传热流体,也称为热油或热油,是用于在低系统压力下产生高操作温度的过程流体。它们被用于许多需要统一、响应性加热来维持生产的制造过程。

三个策略:

传热流体系统是重要的生产资产,必须妥善维护,以避免计划外停机。然而,由于这些系统通常长时间无故障运行,因此在突然发生故障之前,它们很容易被忽略。维持系统的可靠性和性能在很大程度上取决于实施流体管理计划和保护流体免受预期降解途径的影响。这里是管理热流体系统以最大化流体性能的三个关键策略。


战略1:
确保流体超出应用要求

这是确保热流体长期性能的最重要考虑因素之一。有数百种热传导流体可供选择,但流体应从信誉良好的热传导流体供应商采购。现有的热流体供应商通过结合实际性能数据和科学的热应力分析来确定真正的操作极限。应提供整个操作范围内流体的热性能,以匹配系统规格。

流体的纯度也很重要。即使是低水平的杂质也会放大表面沉积和结焦倾向的影响。与明亮或水白色的液体相比,深色液体的性能较差。请注意,预算不足的石油可能弊大于利。

对于大于575°F的工作温度(≈300°C),应考虑高温合成芳香化合物。这些苯衍生物利用了芳香结构的热稳定性。芳香族热流体更专业,但与矿物油流体相比,通常具有更大的操作灵活性和极端温度能力。

流体选择提示包括:

  • 在最大工艺温度和流体最大温度限制之间,主动设定25°F(≈14°C)缓冲层。指定该缓冲层有助于确保流体能够在合理的生命周期内提供连续服务。
  • 考虑当地气候条件下流体可能经历的最低启动温度。一些流体具有更好的泵送性能,有助于防止在伴热和/或防冻方面进行昂贵的投资。
  • 考虑与流体直接接触的所有管道、垫圈、密封、o形环等的兼容性。
  • 选用高纯度、高效率、高热稳定性的流体。

除了以上几点之外,还要了解每种候选液体的相关健康和处理危害——以及处理方案。


严重的流体降解可导致污泥和焦油沉积。在极端情况下,流体的粘度会达到很高,以至于无法泵送。照片来源:Paratherm传热流体


战略2:
管理持续性能的威胁

热降解、氧化降解和污染是影响钻井液持续性能的三个最常见的威胁。

当流体分子吸收的热能超过其有效释放的热能时,就会发生热降解。过度的热应力会导致“开裂”,或破坏分子键。这会对流体造成不可逆转的损坏,并导致随后的物理性质变化。

热降解速率是流体稳定性和操作条件的函数。当流体分子分裂时,它们会形成低沸点的碎片(称为低沸点),这些碎片可以重新结合形成高沸点的聚合物(称为高沸点)。锅炉积气量过低会降低热效率,降低流体闪点。它们也会导致意想不到的发泄。

当高锅炉在系统中积累时,流体粘度可能会增加,从而影响泵性和热效率。最终,可能会超过溶解度限制,高锅炉可能会以污泥和焦油的形式沉淀出来,潜在地污染热交换表面或堵塞管道。在严重的情况下,热降解可能导致严重的结焦和加热器管的潜在故障。通过以下方法可使热降解率最小化:

  • 根据温度要求选择合适的流体。
  • 不得超过制造商建议的最高温度。
  • 确保始终有足够的油液流过加热器。

此外,应按照OEM的建议执行例行预防性维护计划。

当热流体与通风膨胀罐和储气罐中的大气氧气发生反应时,会发生氧化降解。流体氧化会对流体质量和性能产生重大影响。氧化会产生有机酸,如果不加以纠正,有机酸会随着时间的推移降解为碳烟和污泥。随着氧化的进行,流体的总酸值(TAN)增加。

氧化会导致流体粘度显著增加、污泥沉淀,最终导致表面污染和管线堵塞。在大多数系统中,氧化可以通过用氮气等惰性气体覆盖膨胀罐来消除。如果不能选择覆盖,则应考虑冷密封罐或热缓冲罐。尽管很容易修复,但在所有流体过早降解案例中,氧化占90%以上。

污染通常是由工艺泄漏或操作错误引起的。(常见的错误包括向系统中添加了错误的流体、共用工艺设备或清洗程序不充分。)污染的影响取决于污染物的种类。水往往表现自己的迅速,导致泵空化,意外的排气或机械敲打。在其他情况下,污染物可能迅速降解,导致酸度增加,产生低/高锅炉,产生碳和表面污垢。污染可能有许多副作用,如减少传热,设备故障和降低操作安全。

为了管理可能导致流体降解的威胁,常规的系统检查是非常宝贵的。每周巡视一次系统,记录任何泄漏、冒烟、异常声音或意外的压力或温度读数。小问题可能很快转化为大问题,所以要尽快处理任何异常情况。

系统的正常启动和关闭对系统的长期性能至关重要。在启动时,加热器应保持在低火状态,直到湍流形成,以防止过热。在关闭时,主循环泵应保持运行,直到加热器出口温度达到180°F(82°C)或更低。


颜色较深的流体可能意味着更高水平的杂质和更高的污染潜力。照片来源:Paratherm传热流体


战略3:
实施流体维护计划

热流体的状态监测对持续性能至关重要。流体质量的不可见变化可能会影响系统满足生产需求的能力,并可能导致计划外停机。常规分析可提醒最终用户流体状况,并有助于在设备故障变得灾难性之前检测设备故障。

什么时候分析液体比较合适?

新投入使用的系统应在运行的第一年进行分析。这可以帮助检测任何可能在雷达下发生的重大设备问题。在启动后的第一个月内,应对现有系统进行采样,以建立流体性质的新基线。在此之后,强烈建议每年至少对系统进行一次取样,作为维护计划的一部分。最后,当性能发生意外变化时,应该采取一个示例。还有一些关键的监控测试。它们包括:

  • 运动粘度。
  • 总酸值(TAN)
  • 模拟蒸馏。
  • 潮湿

运动粘度。通常由ASTM D445在104°F(40°C)下测量,粘度是流体“厚度”或内部流动阻力的测量值。粘度增加通常与流体氧化或污染有关。流体粘度的降低通常是热分解产物的结果。与新流体值相比,粘度的变化超过35%表明降解。

总酸值(TAN)。通常由ASTM D664测量,总酸值决定了流体所经历的氧化程度,也可能与污染有关。在体系中,低至0.2 mg KOH/g的酸浓度就能产生碳,而接近鉴定极限1.0 mg KOH/g的酸浓度则可以完全替代。

模拟蒸馏。通常由ASTM D2887测量,这种分析使用气相色谱法通过沸点分离流体样品中的所有成分。相对于新的流体基线的低锅炉或高锅炉的增加表明流体受到了不可修复的损害。低锅炉通常是由流体过热引起的,而高锅炉可能表明过热、氧化或污染。行动阈值根据流体化学的不同而不同,但任何超过5%的变化都应该进行调查。

潮湿通常通过卡尔·费希尔库仑滴定法测量,该方法可快速测定有机液体中的水含量。新热流体的含水量通常小于300 ppm。水污染可能会对性能造成破坏性影响,而清除水污染可能是一个漫长的过程。应采取一切措施消除进水点。

总之,保持热流体的性能是一个良好的管理原则的结合。根据操作要求选择合适的流体,尽量减少或消除对流体降解的威胁,对流体进行常规状态监测,并对设备进行预防性维护。当这些策略一起完成时,将传热系统的性能最大化,并显著提高关键生产资产的可靠性。遵循这些策略可以避免因意外维护活动和生产损失而造成的巨大成本。


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