15T/h导热油蒸发器的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文献综述

能源需求与能源供给非均衡发展导致的能源短缺，长期以来一直成为我国经济发展的主要瓶颈。虽然进入八十年代后，我国经济发展的长期战略和近中期规划，都将能源工业纳入了重点倾斜的产业政策中心，并使之得到了迅速发展。然而，与更加迅速发展的能源需求相比较，我国能源供给短缺的局面不仅没。有得到根本转变，而且有进一步恶化的趋势。我国实际上存在着深刻的能源危机，如何真正彻底地解决经济发展中的这一桎梏，已成为理论研究和实际工作所面临的迫切问题[1]。随着我国工业的发展，导热油供热系统具有巨大优势，在工业领域应用越来越广泛。

1导热油蒸汽发生器

1.1导热油蒸汽发生器简介

导热油蒸汽发生器，即利用高温导热油作为热源，通过换热，使水加热产生蒸汽的装置。导热油蒸汽发生器主要作用有：(1)通过高温导热油换热在管内流动把热量传给管外给水，使给水沸腾，产生蒸汽，而不需要再新上一台蒸汽锅炉，从而可减少投资和提高能源利用效率。(2)可以作为用热设备，充当导热油锅炉调试阶段的吸热设备，缩短调试周期。有的客户锅炉及用热系统均为新上设备，往往在锅炉安装好进入调试阶段时，生产线用热设备还不能投入使用。这时可利用蒸汽发生器作为吸热设备，与锅炉组成封闭循环，可以缩短调试和导热油脱水排汽的周期。(3)可以作为导热油炉负荷调节的工具和措施。有的用户例如化纤行业用户，对导热油出油温度要求较高，通常要求做到l℃或更高的控制精度。在回油温度和燃烧组织较为稳定的情况下，要做到出油温度l℃的控制精度并不难，但当生产线用热突然变化30余热锅炉2012．2时(例如其中某条或几条生产线切换时)，此时回油温度突然发生变化，仍然要求出油温度控制在l℃就勉为其难了。而通过与用热设备并联的导热油蒸汽发生器，可以起到负荷调节的作用。[2]最理想的是正常时也通过蒸汽发生器产生蒸汽(用户需要用到蒸汽)时，保持50％左右的负荷，在蒸汽发生器进油管道安装调节阀，根据导热油炉出油温度自动调节蒸汽发生器进油阀开度，作为导热油炉温控的辅助措施。

1-汽包2-换热器3-支座4-人孔

图2卧式导热油蒸发器简图

1.2导热油蒸汽发生器的主要特点如下

(1)、换热效率高，仅有少量散热损失，如外部保温较好，散热损失通常仅为2％左右；负荷调节性能好，如采用阀门进行进油流量调节，理论上可做到0．100％的负荷调节；结构简单，制造、安装方便；运行操作简单及维护方便；使用寿命长[2]。

(2)发生器可一器两用，即可以产生热水又可以产生蒸汽，而不需进行结构改动。当需要发生蒸汽时，只需将发生器的水位计启用，控制发生器内的水位在安全水位线内，通过导热油的加热即可产生所需的蒸汽。这一点对于锅炉来说是不可能的，蒸汽锅炉不经过部分结构改动是不可以作为热水锅炉的，并且热水锅炉根据劳动部门的规定是不允许做蒸汽锅炉使用，生产蒸汽的[3]。

(3)设备占地面积小、配套辅机少。一台蒸发量lt／h的有机热载体-蒸汽的发生器，加上配套辅机总占地面积不超过4m2，完全不需设专用站房，只需安装在有机热载体炉站房内即可。一台蒸发量lt／h的常规锅炉房，占地面积最少也要10m2左右，而且必须配备专职运行管理人员3～4人。发生器的操作运行，则只需1人即可[4]。

(4)换热效率高，供热稳定。发生器换热无蒸汽凝结水损失。导热油强制循环，本身供热稳定，温度控制精度高，使得产生的蒸汽或热水温度控制精度相应提高，压力波动小[5]。

(5)显著节省一次性投资。一台蒸发量为lt／h的蒸发器，设备购置及安装全部投资只需3万元，而一台同样蒸发量的蒸汽锅炉则需13万元左右，如果需建锅炉房，投资就更大[6]。

(6)操作方便、运行安全。由于发生器的热源是有机热载体加热系统的导热油，运行时只需操作控制阀门即可。锅炉的操作则是比较复杂的工作，需具有操作许可证的专业司炉人员谨慎操作。尽管如此，锅炉事故还是屡有发生的。

2蒸汽发生器

2.1蒸发器的定义

蒸汽发生器（俗称锅炉）是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽

的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分[7]。

2.2蒸发器的常用结构及特点

换热单元形式多样，主要有换热U型管或换热盘管。管内为强制循环导热油，管外为饱和水，换热管通常全部没于水中，外部为简体和封头组成的汽包，并装设安全阀、水位表等安全附件。可立式布置，也可以卧式布置。其常见结构如图l所示，为管壳式结构。以换热盘管为例来说明其结构及运行时的重要特点。换热盘管既承受导热油系统的内压，又承受汽包外压，实际运行时承压状态取决于内压和外压的大小。启动时汽包表压为零，此时盘管仅承受导热油系统内压；正常运行时，盘管既受内压，又受外压，一部分压力相互抵消，蒸汽压力高时，承受外压，导热油压力高时受内压：导热油进出阀门关闭并保持汽包蒸汽压力时，盘管仅受外压作用，因此，设计时应考虑最大的内外压差，选取安全的管子壁厚。运行时如果换热盘管焊缝发生渗漏，会有两种可能，一是导热油漏入汽包中，二是汽包内饱和水漏入导热油系统中。如果导热油漏入汽包中(指少量渗漏)，因导热油比热比水还小，少量渗漏情况下，尚不至于造成瞬间大量水汽化(因直接接触传热比通过盘管换热容易)，而导热油漏入汽包后仍处承压状态，其温度因传热而降低，所以本身一般也不会汽化，因此，其危害甚小[8]。

2.3蒸汽发生器的运行机理

发生器为圆筒状容器，有立、卧式两种[9-10]，体积随着换热参数不同而各异。筒内有多层盘旋管，管内为放热介质导热油的流动空间，管外与筒壳间为吸热介质水或蒸汽的流动空间。发生器上装有配套的安全附件及显示仪表。发生器的热源管与有机热载体系统管网连接，并配有控制和调整阀门。当需要蒸汽或热水时，只要打开发生器热源管控制阀门，高温导热油便通过发生器强制循环流动，向吸热介质水或蒸汽放热，从而不断产生200℃的热水通过调整控制阀门、仪表、改变导热油的流量和水或蒸汽的流量，可得到不同压力不同温度的饱和蒸汽和热水[11]。

3导热油供热系统的特点导热油供热系统中燃料再导热炉内进行充分的燃烧进而通过辐射以及对流等方式对导热油进行加热，属于间接加热方式之一，导热油征获得热最后将热量传送到用热设备，高温导热油在进行热量传递后重新进人到热油炉加热，以此循环。导热油供热系统具有很高的热容量，粘度相对比较低下，因此，在常压以及低压情况下具有的初馏点是水蒸发温度的好几倍，能偶以低压进行供热，极大地降低了设备以及管道投资，在需要提供高温热源如350℃时，其压力仅仅为0．5～0．8MPa，系统的安全性能非常高。一套导热油供热系统可根据热端热负荷变化调节系统热量分配，可同时向不同用热设备供热，非常适合于大型供热系统，节省电耗。相对于蒸汽供热系统而言，设备维修时更加方便。虽然导热油供热系统具有这么多的优点，在设计中也存任很多的问题，导热介质导热油的稳定性很差，长期使用会对设备造成腐蚀，在有机热载炉体热油管路系统设计、循环油泵等设备以及热油锅炉布置方面都还具有一些问题[12]。

4导热油技术

在工业生产中，常见的加热形式有直接加热和间接加热二种。直接加热是热源直接作用于受热体，热量分布不均匀，易造成局部过热高温，且温度不宜控制。间接加热是以一种热载体作为传热介质，传热更为均匀，在生产中应用更为广泛。常见的热载体分为无机热载体和有机热载体，无机热载体有水和蒸汽、熔盐、液态金属、气体等，有机热载体包括导热油、致冷剂等。水是最常用的热载体，具有传热效率高，粘度小，蒸发潜热大的优点，但水的凝点为0℃，临界温度374.1℃，临界压力220个大气压，通常温度超过100℃，随着温度升高压力急剧增大，200℃以上加热不宜再用水作为介质，并且100℃以上蒸汽的热效率也不高。与水相比，导热油具有沸点高，蒸气压力低和凝点低的特点，可以在常压条件下加热至300℃以上而不气化，冷却至-60℃左右而不凝结，所以更适用于200～400℃的高温加热系统和0～-60℃范围的低温冷却系统，因此导热油的应用领域非常广泛。加热有直接加热和间接加热两种方式，热传导液是填充在间接加热系统中的一种热载体，用于高温加热过程中精确控制温度、同一系统中加热和冷却过程或单一冷却目的。与直接明火或水蒸汽加热相比，使用热传导液具有设计简单、操作方便、使用温度范围宽、操作压力低[13]。

4.1导热油的分类

导热油从结构上可分为合成型与矿油型两大类。合成型导热油又称热传导液，是以石油化工或化工产品为原料经有机合成工艺制得，是纯的或比较纯的化学品，其特点是稳定性好，使用寿命长，可再生，但其价格也相对较高。矿油型导热油又称热传导油，是以石油某线馏分为原料，经过加工调配制成，是多种烷烃组分的混合物。矿油型导热油的原料来源较为广泛，生产工艺简单，价格低廉，但其热稳定性和抗氧化性受其多组分物质特性的影响相对较差。导热油从形态上可分为气相与液相两种。大部分导热油工作在其沸点之下，是液相导热油，但也有少数品种如联苯-联苯醚，可工作在沸点之上，但其工作压力相对仍比较低，称气相导热油[14]。

4.2导热油技术的应用实例

由于导热油热稳定性好;无毒、无臭、无污染，对设备无腐蚀;热传导性能好;在最高允许使用温度范围内蒸汽压力较低，降低了整个系统受压等级，从而降低了设备成本;凝点低，用于寒冷地区不易堵塞管线;节能效果好，经济效益高，因此应用领域十分广泛[15]。

4.2.1导热油换热技术在焦油蒸馏中的应用

南京梅山焦化厂焦油蒸馏装置的大修改造设计中成功地使用了导热油换热技术回收沥青和蒽油的余热，并用于原料焦油和无水焦油的加热，达到了节能降耗的目的。采用导热油回收沥青和蒽油的余热加热原料焦油和无水焦油的技术后，不仅可使管式炉的煤气耗量降低300m3/h，而且可使冷却水耗量降低71.1t/h，年创效益近84万元[15]。

4.2.2导热油在油脂工业中的应用

油脂工业长期以来均以饱和蒸汽来进行油料轧坯后的蒸炒，每年新菜籽上场入榨，由于新菜籽水分较高，且活性物质存在，蒸炒锅内料坯容易搭桥，影响系统生产。[16]为了解决油脂连续化生产中这个薄弱环节，近年来以高温导热油作传热介质，以平板烘干机取代了蒸炒锅，达到了既节约能源又提高产量的效果。油脂工业上应用导热油，解决了高水分油料入榨问题，扩大了投料量，节约了能源，取得了较好的经济效益。海宁实验油厂榨油配备24型榨油机二台，202型三台，一般启用四台机(其中202型一台备用)，应用导热油后投料菜籽从130t/d左右提高到160t/d以上，高产量每天投料在80t/d左右，相当于增加了一座30t/d规模的油脂厂。

4.2.3导热油在橡胶工业节能技术改造中的应用

在橡胶工业生产中，热能所占成本比例高达18%左右，通过对橡胶制品车间使用导热油供热节能改造，使加热设备技术性能大大提高，生产效率可提高20%，与改造前蒸汽加热比较，可节约能源60%左右[17]。

4.2.4导热油在石油树脂生产装置中的应用

在石油树脂生产工艺过程中，物料需要不间断地换热，除聚合反应过程外均为加热过程，尤其是蒸馏浓缩成树脂的过程是一个激烈的加热工艺过程。鞍山化工一厂在石油树脂生产过程中一直延用两种加热方式；

(1)在热聚石油树脂的生产中采用明火加热聚合、蒸馏的方式;

(2)871[18]石油树脂的生产采用过热蒸汽进行加热蒸馏的方式。

上述这两种加热方式均存在弊端。

4.2.5导热油在精苯生产中的应用

济南钢铁集团总公司焦化厂精苯车间年加工1.5t轻苯，轻苯经初馏、化学精制和终馏后，最终得到焦化苯、甲苯、二甲苯、初馏分和溶剂油等主要产品。2000年，该厂精苯生产由蒸汽加热改为导热油加热后，解决了因蒸汽压力波动大、温度低等影响精苯生产的难题，三苯收率由87.55%提高到88.47%，吨苯耗蒸汽由2.35t降为0.68t，吨轻苯耗焦炉煤气309m3，耗电30.5kWh，导热油损失量0.22kg。职工劳动强度降低，经济效益显著，仅直接蒸汽一项，可创效益约348万元/a，三苯收率的提高可创效益60.37万元/a，扣除各种消耗及设备折旧费用，综合效益可达166.58万元/a。莱芜钢铁股份有限公司焦化厂精苯车间生产所需蒸汽全部由莱钢动力部供给，制约程度很大，蒸汽压力一般都在0.4MPa以下。而精苯车间生产所需蒸汽压力必须在0.7MPa以上，因此蒸汽供应严重不足，精苯生产很难进行，直接影响了莱钢焦化厂的经济效益[19-20]。为了解决蒸汽供应不足的问题，莱钢焦化厂决定建造一台用高炉煤气加热的导热油炉代替蒸汽用于精苯生产。改造后供热稳定，轻苯加工能力达到1.5t/h以上，三苯收率达到87%以上，三苯质量稳定。该项目实施后，改善了环境质量，充分利用了能源，社会效益显著;并且经济效益显著，按每年加工轻苯6000t计算，节约蒸汽4t/t轻苯，年创效益149.28万元；加工轻苯年创效益120万元；耗高炉煤气，消耗19.68万元;设备总投资共计82万元，每年折旧大修费为8.2万元，总电耗为9.24万元，则年盈利共计232.16万元，4个月可收回投资。

4.3导热油质量控制指标

导热油性能指标目前主要是以闪点、粘度、残炭、酸值四项理化指标来衡量。其中粘度与闪点更能直接反映导热油结构的变化。导热油的物理性指标是控制导热油热工性能和工艺品质的主要理论依据，必须定期进行测试。一般规定加热系统运行一年或者连续运行8000h为一个测试周期。如果发现导热油的粘度变化达到15%，闪点变化达到20%，酸值变化达到0.5%，残炭增加达到1.5%时，经综合评价，可以认为导热油的品质劣化，需更换新的导热油[21]。

4.4导热油组成

基础油的理想组份是以环烷烃，异构烷烃，精制后中质芳香烃组分。基础油要具有良好的热稳定性和适宜的馏程范围，对导热油起决定性作用。导热油长期在高温环境运行，为改善和提高导热油的热稳定性和抗氧化安定性等性能，需在基础油中加入添加剂，主要有高温抗氧剂，复合阻焦剂，降凝剂，降粘剂等。[22]

4.5导热油与蒸汽加热系统的对比

目前，世界上绝大部分的供热系统仍为蒸汽供热，消耗大量的水资源，并浪费很多能源及资金。经对一新建的10GJ/h供热系统，操作温度为232℃时进行分析计算可以看出，蒸汽加热系统的投资一般是同等导热油加热系统的112～118倍，操作运转费用则为115倍左右。故大力推广热载体导热油加热技术是有重要意义的。分析结果见表1、表2[23]；

4.6延长导热油寿命的探讨

4.6.1提高导热油耐久性的必要

导热油可以把其他能源产生的热量传递给需要加热的物体，它的主要成分是一种原油馏分。导热油和同类导热材料相比具有许多优点如传递能量的效率更好、对温度的控制精度更高，因此现在许多工业领域中它的使用比其他导热材料更广泛些。同时，导热油由于自身的化学组成以及所处的特定工作环境使得它也有一些缺点，如长期的高温环境会使导热油的稳定性降低、品质和性能变差，更严重地还会使锅炉结焦发生爆炸等意外事故。导热油的这些缺点会严重影响正常的生产运行，大大降低了自身的使用效率，增多了企业的经营成本，因此在生产实践过程进行哪些合理的操作以使导热油的利用效率更高是值得讨论的[24]。

氧化劣化危害导热油与空气中的氧气接触发生氧化反应，生成有机酸并缩聚成胶泥，使粘度增加，不仅降低介质的使用寿命，而且造成系统酸性腐蚀，影响安全运行。导热油的氧化速度与温度有关，在70oC以下，氧化不明显，超过100℃时，随着温度的升高，导热油氧化速度加快，并迅速失效[25]。

在用油的碱值、水分、Fe含量偏高，说明新系统投用时清洗不彻底，残留较多的水分、碱性清净剂以及焊渣、铁锈等不溶性杂质，可能对在用油造成污染，影响其使用寿命[26]。

4.6.2延长使用寿命的措施

（1）导热油的品质是前提在实施改善导热油使用年限的措施前，首先要保证待改善的油是高品质的否则一切改善措施都是无效的，建立在一定基础上的改善才有意义。高品质油中的基础油应该具有良好的稳定性，另外油中的添加剂应该有强的还原性和抗垢性，因为在高温下稳定性很重要同时还原性可以减少氧化变质反应的发生，抗垢性能够使油管内壁上粘附的物质溶入油中以便油管畅通不堵。

（2）油液流速应适宜导热油在油管中的流速也会间接地影响导热油的使用寿命：导热油流速较慢或者保持静止时油管管壁温度和外层油温都会比中间油温高，超过了允许温度的油温会加剧导热油变质的各种化学反应，使得导热油的使用年限大大变短；导热油的流速越快，外层油温和中心的油温就越接近导热油的传热性能就越好，但是由于油管承压能力有限、增速能力限制因此导热油的流速也不是越快越好。综合考虑油速应该控制在2．5米每秒左右，油速的动力来源于油泵因此油泵的功率应该满足流速的需要，在日常作业中要注意油泵的维护修理。

（3）油温的控制正如前面提到的，油温越高，各种导致导热油变质的化合反应就会进行得越剧烈，所以对油温进行合理有效的控制是很重要的。在油温控制方面应该做到以下几点：出油管的油温不应该超出允许油温且要比允许油温低；出油管处油温与进油管处油温之差不应太大宜控制在经验范围1o一25℃内；加热导热油时不宜迅速升温应该有一定的速率；停止工作后油泵不能立即停止应该让导热油保持流动，等到油温下降到一定程度的时候才能关闭油泵；经常检查油泵的各种工作参数以便及时发现问题进行维修。

(4)减缓导热油的氧化速率优质的导热油中本身含有一定的还原剂能够减缓一部分氧化反应，另外从源头上解决问题就应该将油中的含氧量降到最低。

(5）防止杂物掺入定期检查油质导热油和被加热物体是被管壁隔开的，一旦管壁出现问题被加热物体就有可能混到油中进而影响导热油的品质。因此应该定期抽取导热油进行常用四指标的检测，一旦被测数据超出一定范围就应该及时做进一步调整以保证生产效率不被耽误[27]。

5.结束语

导热油蒸汽发生器是应市场需求而诞生和发展起来的，必将得到更广泛的应用。虽然导热油蒸发器有上述优点，不过我们仍应该严格遵守相关标准和规范要求，在合理设计的基础上，严格把好质量关。尤其是安全性能上，应高度重视，应采取必要的措施，防止蒸汽漏入导热油循环系统内，以免造成导热油循环系统的故障和引发安全事故，使之成为一种成熟的产品，发挥更大作用，为我们祖国的未来添砖加瓦，共同创造美好的明天。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

文献综述

能源需求与能源供给非均衡发展导致的能源短缺，长期以来一直成为我国经济发展的主要瓶颈。虽然进入八十年代后，我国经济发展的长期战略和近中期规划，都将能源工业纳入了重点倾斜的产业政策中心，并使之得到了迅速发展。然而，与更加迅速发展的能源需求相比较，我国能源供给短缺的局面不仅没。有得到根本转变，而且有进一步恶化的趋势。我国实际上存在着深刻的能源危机，如何真正彻底地解决经济发展中的这一桎梏，已成为理论研究和实际工作所面临的迫切问题[1]。随着我国工业的发展，导热油供热系统具有巨大优势，在工业领域应用越来越广泛。

1导热油蒸汽发生器

1.1导热油蒸汽发生器简介

导热油蒸汽发生器，即利用高温导热油作为热源，通过换热，使水加热产生蒸汽的装置。导热油蒸汽发生器主要作用有：(1)通过高温导热油换热在管内流动把热量传给管外给水，使给水沸腾，产生蒸汽，而不需要再新上一台蒸汽锅炉，从而可减少投资和提高能源利用效率。(2)可以作为用热设备，充当导热油锅炉调试阶段的吸热设备，缩短调试周期。有的客户锅炉及用热系统均为新上设备，往往在锅炉安装好进入调试阶段时，生产线用热设备还不能投入使用。这时可利用蒸汽发生器作为吸热设备，与锅炉组成封闭循环，可以缩短调试和导热油脱水排汽的周期。(3)可以作为导热油炉负荷调节的工具和措施。有的用户例如化纤行业用户，对导热油出油温度要求较高，通常要求做到l℃或更高的控制精度。在回油温度和燃烧组织较为稳定的情况下，要做到出油温度l℃的控制精度并不难，但当生产线用热突然变化30余热锅炉2012．2时(例如其中某条或几条生产线切换时)，此时回油温度突然发生变化，仍然要求出油温度控制在l℃就勉为其难了。而通过与用热设备并联的导热油蒸汽发生器，可以起到负荷调节的作用。[2]最理想的是正常时也通过蒸汽发生器产生蒸汽(用户需要用到蒸汽)时，保持50％左右的负荷，在蒸汽发生器进油管道安装调节阀，根据导热油炉出油温度自动调节蒸汽发生器进油阀开度，作为导热油炉温控的辅助措施。

1-汽包2-换热器3-支座4-人孔

图2卧式导热油蒸发器简图

1.2导热油蒸汽发生器的主要特点如下

(1)、换热效率高，仅有少量散热损失，如外部保温较好，散热损失通常仅为2％左右；负荷调节性能好，如采用阀门进行进油流量调节，理论上可做到0．100％的负荷调节；结构简单，制造、安装方便；运行操作简单及维护方便；使用寿命长[2]。

(2)发生器可一器两用，即可以产生热水又可以产生蒸汽，而不需进行结构改动。当需要发生蒸汽时，只需将发生器的水位计启用，控制发生器内的水位在安全水位线内，通过导热油的加热即可产生所需的蒸汽。这一点对于锅炉来说是不可能的，蒸汽锅炉不经过部分结构改动是不可以作为热水锅炉的，并且热水锅炉根据劳动部门的规定是不允许做蒸汽锅炉使用，生产蒸汽的[3]。

(3)设备占地面积小、配套辅机少。一台蒸发量lt／h的有机热载体-蒸汽的发生器，加上配套辅机总占地面积不超过4m2，完全不需设专用站房，只需安装在有机热载体炉站房内即可。一台蒸发量lt／h的常规锅炉房，占地面积最少也要10m2左右，而且必须配备专职运行管理人员3～4人。发生器的操作运行，则只需1人即可[4]。

(4)换热效率高，供热稳定。发生器换热无蒸汽凝结水损失。导热油强制循环，本身供热稳定，温度控制精度高，使得产生的蒸汽或热水温度控制精度相应提高，压力波动小[5]。

(5)显著节省一次性投资。一台蒸发量为lt／h的蒸发器，设备购置及安装全部投资只需3万元，而一台同样蒸发量的蒸汽锅炉则需13万元左右，如果需建锅炉房，投资就更大[6]。

(6)操作方便、运行安全。由于发生器的热源是有机热载体加热系统的导热油，运行时只需操作控制阀门即可。锅炉的操作则是比较复杂的工作，需具有操作许可证的专业司炉人员谨慎操作。尽管如此，锅炉事故还是屡有发生的。

2蒸汽发生器

2.1蒸发器的定义

蒸汽发生器（俗称锅炉）是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽

的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分[7]。

2.2蒸发器的常用结构及特点

换热单元形式多样，主要有换热U型管或换热盘管。管内为强制循环导热油，管外为饱和水，换热管通常全部没于水中，外部为简体和封头组成的汽包，并装设安全阀、水位表等安全附件。可立式布置，也可以卧式布置。其常见结构如图l所示，为管壳式结构。以换热盘管为例来说明其结构及运行时的重要特点。换热盘管既承受导热油系统的内压，又承受汽包外压，实际运行时承压状态取决于内压和外压的大小。启动时汽包表压为零，此时盘管仅承受导热油系统内压；正常运行时，盘管既受内压，又受外压，一部分压力相互抵消，蒸汽压力高时，承受外压，导热油压力高时受内压：导热油进出阀门关闭并保持汽包蒸汽压力时，盘管仅受外压作用，因此，设计时应考虑最大的内外压差，选取安全的管子壁厚。运行时如果换热盘管焊缝发生渗漏，会有两种可能，一是导热油漏入汽包中，二是汽包内饱和水漏入导热油系统中。如果导热油漏入汽包中(指少量渗漏)，因导热油比热比水还小，少量渗漏情况下，尚不至于造成瞬间大量水汽化(因直接接触传热比通过盘管换热容易)，而导热油漏入汽包后仍处承压状态，其温度因传热而降低，所以本身一般也不会汽化，因此，其危害甚小[8]。

2.3蒸汽发生器的运行机理

发生器为圆筒状容器，有立、卧式两种[9-10]，体积随着换热参数不同而各异。筒内有多层盘旋管，管内为放热介质导热油的流动空间，管外与筒壳间为吸热介质水或蒸汽的流动空间。发生器上装有配套的安全附件及显示仪表。发生器的热源管与有机热载体系统管网连接，并配有控制和调整阀门。当需要蒸汽或热水时，只要打开发生器热源管控制阀门，高温导热油便通过发生器强制循环流动，向吸热介质水或蒸汽放热，从而不断产生200℃的热水通过调整控制阀门、仪表、改变导热油的流量和水或蒸汽的流量，可得到不同压力不同温度的饱和蒸汽和热水[11]。

3导热油供热系统的特点导热油供热系统中燃料再导热炉内进行充分的燃烧进而通过辐射以及对流等方式对导热油进行加热，属于间接加热方式之一，导热油征获得热最后将热量传送到用热设备，高温导热油在进行热量传递后重新进人到热油炉加热，以此循环。导热油供热系统具有很高的热容量，粘度相对比较低下，因此，在常压以及低压情况下具有的初馏点是水蒸发温度的好几倍，能偶以低压进行供热，极大地降低了设备以及管道投资，在需要提供高温热源如350℃时，其压力仅仅为0．5～0．8MPa，系统的安全性能非常高。一套导热油供热系统可根据热端热负荷变化调节系统热量分配，可同时向不同用热设备供热，非常适合于大型供热系统，节省电耗。相对于蒸汽供热系统而言，设备维修时更加方便。虽然导热油供热系统具有这么多的优点，在设计中也存任很多的问题，导热介质导热油的稳定性很差，长期使用会对设备造成腐蚀，在有机热载炉体热油管路系统设计、循环油泵等设备以及热油锅炉布置方面都还具有一些问题[12]。

4导热油技术

在工业生产中，常见的加热形式有直接加热和间接加热二种。直接加热是热源直接作用于受热体，热量分布不均匀，易造成局部过热高温，且温度不宜控制。间接加热是以一种热载体作为传热介质，传热更为均匀，在生产中应用更为广泛。常见的热载体分为无机热载体和有机热载体，无机热载体有水和蒸汽、熔盐、液态金属、气体等，有机热载体包括导热油、致冷剂等。水是最常用的热载体，具有传热效率高，粘度小，蒸发潜热大的优点，但水的凝点为0℃，临界温度374.1℃，临界压力220个大气压，通常温度超过100℃，随着温度升高压力急剧增大，200℃以上加热不宜再用水作为介质，并且100℃以上蒸汽的热效率也不高。与水相比，导热油具有沸点高，蒸气压力低和凝点低的特点，可以在常压条件下加热至300℃以上而不气化，冷却至-60℃左右而不凝结，所以更适用于200～400℃的高温加热系统和0～-60℃范围的低温冷却系统，因此导热油的应用领域非常广泛。加热有直接加热和间接加热两种方式，热传导液是填充在间接加热系统中的一种热载体，用于高温加热过程中精确控制温度、同一系统中加热和冷却过程或单一冷却目的。与直接明火或水蒸汽加热相比，使用热传导液具有设计简单、操作方便、使用温度范围宽、操作压力低[13]。

4.1导热油的分类

导热油从结构上可分为合成型与矿油型两大类。合成型导热油又称热传导液，是以石油化工或化工产品为原料经有机合成工艺制得，是纯的或比较纯的化学品，其特点是稳定性好，使用寿命长，可再生，但其价格也相对较高。矿油型导热油又称热传导油，是以石油某线馏分为原料，经过加工调配制成，是多种烷烃组分的混合物。矿油型导热油的原料来源较为广泛，生产工艺简单，价格低廉，但其热稳定性和抗氧化性受其多组分物质特性的影响相对较差。导热油从形态上可分为气相与液相两种。大部分导热油工作在其沸点之下，是液相导热油，但也有少数品种如联苯-联苯醚，可工作在沸点之上，但其工作压力相对仍比较低，称气相导热油[14]。

4.2导热油技术的应用实例

由于导热油热稳定性好;无毒、无臭、无污染，对设备无腐蚀;热传导性能好;在最高允许使用温度范围内蒸汽压力较低，降低了整个系统受压等级，从而降低了设备成本;凝点低，用于寒冷地区不易堵塞管线;节能效果好，经济效益高，因此应用领域十分广泛[15]。

4.2.1导热油换热技术在焦油蒸馏中的应用

南京梅山焦化厂焦油蒸馏装置的大修改造设计中成功地使用了导热油换热技术回收沥青和蒽油的余热，并用于原料焦油和无水焦油的加热，达到了节能降耗的目的。采用导热油回收沥青和蒽油的余热加热原料焦油和无水焦油的技术后，不仅可使管式炉的煤气耗量降低300m3/h，而且可使冷却水耗量降低71.1t/h，年创效益近84万元[15]。

4.2.2导热油在油脂工业中的应用

油脂工业长期以来均以饱和蒸汽来进行油料轧坯后的蒸炒，每年新菜籽上场入榨，由于新菜籽水分较高，且活性物质存在，蒸炒锅内料坯容易搭桥，影响系统生产。[16]为了解决油脂连续化生产中这个薄弱环节，近年来以高温导热油作传热介质，以平板烘干机取代了蒸炒锅，达到了既节约能源又提高产量的效果。油脂工业上应用导热油，解决了高水分油料入榨问题，扩大了投料量，节约了能源，取得了较好的经济效益。海宁实验油厂榨油配备24型榨油机二台，202型三台，一般启用四台机(其中202型一台备用)，应用导热油后投料菜籽从130t/d左右提高到160t/d以上，高产量每天投料在80t/d左右，相当于增加了一座30t/d规模的油脂厂。

4.2.3导热油在橡胶工业节能技术改造中的应用

在橡胶工业生产中，热能所占成本比例高达18%左右，通过对橡胶制品车间使用导热油供热节能改造，使加热设备技术性能大大提高，生产效率可提高20%，与改造前蒸汽加热比较，可节约能源60%左右[17]。

4.2.4导热油在石油树脂生产装置中的应用

在石油树脂生产工艺过程中，物料需要不间断地换热，除聚合反应过程外均为加热过程，尤其是蒸馏浓缩成树脂的过程是一个激烈的加热工艺过程。鞍山化工一厂在石油树脂生产过程中一直延用两种加热方式；

(1)在热聚石油树脂的生产中采用明火加热聚合、蒸馏的方式;

(2)871[18]石油树脂的生产采用过热蒸汽进行加热蒸馏的方式。

上述这两种加热方式均存在弊端。

4.2.5导热油在精苯生产中的应用

济南钢铁集团总公司焦化厂精苯车间年加工1.5t轻苯，轻苯经初馏、化学精制和终馏后，最终得到焦化苯、甲苯、二甲苯、初馏分和溶剂油等主要产品。2000年，该厂精苯生产由蒸汽加热改为导热油加热后，解决了因蒸汽压力波动大、温度低等影响精苯生产的难题，三苯收率由87.55%提高到88.47%，吨苯耗蒸汽由2.35t降为0.68t，吨轻苯耗焦炉煤气309m3，耗电30.5kWh，导热油损失量0.22kg。职工劳动强度降低，经济效益显著，仅直接蒸汽一项，可创效益约348万元/a，三苯收率的提高可创效益60.37万元/a，扣除各种消耗及设备折旧费用，综合效益可达166.58万元/a。莱芜钢铁股份有限公司焦化厂精苯车间生产所需蒸汽全部由莱钢动力部供给，制约程度很大，蒸汽压力一般都在0.4MPa以下。而精苯车间生产所需蒸汽压力必须在0.7MPa以上，因此蒸汽供应严重不足，精苯生产很难进行，直接影响了莱钢焦化厂的经济效益[19-20]。为了解决蒸汽供应不足的问题，莱钢焦化厂决定建造一台用高炉煤气加热的导热油炉代替蒸汽用于精苯生产。改造后供热稳定，轻苯加工能力达到1.5t/h以上，三苯收率达到87%以上，三苯质量稳定。该项目实施后，改善了环境质量，充分利用了能源，社会效益显著;并且经济效益显著，按每年加工轻苯6000t计算，节约蒸汽4t/t轻苯，年创效益149.28万元；加工轻苯年创效益120万元；耗高炉煤气，消耗19.68万元;设备总投资共计82万元，每年折旧大修费为8.2万元，总电耗为9.24万元，则年盈利共计232.16万元，4个月可收回投资。

4.3导热油质量控制指标

导热油性能指标目前主要是以闪点、粘度、残炭、酸值四项理化指标来衡量。其中粘度与闪点更能直接反映导热油结构的变化。导热油的物理性指标是控制导热油热工性能和工艺品质的主要理论依据，必须定期进行测试。一般规定加热系统运行一年或者连续运行8000h为一个测试周期。如果发现导热油的粘度变化达到15%，闪点变化达到20%，酸值变化达到0.5%，残炭增加达到1.5%时，经综合评价，可以认为导热油的品质劣化，需更换新的导热油[21]。

4.4导热油组成

基础油的理想组份是以环烷烃，异构烷烃，精制后中质芳香烃组分。基础油要具有良好的热稳定性和适宜的馏程范围，对导热油起决定性作用。导热油长期在高温环境运行，为改善和提高导热油的热稳定性和抗氧化安定性等性能，需在基础油中加入添加剂，主要有高温抗氧剂，复合阻焦剂，降凝剂，降粘剂等。[22]

4.5导热油与蒸汽加热系统的对比

目前，世界上绝大部分的供热系统仍为蒸汽供热，消耗大量的水资源，并浪费很多能源及资金。经对一新建的10GJ/h供热系统，操作温度为232℃时进行分析计算可以看出，蒸汽加热系统的投资一般是同等导热油加热系统的112～118倍，操作运转费用则为115倍左右。故大力推广热载体导热油加热技术是有重要意义的。分析结果见表1、表2[23]；

4.6延长导热油寿命的探讨

4.6.1提高导热油耐久性的必要

导热油可以把其他能源产生的热量传递给需要加热的物体，它的主要成分是一种原油馏分。导热油和同类导热材料相比具有许多优点如传递能量的效率更好、对温度的控制精度更高，因此现在许多工业领域中它的使用比其他导热材料更广泛些。同时，导热油由于自身的化学组成以及所处的特定工作环境使得它也有一些缺点，如长期的高温环境会使导热油的稳定性降低、品质和性能变差，更严重地还会使锅炉结焦发生爆炸等意外事故。导热油的这些缺点会严重影响正常的生产运行，大大降低了自身的使用效率，增多了企业的经营成本，因此在生产实践过程进行哪些合理的操作以使导热油的利用效率更高是值得讨论的[24]。

氧化劣化危害导热油与空气中的氧气接触发生氧化反应，生成有机酸并缩聚成胶泥，使粘度增加，不仅降低介质的使用寿命，而且造成系统酸性腐蚀，影响安全运行。导热油的氧化速度与温度有关，在70oC以下，氧化不明显，超过100℃时，随着温度的升高，导热油氧化速度加快，并迅速失效[25]。

在用油的碱值、水分、Fe含量偏高，说明新系统投用时清洗不彻底，残留较多的水分、碱性清净剂以及焊渣、铁锈等不溶性杂质，可能对在用油造成污染，影响其使用寿命[26]。

4.6.2延长使用寿命的措施

（1）导热油的品质是前提在实施改善导热油使用年限的措施前，首先要保证待改善的油是高品质的否则一切改善措施都是无效的，建立在一定基础上的改善才有意义。高品质油中的基础油应该具有良好的稳定性，另外油中的添加剂应该有强的还原性和抗垢性，因为在高温下稳定性很重要同时还原性可以减少氧化变质反应的发生，抗垢性能够使油管内壁上粘附的物质溶入油中以便油管畅通不堵。

（2）油液流速应适宜导热油在油管中的流速也会间接地影响导热油的使用寿命：导热油流速较慢或者保持静止时油管管壁温度和外层油温都会比中间油温高，超过了允许温度的油温会加剧导热油变质的各种化学反应，使得导热油的使用年限大大变短；导热油的流速越快，外层油温和中心的油温就越接近导热油的传热性能就越好，但是由于油管承压能力有限、增速能力限制因此导热油的流速也不是越快越好。综合考虑油速应该控制在2．5米每秒左右，油速的动力来源于油泵因此油泵的功率应该满足流速的需要，在日常作业中要注意油泵的维护修理。

（3）油温的控制正如前面提到的，油温越高，各种导致导热油变质的化合反应就会进行得越剧烈，所以对油温进行合理有效的控制是很重要的。在油温控制方面应该做到以下几点：出油管的油温不应该超出允许油温且要比允许油温低；出油管处油温与进油管处油温之差不应太大宜控制在经验范围1o一25℃内；加热导热油时不宜迅速升温应该有一定的速率；停止工作后油泵不能立即停止应该让导热油保持流动，等到油温下降到一定程度的时候才能关闭油泵；经常检查油泵的各种工作参数以便及时发现问题进行维修。

(4)减缓导热油的氧化速率优质的导热油中本身含有一定的还原剂能够减缓一部分氧化反应，另外从源头上解决问题就应该将油中的含氧量降到最低。

(5）防止杂物掺入定期检查油质导热油和被加热物体是被管壁隔开的，一旦管壁出现问题被加热物体就有可能混到油中进而影响导热油的品质。因此应该定期抽取导热油进行常用四指标的检测，一旦被测数据超出一定范围就应该及时做进一步调整以保证生产效率不被耽误[27]。

5.结束语

导热油蒸汽发生器是应市场需求而诞生和发展起来的，必将得到更广泛的应用。虽然导热油蒸发器有上述优点，不过我们仍应该严格遵守相关标准和规范要求，在合理设计的基础上，严格把好质量关。尤其是安全性能上，应高度重视，应采取必要的措施，防止蒸汽漏入导热油循环系统内，以免造成导热油循环系统的故障和引发安全事故，使之成为一种成熟的产品，发挥更大作用，为我们祖国的未来添砖加瓦，共同创造美好的明天。

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