导热油为什么会结焦

以往人们对导热油认识不足，认为导热油只要控制在一定温度下便可长期使用而不会结焦，或者认为导热油长时间使用后会变质只需更换导热油，炉管上就不会结焦等。导热油会不会在炉管壁上结焦，导热油使用一段时间后为什么会影响传热效果，这是近几年来导热油行业中讨论的焦点。实际上导热油与自然界其他产物一样，也存在由好变坏的过程，导热油在热油炉中加热运行如同水滴在水池边结水垢一样，也会形成结焦，而且结焦主要分以下四个阶段：

一、诱导阶段

导热油在热油炉炉管金属表面的受热作用下，主要发生两大类化学反应：一类是裂解反应，另一类是缩合反应。裂解反应使烷烃类大分子分解为小分子，导热油物理性质表现为黏度减小、闪点降低；缩合反应使烷烃类大分子缩合成多环芳烃或稠环芳烃等大分子，导热油物理性质表现为黏度增大、闪点增高。

由于热油炉有膨胀槽，膨胀槽又与空气接触，使一部分低闪点的导热油挥发掉；又加上诱导阶段中，导热油的主要化学反应是缩合反应，故导热油报废时，其物理性质中黏度、闪点、酸值、残炭值均增大。在这些化学反应中，其主要反应路线是：烷烃->烯烃->芳香烃->多环芳烃->胶质->沥青质。由此可见，在这个反应过程中，相对分子质量是逐步增大的。如胶质相对分子质量在600~1000间，而沥青质相对分子质量在700~40000间。这些大分子物质在导热油中是不溶的，并从导热油中分离出来。分离出来的胶质和沥青质是粘稠状的，它在导热油中起诱导因子作用，继续诱导导热油经加热缩合逐步发生脱氢反应。

二、吸附阶段

导热油经加热生成沥青质，然后沥青质向炉管金属表面迁移或被金属表面吸附。吸附是导热油的沥青质在炉管金属表面上迁移的表面现象。吸附可分物理吸附与化学吸附。物理吸附多在较低温度时进行，是范德瓦尔斯引力作用的结果，没有电子偶的形成，它可以是单分子吸附，也可以是多分子吸附，但并不一定在第一层吸满以后才吸附第二层；也不一定在第二层吸满以后再吸附第三层，是不规则吸附。而化学吸附只能单分子层吸附，且在吸附过程中生成化合物。导热油中沥青质在炉管金属表面主要是物理吸附，而且吸附厚度是不均匀的。而当温度增加后，炭与钢可能会发生化学吸附生成化合物，使炉管发脆，影响炉管质量。

三、硬化阶段

沥青质附着在炉管壁上，继续受热会硬化生成结焦。结焦相对来说是比较硬的，传热系数又很小，是非传热物质。在金属表面增加一层结焦层后，起到隔热作用，故结焦在导热油炉使用中无好处。

在硬化阶段，结焦的主要化学反应是脱氢反应，随着脱氢程度不同，生成结焦的形状也不同，主要分以下三种：

①海绵状焦

也称无定形焦，C/H比低，焦块疏松，硬度低，结焦中含油量大，在火焰中易燃烧，离开火焰也燃烧，在炉管中易清除。海绵状焦由含芳烃量小的油生成。

②蜂窝状焦

也称同性焦，C/H比中等，焦块内部结构呈蜂窝状，硬度中等，结焦中含油量少，在火焰中不易燃烧，离开火焰不燃烧，在炉管中清除困难。蜂窝状焦由含芳烃量中等的油生成。

③针状焦

也称异性焦，C/H比高，焦块内的孔隙是均匀定向且呈细长椭圆形，破碎时焦块裂成针状的焦片或玻璃状，硬度高，结焦中含油量极少，在火焰中冒火星，离开火焰如石块，在炉管中清焦很困难。针状焦由芳烃量高的油生成。

各种导热油结焦的性能比对如下表所示。

焦炭名	结构	C/H	外观硬度	生成方式	清焦难易度
海绵状焦	无定形	低	疏松	含芳烃量小的油生成	容易
蜂窝状焦	同性	中等	呈蜂窝状	含芳烃量中等的油生成	困难
针状焦	异性	高	孔隙均匀	含芳烃量高的油生成	很困难

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