1、1导热油炉供热系统常见问题的探讨陈玉梅 杨 泉 李尹建（中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610017）摘 要：本文通过对导热油炉供热系统及其特点的分析描述，指出了导热油炉供热系统的优势和广泛的应用前景，提出了为确保导热油炉供热系统安全可靠运行所涉及的相关问题。结合工程实例，分析 总结出导热油炉供热 系统设计、施工安装和运行管理中应关注的有关问题和若干有效举措；结合相关标准规范谈及正确选择导热油、管内推荐流速、膨 胀罐的设置、储油罐容 积、控制系 统、管路系统、系统试压、系统调试、系统操作维护、系 统补油、系统停运、系统安全运行等多方面 问题探讨。Abstract：Thi
2、s article through to the heater system with heat-transfer oil and its analysis of the characteristics of the description, points out that the heater system with heat-transfer oil advantage and broad application prospect, put forward to ensure that the heater system with heat-transfer oil safety and
3、reliable operation of the related problems involved. Combined with the engineering practice, the analysis of the heater system with heat-transfer oil design, construction installation and operation management should be paid attention in related problems and some effective measures; According to rela
4、ted standards about the correct choice of heat -transfer oil、tube velocity recommend、 the expansion tank set、the oil storage tank volume、control system 、pipe system、system testing、 systems debugging、system maintenance and system operation、system fill oil shipments, system security operation and so o
5、n various issues discussed.关健词：导热油；导热油炉供热系统；设计与施工；安全运行；标准规范Key word: Heat-transfer oil; The heater system with heat-transfer oil; Design and Construction;Safety operation; Standards and code;文章编号: 文献标识码： A0 概述2近几年来，导热油加热炉供热系统在工业生产领域中的应用越来越广泛，使用数量也成倍地增加。这是由于导热油能在较低压力下可获得较高的温度，而且有较好的热稳定性，也正是这一优点，导热油加热
6、炉供热系统正好满足了石油化工、纺织印染、轻工、建材生产工艺的要求，所以导热油加热炉供热系统的发展十分迅速。然而导热油也有自身的缺点：易燃、且渗透性强，一旦泄露易引起火灾事故。因此，为了使有导热油炉供热系统扬长避短、发挥优势，确保安全可靠地运行，我们无论在设计制造上，还是在安装使用上，每个环节都应严格执行有关规程规范，稍有疏忽，将会酿成大祸。1 系统简介及特点导热油加热系统属于间接加热，利用导热油作为加热介质，燃料在炉内进行充分燃烧并通过辐射、对流方式传递给管内流动的导热油，导热油获得热量后用循环系统送至用热设备，导热油与用热介质进行充分换热后重新进入热油炉加热，如此往复循环将热能源源不断的传递
7、给用热介质。导热油加热炉供热系统具有以下特点：（1）导热油具有较高的热容量和较低粘度，在常压下导热油的初馏点比水的蒸发温度要高出数倍。以高温传热用导热油代替水蒸汽，就能以低压供热系统取代高压供热系统。降低设备和管道投资，导热油可以提供 350高温热源而压力只有 5-8bar，系统安全性非常高。（2）导热油非常稳定，不会对热油炉炉管造成腐蚀；不需要采取复杂的处理过程，长时间运行不易分解。（3）一套导热油系统可以同时提供不同用热设备，并可根据用热端热负荷变化自动调节系统热量分配，尤其适合大型供热系统。（4）相比较蒸汽系统，导热油系统不需要大量的水处理设备，维护费用低廉，系统简单，输送方便1。（5）
8、一套导热油系统可以提供不同温度段热源（双温位或多温位热源） ，不仅满足了热用户对热媒参数的不同要求，而且每个系统单独设置网络循环泵，环网系统流量和扬程的分解，节省电耗，提高泵效，节约了能源。 在导热油炉供回油温差允许的情况下系统可扩展为多温位多泵的分布式供热系统2 。2 导热油炉供热系统常见问题在保证导热油炉供热系统的安全运行是系统设计的前提条件下，为热用户提供符合供热品质要求的热源是最终目的。笔者结合工程实例在此就导热油炉供热系统设计、安装的有关问题作如下探讨。2.1 正确选择导热油根据导热油的特定使用条件，所选用的导热油必须符合一定的技术要求，选择导热油时必须考虑的要点：（1）较低的粘度；
9、（2）优良的热稳定性；（3）尽可能高的闪点；（4）良好的热传导性能；（5）无腐蚀、无毒、不易燃；（6）使用后的废弃油品易于处理3。3由于导热油导热油的低温粘度会影响到供热系统在可能的最低温度条件下的启动，尤其当系统或设备处于室外且没有辅助加热条件的情况下，导热油的低温粘度显得尤为重要，故其粘度应能满足系统在特定低温条件下启动的基本要求。导热油的工作粘度对其在管道的流动性质、流动阻力的大小有重要影响，导热油的适当粘度和管内流动的紊流状态可以加强热交换的效果。导热油的热稳定性对于供热系统的操作安全性具有至关重要的意义。一般情况下，大多数导热油都是混合物质，由于其中低沸点的物质会在正常操作条件下被蒸
10、发，这些低沸点物还会降低导热油的粘度和闪点，并对其传热性能产生极其严重的影响，故导热油中的低沸物必须被排出。如果导热油的操作温度继续升高，其中具有高沸点的物质将会发生“缩聚”，从而产生一些高粘度的物质，这些胶（焦）质状物质会粘附（沉积）在管道和换热设备的换热面上，严重影响设备的换热效果和供热系统的循环。另外、导热油使用温度的选择应满足导热油的最高使用温度必须高于导热油炉设计规定的供热温度，并高于导热油炉中任一受热面部位的导热油可能达到的最高实际工作温度。一般来说，生产工艺中的用热温度必须低于导热油设计供热温度 20以上。液相炉运行中进出口油温差一般应控制在 2040,不宜超过 60。 2.2
11、推荐流速导热油加热炉系统规范第 6.1.4 条规定：为防止炉管中导热油过热分解与积碳，辐射管导热油流速不应低于 2m/s，对流管导热油流速不应低于 1.5m/s4。有机热载体(导热油)在受热面管内流动会形成边界层，其厚度会影响边界层的介质温度。边界层越厚，该处介质温度与主流温度之差越大，将使边界超温，导致导热油分解、聚合成胶质，形成残碳沉集于管壁，进一步恶化传热，加速导热油变质、失效。边界层厚薄与流体在管内流动状态有关。流体力学理论认为，雷诺数R2320时，管内呈层流；R2320 时，管内呈紊流。形成紊流状态才能获得较薄边界层。然而，若导热油流速过高，受热面管内阻力过大。以设计某工程为例，导热
12、油炉受热管管径为定值，导热油炉进出导热油温差较小，在一定换热量下循环油量较大，致使管内导热油流速高达3m/s，实测炉本体水力损失已高达 40mH2O。实践证明，导热油流速达到 1.5-3.0m/s，雷诺数2230R4000 时，导热油在受热面管内呈紊流状态，既可得到较薄边界层，强化传热，降低边界层温度，又不会有过大阻力。受热面的热负荷强度不同，管内导热油流速要求也不一样。辐射段管内流速不低于 2m/s，对流段管内流速不低于 1.5 m/s，符合实际。2.3 膨胀罐安装位置膨胀罐有储存导热油受热膨胀量、补充导热油、排除系统中气体、置换热介质的作用，是导热油炉系统中的重要安全装置。有机热载体炉安全
13、技术监察规程第 21 条 4 款规定：膨胀罐一般不得安装在有机热载体炉的正上方，以防因膨胀而喷出的有机热载体引起火灾。膨胀罐的底部与有机热载体炉顶部的垂直距离应不小于 1.5m，该点只是针对安全要求而言 5；但膨胀罐一般由独立的钢架托起，托起高度为导热油通过最高点 1 米以上，主要为稳定系统循环，并吸收由于导热油温度的升高而产生的体积4膨胀量；同时对循环泵的入口加压，防止泵的汽蚀。有机热载体炉安全技术监察规程第 21 条 6 款规定：膨胀罐和膨胀管不得采取保温措施，膨胀罐内的有机热载体的温度不应超过 70。其目的是防止导热油高温氧化5。导热油的氧化速度与温度有关，在 70以下，氧化不明显，超过
14、 100时，随着温度的升高，导热油氧化速度加快，并迅速失效。因导热油炉供热系统运行过程中，特别是开始投运的脱气过程，一般是热油经过膨胀罐，使系统内气体通过膨胀罐排气阀排出，这时温度是超过 70。 有机热载体炉安全技术监察规程中对高温的限制是基于避免导热油在高温状态下出现高温氧化，因此设计时应将膨胀罐设计为封闭容器，气相空间应采用氮气覆盖。以避免高温导热油与空气接触。在新疆塔里木地区由于缺少水资源，为减少水资源的浪费，供热系统常采用导热油供热系统。笔者所设计的几个工程中，导热油系统都采取闭式循环，且对膨胀罐和储油罐均设氮气覆盖系统，运行多年，每年取样检验，导热油的品质均无变化。经调研该地区的导热
15、油炉供热系统如果对膨胀罐和储油罐均未设氮封保护的系统或氮封运行效果不可靠的系统，导热油的品质都出现不同程度的变质。在实际应用中，可采用“液封”，保证膨胀罐、储油罐的内导热油与空气的接触。该种方式容易实现，避免了氮气的消耗和氮封系统的控制失效而导致的油品变质。2.4 储油罐容积储油罐有存储来自系统的导热油、二次油汽(气) 分离及排气、向系统提供所需补充的导热油、排除水分、冷却热油等作用。导热油储油罐应尽可能放在加热系统最低位，以便放净系统中的导热油。 有机热载体炉安全技术监察规程第 22 条 1 款规定：储油罐的容积应不小于有机热载体炉中有机热载体总量的 1.2 倍5。在进行维护检修时，常需将导
16、热油炉本体、用热设备、管路及附件内的导热油全部放尽，因此储油罐容积应能接收系统最大隔离空间的导热油。2.5 管路系统2.5.1 增设旁路调节的必要性当用热设备减少，系统热负荷降低时，导热油的循环流量也随之减少。若不即时调节，将造成受热面管内导热油流速过低。因此，导热油炉供、回油总管之间应装设循环旁路管道及调节阀。根据用户端的热负荷变化，自动调整调节阀的开度，保证导热油炉内所需的循环流量（炉内盘管定流量） ，维持炉内盘管导热油流速为设计流速，避免出现盘管内流速过低，使盘管内导热油过热而结焦，影响其使用寿命。此外，系统供、回油总管末端也宜装设旁路管道，当系统启动运行时，系统管道内的导热油是常温，打
17、开旁路阀，有助于加快整个系统导热油升温的速度。循环旁路阀门宜装设在便于操作位置。2.5.2 管路的严密性虽然一般导热油的闪点、燃点和自燃点较高，但仍属于可燃物质，且渗透性极强。由于自身温度高，又接近火焰，当导热油炉循环系统内泄漏或渗出的油气达到一定时，就会被点燃或自燃，造5成火灾。因此导热油炉循环系统必须防泄漏。在设计过程中，可以采取以下措施预防泄漏6：（1）管道连接应采用焊接连接，必须采用法兰连接时，应采用公称压力不小于 1.6MPa 的榫槽式法兰，平焊钢法兰或凹凸式法兰、其垫片采用金属网缠绕石墨垫片或膨胀石墨复合垫片作密封材料，以带内外加强环结构型式最为适宜。（2）所有与导热油接触的管道应
18、采用 20 号无缝钢管，管道及附件不得采用铸铁或有色金属制造。安装施工中，所有焊缝须试压检漏。（3）导热油炉循环系统中使用的阀门应耐油、耐高温、抗渗透、耐压和热强度高。普通截止阀因结构方面的原因，密封垫片和填料往往不能满足导热油高温工作时的防渗透要求，易造成泄漏，因此，选用防漏性能较好的改进型阀门波纹管截止阀较好。2.5.3 管路系统试压通常导热油炉系统的工作压力小于 0.6MPa，故导热油炉系统的管路压力试验，宜采用空气试压。工程上通常用水对管路系统进行试压，但由于水压试验后不易将水排除干净，对于导热油炉系统，将形成安全运行的隐患。若导热油炉系统有水，水分因急剧受热大量蒸发汽化，造成油路气塞
19、、循环不畅，引起暴沸喷油事故，危及安全运行。若导热油炉系统进行水压试验，则需在试验后将系统管路中的水彻底排干净，并应用压缩空气吹干系统，避免在系统内的管线低点死角处留水。2.6 系统运行2.6.1 系统脱水排气及升温（1） “水分”对导热油来说是一种污染，每一种新导热油都或多或少的存在一些水分，新油的水分含量一般控制在 300ppm 以下，不会影响系统的正常运行。如果水分含量过高，会引起循环泵气蚀，系统压力上升，导致不必要的排放等。因此“脱水操作”十分关键，脱水操作一般是通过高位膨胀罐进行，操作时首先使导热油循环到系统所有部位，然后逐步升温至 100；当导热油温度升至100时，维持此温度循环
20、23h，以脱除系统中可能残存的水。系统流量压力稳定后，排气基本结束6。（2）确认系统中无水存在，并在工艺主体装置允许时，才可继续为导热油升温。用热设备见液位后，在各级流量、压力稳定后，逐步升高系统温度，直到最高需求温度。升温速度通过调节温度控制器以每 10 C 为一次增量升温。每次升温以前，对于其内部的导热油还未形成流动的设备，应适当地调试其阀门，使其内的导热油加入到循环系统之中，参与循环加热以蒸发脱水。（3）对于系统运行过程中导热油组分中的：低沸物产生的油品蒸气应通过系统设置的油气分离器排放；也可设置排气流程，系统运行一段时间后，定期打开辅助排气阀，通过高位膨胀罐随氮气一道排放。从而保证系统
21、的正常运行。2.6.2 系统补油导热油在运行过程中会有自然损耗，要注意及时补加，保证液相炉高位膨胀罐中的液位。在添加新导热油时，注意脱除新导热油中含的微量水份。不可贸然将温度升到 100以上。否则会突然超压引起爆沸使导热油大量流失，严重时甚至会使受压元件破裂。在热态运转的系统内，不能直接6加入未经脱水的冷介质。另添加新导热油时，应添加同一品种油品，不同物性的油不能混合使用7。2.6.3 系统停运液体炉依靠循环泵强制循环，导热油系统停运时应先停加热炉燃烧器，循环泵继续运行，直至系统导热油的温度降至 100以下，才可以停止循环泵运行。如一旦发生停电，循环泵停运时，要及时采取措施，避免盘管内导热油因
22、不流动而超温（因为此时炉膛内的红火与炉墙的高温辐射足以使受热面温度升高） 。如果没有自备电源、不能立即启动循环泵时，应当先打开炉门，打开高位膨胀罐与炉体的连接阀门，让高位膨胀罐内冷油流入炉内盘管，同时可将炉内热油放入低位储罐，必要时用手摇泵将低位槽的油抽向高位膨胀罐，保持炉内油的流动。直至炉膛温度低于 300，油出口温度降至 100以下为止7。3 小结和展望为了保证导热油炉供热系统的安全运行，除了要认真学习并贯彻执行有机热载体炉安全技术监察规程 、 导热油加热炉系统规范)、 有机热载体 以外，还要注意在贯彻标准、规范的过程中，需处理好标准规范与实际相结合的问题，结合工程实际情况，对热循环系统全
23、盘考虑，设计出安全、合理、经济、令顾客满意的导热油炉供热系统。参考文献 1 赵淑珍，刘宗信 大型锅炉房系统的设计与研究J. 天然气与石油， 2011,02：75-78.2 杜茂敏. 导热油炉供热系统在油田生产中的应用前景J. 石油和化工节能： 2006,06：13-15.3 周国庆， 孙涛. 工业锅炉安全技术手册 M. 北京：化学工业出版社， 2009. 19-22. 140-150.4 SY/T 05242008，导热油加热炉系统规范S.5 劳部发1993356 号，有机热载体炉安全技术监察规程S.6 冯维君. 有机热载体炉安全技术M 中国锅炉压力容器安全杂志社 .，1994. 73-108.7 叶帆，羊东明，付秀勇 等，.大涝坝站导热油系统运行工况分析及防护对策 J. 石油与天然气化工， 2007,06：462-464.1 作者简介陈玉梅（1965-） ，女（土家族） ，四川泸洲， 高级工程师，工学学士，主要从事暖通空调与动力工程设计工作。电话：（028）86014453。联系人：陈玉梅 联系地址：成都市小关庙后街 25 号机电热室邮编：610017电话：028-86014453（办）713548041633 （手机）E-mail： chenyumeicpe-注：该篇文章曾荣获 2009 年中油设计集团公司，中油设计西南分公司优秀论文二等奖。
