導熱油在系統(tǒng)中加熱運行如同蒸汽鍋爐水側結水垢一樣結焦,其過程一般分以下4個階段:
誘導階段 烷烴類導熱油在導熱油爐爐管金屬表面受熱作用下,可能發(fā)生二大類化學反應:一類是裂解反應,另一類是縮合反應。裂解反應,使烷烴類大分子分解為小分子,導熱油理化指標表現(xiàn)為粘度變小,閃點變低;縮合反應,使烴類大分子縮合成芳烴等更大分子,導熱油理化指標表現(xiàn)為粘度增大,閃點增高。由于導熱油爐有膨脹槽,膨脹槽又與空氣接觸,導熱油價格,使一部分低閃點的油品揮發(fā)掉;誘導階段中,導熱油的主要化學反應是縮合反應,理化指標中導熱油酸值、粘度、殘?zhí)恐稻龃?。在這些化學反應中,其主要反應產(chǎn)物路線是:
烷烴 烯烴一芳香烴一稠環(huán)芳烴一膠質一瀝青質
由此可見,順著這個反應過程,分子量是逐步增大的。如膠質分子量在600~1 000間,瀝青質分子量在700-40 000間。這些大分子物質在導熱油中是不溶的,并從導熱油中分離出來。分離出來的膠質和瀝青質是粘糊狀的,它會起繼續(xù)誘導作用。
吸附階段 導熱油縮合生成瀝青質,然后瀝青質向爐管金屬表面遷移或被金屬表面吸附。吸附可分為物理吸附與化學吸附。物理吸附多在較低溫度時進行,化學吸附都在較高溫度時進行。物理吸附是范德華引力作用的結果,沒有偶電子的形成。它可以是單分子吸附也可以是多分子吸附。但并不一定在第yi層吸滿以后才吸附第二層;也不一定在第二層吸滿以后再吸附第三層,是不規(guī)則吸附。可是化學吸附卻只是單分子吸附,它在吸附過程中生成化合物。導熱油中瀝青質在爐管金屬表面主要是物理吸附,而且吸附厚度是不均勻的,很軟,粘糊狀瀝青質。當溫度增加后,碳與鋼可能會發(fā)生吸附生成化合物,此時就要影響爐管質量,使爐管發(fā)脆。
硬化階段 瀝青質附著在管壁上在高溫下會硬化、結焦。結焦相對來說比較硬,傳熱系數(shù)又很小,是非傳熱物質。它在金屬表面增加一層結焦層后,起到隔熱作用。結焦的主要化學反應是脫氫反應,隨著脫氫程度不同,生成結焦的形狀也不同,主要分以下3種:
⑴海棉狀焦,也稱無定形焦,C/H 比??;焦塊疏松,硬度低,結焦中含油量大,在火中易燃燒,在管路中易清除;
⑵蜂窩狀焦,也稱同性焦,C/H比中等;焦塊內(nèi)部結構呈蜂窩狀,硬度中等,結焦中含油量少,在火中不易燃燒,在管道中清除困難;
⑶針狀焦,也稱異性焦,C/H比高;焦塊內(nèi)的孔隙是均勻定向且呈細長橢圓形,破碎時焦塊裂成針狀的焦片或玻璃狀,硬度高,結焦中含油量極少,在火中不燃燒,在管路中清焦很困難。
脫落階段 脫落是吸附的可逆過程。在吸附過程中,瀝青質被導熱油系統(tǒng)的管壁金屬表面吸附上去,同時也有瀝青質在導熱油爐的爐管金屬表面脫落下來,導熱油,這是方向相反的兩個過程。在這兩個過程進行到速度相等時,320號導熱油,就建立起吸附平衡,吸附量達到da值。流體
力學理論認為,雷諾數(shù)R≤2 230時,流體在管內(nèi)呈層流狀態(tài);當雷諾數(shù)R1>4 000時,流體在管內(nèi)呈湍流狀態(tài)。湍流狀態(tài)下,焦在管壁表面的吸附速度較慢,脫落較多。實踐證明,當管內(nèi)導熱油的流速達到1.5~3.0 m/s時,就可以得到較薄的邊界層,導熱油在管內(nèi)結焦較少,達到強化傳熱。





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