幾種熱載體比較
4.1.3.1  水
水是常用價(jià)廉的熱載體，水的傳熱效率，用水作為熱載體的技術(shù)成熟，當(dāng)溫度在0℃到100℃之間，使用水沒有分解和腐蝕問題，只有一點(diǎn)污垢，低于0℃時(shí)水會(huì)結(jié)冰，可采用乙二醇或合乙二醇的混合物加入水中來降低凝固點(diǎn)。
當(dāng)溫度低于200℃時(shí)，飽和水蒸汽是一種很好的熱載體，飽和水蒸汽冷凝時(shí)的放熱系數(shù)很高，每單位的蒸汽放出大量的潛熱，因此需要的載熱體用量不大，而能夠靈敏地調(diào)節(jié)溫度，使某些物料均勻地加熱，但隨著飽和水蒸汽溫度的升高，水蒸汽的壓力急劇上升，180℃時(shí)水的飽和蒸汽壓力為氣壓，250℃時(shí)則為40大氣壓，350℃時(shí)則為168大氣壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度374℃時(shí)，其臨界壓力為225大氣壓。所以在一般蒸汽壓力6~氣壓下，僅能國過熱至150℃~180℃，要加熱到更高的溫度，必須提高壓力，一般的工廠很少有高壓蒸汽的。
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4.1.3.2  氣體
氣體作為熱載體的主要優(yōu)點(diǎn)是能用于很高的溫度而不會(huì)熱分解。但有下列缺點(diǎn)，即熱的不均勻性，溫度控制困難。而且由于氣體傳熱系數(shù)比液體低，熱容量比液體小，導(dǎo)致熱交換效率很低。
由于熱交換效率低，結(jié)果使需用的熱交換器又大又貴，這是個(gè)特別嚴(yán)重的缺點(diǎn)，因此當(dāng)反應(yīng)或燃燒時(shí)有副產(chǎn)品熱氣體產(chǎn)生時(shí)，用氣體傳熱才是經(jīng)濟(jì)可行的。在核工業(yè)中，就用氦氣冷卻反應(yīng)堆。
4.1.3.3  液態(tài)金屬和合金
雖然如錫、鎘和鉛都考慮用作熱載體。但只有鈉，鈉一鉀合金和已在實(shí)際上應(yīng)用，這些金屬能用于1000℃或以上的高溫，而在常壓下，不用擔(dān)心它們的分解問題。但是它們也有很多不希望有的性質(zhì)，即都有毒，價(jià)格很貴。鈉在高溫下能溶解一些金屬，與水劇烈反應(yīng)，在空氣中會(huì)燃燒，鈉和鈉鉀合金只用在核裝置中，而也有用于非核裝置的工廠中的。
4.1.3.4  亞硝酸鹽和硝酸鹽混合物
有許多亞硝酸鹽和硝酸鹽混合物可用，但常用并有商品供應(yīng)是40%NaNO2，7%NaNO3，和53%KNO3的三元易熔混合物，其商品名稱為希特斯（又稱HTS）。這種鹽的熔點(diǎn)為143℃，沸點(diǎn)超過1000℃，對普通金屬的腐蝕性很低，只以液態(tài)形式使用，溫度低于550℃時(shí)蒸汽壓力很低。當(dāng)溫度達(dá)到450~500℃以上時(shí)，它有少量分解（亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}），隨之熔點(diǎn)略升高，因此在這種較高的溫度下，必須常常添加新鮮的混合物，當(dāng)溫度到550~600℃以上時(shí)，分解就增多，隨之顏色改變，熔點(diǎn)升高。
4.1.3.5  幾種熱載體性能比較
名稱
使用溫度
傳熱
系數(shù)
工作
壓力
價(jià)格
毒性
對材料的要求
使用限制
水
100~350℃
很高
很高
低
無
無
不宜高于250℃
聯(lián)苯
＜400℃
好
低
高
稍有毒
無
＞300℃才使用
導(dǎo)熱油
＜340℃
好
低
中
微毒
無
不宜高于350℃
熔鹽
＜540℃
低
低
中
稍有
不宜使用鉛、鎂設(shè)備
＞380℃才使用
汞
＜1000℃
低
低
很高
很毒
無
嚴(yán)格防漏
鈉鉀合金
＜1000℃
低
低
很高
很毒
有相當(dāng)限制
嚴(yán)格防漏

如何延長導(dǎo)熱油的使用壽命
4.3.1  導(dǎo)熱油的化學(xué)原理
簡單地講，制造導(dǎo)熱油主要是將基體油（俗稱為白油）進(jìn)行必要的處理，然后加入一定量的復(fù)合添加劑而得到。
白油是石油產(chǎn)品中的一種，所謂石油產(chǎn)品是以石油或石油某一組份做原料直接生產(chǎn)出來的各種產(chǎn)品的總稱。
石油是組成異常復(fù)雜的混合物，由碳（C）、氫（H）、硫（S）、氧（O）、氮（N）及少量其它元素組成。大多以烴類為主，占80~90%，其它為非烴化合物，而烴類有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和不飽和烴四種。
作為導(dǎo)熱油，希望使用溫度高，而且高溫下熱穩(wěn)定性好，不易被氧化變質(zhì)，一般都通過一定的化學(xué)和物理加工方法，從石油中提取正構(gòu)烷烴。烴類處于高溫下發(fā)生熱裂解產(chǎn)生新物質(zhì)，其中有些分子量小易揮發(fā)，降低油品閃點(diǎn)，增加操作中帶來油品損失，以及使用中的危險(xiǎn)性。另外，烴類處于高溫下有些分子量小的成分與分子量大的成份形成聚合物，使油品變稠降低傳熱速度，以致碳化。
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4.3.2  導(dǎo)熱油裂解的防止
延長導(dǎo)熱油的使用壽命是我們每個(gè)使用單位熱切關(guān)心的事，從導(dǎo)熱油的化學(xué)原理中以及前面所講的導(dǎo)熱油四項(xiàng)主要指標(biāo)變化原因，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱油發(fā)生變質(zhì)的原因主要是導(dǎo)熱油高溫裂解及導(dǎo)熱油的氧化，因此我們在延長導(dǎo)熱油使用壽命方面也著重從這兩個(gè)方面解決。
要確保熱穩(wěn)定性，避免高溫裂解，下列幾方面至關(guān)重要：
l 導(dǎo)熱油生產(chǎn)單位要研制生產(chǎn)穩(wěn)定性好的導(dǎo)熱油。
合成油高溫穩(wěn)定性好，但目前大量合成生產(chǎn)還存在不少困難，主要是原料缺乏，價(jià)格又較高，當(dāng)前應(yīng)著重解決現(xiàn)在國內(nèi)用得多的礦物油的質(zhì)量及穩(wěn)定性問題。
l 導(dǎo)熱油在爐管中的流速必須處于湍流狀態(tài)。
導(dǎo)熱油在爐管中是邊流動(dòng)邊吸熱的過程，應(yīng)符合熱力學(xué)的相似原理——即流體處于流動(dòng)條件下，如果該流體處于紊流（湍流）狀態(tài)，無論該液體（流體）是水或其它液體（如油），管壁向該液體的放熱是相等的。
湍流越強(qiáng)烈，邊界層越薄、熱阻小、熱效率高。流速越慢，邊界越厚、熱阻越大、熱效率越低，若流體處于滯流（層流）狀態(tài)，邊界層增厚。在達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)，熱強(qiáng)度，當(dāng)爐管壁溫超過油膜溫度，則導(dǎo)熱油就會(huì)發(fā)生裂解、聚合、積碳、結(jié)焦，甚至燒環(huán)爐管，所以嚴(yán)格控制導(dǎo)熱油在爐管中的流速或流量對有效地維護(hù)爐管壽命是極重要的。
l 加熱爐進(jìn)、出口溫差要適當(dāng)。
導(dǎo)熱油通過爐管向加熱爐吸熱，其吸熱量應(yīng)等于加熱爐出力，用公式表示為：
Q=G·Cp（T2—T1）
式中：Q——加熱爐出力   G——導(dǎo)熱油重量流量
Cp——導(dǎo)熱油平均比熱   T2——出口油溫
T1——進(jìn)口油溫
從上式有二種情況，若Q值一定時(shí)，設(shè)Cp值也一定，G上升，則T1—T2下降；若Q值一定時(shí)，設(shè)Cp值也一定，G下降，則T1—T2上升。
如果單純從熱負(fù)荷看似乎第二種情況溫度大些有好處，導(dǎo)熱油循環(huán)量可減小，油泵電耗降低，又有利于熱交換，但實(shí)際上較全面分析溫差不能太大，溫差大油溫波動(dòng)影響大，不穩(wěn)定，而且流速低時(shí)，超過導(dǎo)熱油本身允許的油膜溫度時(shí)，則導(dǎo)熱油就會(huì)發(fā)生裂解、聚合、粘度增加，膠質(zhì)增加、殘?zhí)荚龈摺⒂唾|(zhì)變壞，導(dǎo)熱油壽命變短，在我們對管路閥門的開閉操作中，就應(yīng)注意不能將加熱爐進(jìn)出口的閥門隨意關(guān)小或關(guān)閉。
l 對緊急停電要有切實(shí)有效的措施保證。
國內(nèi)大多數(shù)使用燃煤加熱爐的用戶，停電現(xiàn)象也很普遍，所以突然停電的應(yīng)急措施不是可有可無的事，而是必須切實(shí)解決的重要問題。
突然停電后，循環(huán)泵停止運(yùn)行，爐管內(nèi)導(dǎo)熱油靜止，爐膛中燃著的煤或耐火蓄熱體不斷給爐管中導(dǎo)熱油放熱，這樣，爐管中導(dǎo)熱油很快就會(huì)超高溫發(fā)生裂解、結(jié)焦，突然停電時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行冷油置換操作，以防導(dǎo)熱油超溫。
切忌超高溫加熱。
上面所談的核心問題是高溫裂解，這不僅牽涉到“油”、“爐”兩個(gè)方面，使用操作也是關(guān)鍵。如有時(shí)候出口溫度達(dá)不到用熱要求，這時(shí)，就不能拼命加煤，加大引風(fēng)機(jī)風(fēng)量或增加燃油量，強(qiáng)制燃燒器大火燃燒等，因?yàn)檫@樣做結(jié)果很可能產(chǎn)生不良后果，如爐排燒塌，爐管燒壞，同時(shí)導(dǎo)熱油超高溫加熱，當(dāng)油溫高于油膜溫度熱裂解加速，導(dǎo)熱油受到破壞，將大大縮短使用壽命。
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4.3.3  導(dǎo)熱油氧化的防止
以上我們是從防止導(dǎo)熱油高溫?zé)崃呀夥矫嬲劻藥c(diǎn)延長導(dǎo)熱油壽命的措施和方法，從防止導(dǎo)熱油氧化方面我們主要應(yīng)注意的是：
防止高溫導(dǎo)熱油與空氣接觸，我們在設(shè)計(jì)中首先應(yīng)考慮到系統(tǒng)中與高位槽（膨脹槽）的管道設(shè)計(jì)，可采用氮封裝置，或能降低膨脹槽正常工作狀態(tài)時(shí)導(dǎo)熱油溫度等，這些措施在后面還會(huì)介紹，作為我們操作人員應(yīng)注意不能在導(dǎo)熱油處于高溫時(shí)向暴露在空氣中的容器釋放導(dǎo)熱油，特別在故障處理，設(shè)備檢修時(shí)尤為注意。
不同的導(dǎo)熱油在一定的條件下可以進(jìn)行混用，但我們建議不能隨意混用導(dǎo)熱油，注意隨意混用導(dǎo)熱油，是影響導(dǎo)熱油使用壽命的重要因素之一。

加熱爐能力的選用
加熱爐供熱能力選用得合理與否，不僅關(guān)系到穩(wěn)定合理地供熱，也影響了加熱爐和導(dǎo)熱油的壽命。為了確保加熱爐的使用期大于5年，導(dǎo)熱油的使用期大于3年，應(yīng)根據(jù)用熱設(shè)備熱負(fù)荷和管路、設(shè)備散熱損失，按下列公式經(jīng)濟(jì)合理地選用加熱爐能力。
配備加熱爐能力（加熱爐額定供熱量）=ax(Σ熱負(fù)荷+Σ散熱損失)
式中a——加熱爐壽命系數(shù)。國外一般取a=1.15~1.2安全經(jīng)濟(jì)。

加熱爐房內(nèi)燃?xì)馀涮紫到y(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
為了保證加熱安全可靠的運(yùn)行，要求供氣管路和管路上安裝的附件連接嚴(yán)密必須可靠。
從氣體調(diào)壓站來的氣源其壓力、熱值要滿足燃燒器說明書要求，管徑不得小于與燃燒器連接處管徑。
管道及附件不得設(shè)在高溫或有危險(xiǎn)的地方。
配套系統(tǒng)使用的閥門選用明桿閥或閥桿帶有刻度的閥門，以便使操作人員能識(shí)別閥門的開關(guān)狀態(tài)。
燃?xì)夤艿涝谕Ｖ惯\(yùn)行檢修時(shí)，為了安全，需要把管道內(nèi)的燃?xì)獯祾吒蓛簦辉谥匦峦度脒\(yùn)行時(shí)，為防止燃?xì)馀c空氣的混合物進(jìn)入爐膛引起爆炸，先要進(jìn)行吹掃，將可燃混合氣體由管道及爐體內(nèi)排出，使之在大氣中擴(kuò)散至安全程度。因此在加熱爐房供氣系統(tǒng)中，應(yīng)設(shè)置吹掃和放散位置，使放散出去的氣體不致被吸入室內(nèi)。放散管出口應(yīng)高出屋脊2米以上。
加熱爐房應(yīng)通風(fēng)良好，配備可燃性氣體檢測報(bào)警器。
總之，加熱爐房燃?xì)庀到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，安全問題是務(wù)必嚴(yán)謹(jǐn)考慮的技術(shù)問題。
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