解产物。裂解率的增加与其所承受的温度表现出一种指数关系，即如果有机热载体所承受的温度超温10℃，则其预期的裂解率将比正常使用时增加一倍。

影响某种有机热载体裂解的因素是其化学分子结构、纯度、使用温度和在换热设备中所处的特定条件，也就是温度的分布状况和杂质的存在情况。实际使用中，有机热载体开始发生热裂解的温度是其最高允许使用温度以下约50℃。

溶解在有机热载体中的低沸物降低了有机热载体的闪点，并提高了其蒸汽压。因此，如果系统局部的操作压力降低，此时将会发生气化。高沸物和不易流动的裂解产物会增加有机热载体的黏度，引起传热恶化和流动阻力增大，其后果是导致有机热载体流速降低和边界层温度上升，并进而导致有机热载体残炭含量升高，碳聚合形成炉管结焦，造成炉管材料的破坏和有机热载体泄露，增加锅炉损坏或爆炸等不安全因素。

2.2 氧化变质

热氧化稳定性不同的有机热载体与空气中的氧接触后发生不同程度的氧化反应，因此对于开式系统的有机热载体，热氧化稳定性是影响其使用寿命的一项重要指标。

氧化是一个复杂的化学过程，氧化速度随温度的升高逐渐加快。有机热载体发生氧化的原因是氧原子可以直接与碳氢化合物中的碳原子发生反应生成有机酸。氧化表现为生成有机酸和形成聚合物，前者容易产生腐蚀，后者达到一定分子量后，作为淤渣而沉淀出来。产生的氧化产物溶解于有机热载体中，有机热载体的黏度就会增加。

由于在用有机热载体在高温条件下与空气接触会造成其快速且严重的氧化变质，会引起锅炉运行事故的发生和在用有机热载体使用寿命的缩短，故从安全运行和节约资源的角度考虑应尽量避免有机热载体与氧接触。

3 化学污染

有机热载体化学污染的原因是多种多样的，主要有以下几方面：①新系统注入有机热载体前未进行清洗；②设备或管线被其他化学物质污染；③被加热工质泄露到有机热载体系统中；④不同化学性质的有机热载体混用；⑤有机热载体储存和设备检修过程中发生的化学污染。

从有机热载体化学污染的原因可以看出有机热载体污染引起的质量变化主要是不同化学性质的物质在高温下有可能发生化学反应或生产热稳定性更低的物质，在高温下会发生裂解，而不同介质的混合又改变了原有的有机热载体的物性。如裂解产物是低沸物、高沸物和固态不溶物，它们的存在影响系统运行安全和传热效率。同时，裂解也会导致有机热载体闪点降低和炉管内结焦，引发锅炉安全事故。

此外，有机热载体的质量变化不但有上面所述的过热超温、氧化、化学污染引起的变化，还有有机热载体系统泄漏、系统设计不合理、系统操作条件改变或操作方式有误等引起的质量变化。

参考文献：

[1]TSG G5001-2010，锅炉水（介）质处理监督管理规则[S].

[2]GB 23971-2009，有机热载体[S].

[3]GB 24747-2009，有机热载体安全技术条件[S].

作者简介：

蔡康保（1984-），男，广东湛江人，检验师，工程师，研究方向：锅炉水（介）质处理。