普遍認(rèn)為，傳熱流體（HTF）中的碳含量越低越好，因?yàn)樘紩?huì)累積在管道、加熱器和泵的內(nèi)表面，導(dǎo)致設(shè)備效率下降，運(yùn)行成本增加。然而，我們必須認(rèn)識(shí)到HTF在長(zhǎng)時(shí)間高溫工作后會(huì)發(fā)生熱降解。實(shí)際上，聯(lián)苯和二苯醚的低共溶混合物（例如，含Dowtherm A和TherminolVP-1的），在高達(dá)400oC的溫度下工作，盡管它們更耐熱裂解和氧化，但也會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解。

英文版《世界泵業(yè)》4月刊中有一篇文章《熱流體的穩(wěn)定性》，曾概述了合成基聯(lián)苯聯(lián)苯醚HTF的一些屬性，解釋了為什么常用它們作傳熱介質(zhì)，以及為什么與其他流體相比它們有這么好的熱穩(wěn)定性，特別是礦物基的HTF。

當(dāng)HTF在高工作溫度下發(fā)生熱降解或氧化，或同時(shí)發(fā)生兩種現(xiàn)象時(shí)，碳會(huì)累積在HTF中。最近由《Process Heating》雜志主辦的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，談及了碳對(duì)HTF設(shè)備泵的影響，強(qiáng)調(diào)了粘度增大所造成的影響，焦油/污泥（即碳形成）的形成和累積，以及氧化和pH值降低（碳與空氣接觸形成的沉積物）所帶來(lái)的影響。

粘度方面不容忽視的一點(diǎn)是，環(huán)境溫度下的HTF會(huì)變得極其粘稠或者成固體，因?yàn)槁?lián)苯和二苯醚HTF的凝固點(diǎn)約為15℃。在發(fā)生熱降解的情況時(shí)，碳顆粒也有可能從HTF中析出并沉積到HTF系統(tǒng)中的低壓或無(wú)流動(dòng)區(qū)域。這會(huì)嚴(yán)重破壞系統(tǒng)，而就泵來(lái)說(shuō)，這也會(huì)導(dǎo)致泵的氣蝕，且有可能造成密封件磨損。

就氧化問(wèn)題而言，碳沉淀物的形成對(duì)泵會(huì)造成同樣的影響，但是降解還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致HTF系統(tǒng)中的pH值降低，形成一種酸性環(huán)境。過(guò)程加熱網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)也對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行過(guò)探討，與會(huì)人士認(rèn)為更酸性的HTF“會(huì)徹底侵蝕系統(tǒng)中最薄弱的部件，”其中就涉及了泵密封件和墊片，以及膨脹箱內(nèi)的焊件和金屬制品。

碳累積后造成的影響

絕對(duì)不能忽視碳在內(nèi)部表面的積聚。解決這一問(wèn)題的方法是采集HTF的常規(guī)樣本并分析其性質(zhì)，包括碳?xì)堄嗔亢退岫取?br/>
在礦物基HTF中，碳的形成與酸度呈線性關(guān)系。所以隨著碳的增加，酸度也會(huì)增大。但是這并非一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因?yàn)樘夹纬傻乃俣韧ǔＪ撬峄俣鹊?倍。在碳含量開(kāi)始上升時(shí)，流體的酸性就會(huì)隨之開(kāi)始增大，進(jìn)而造成泵密封件磨損。

圖1：在礦物基的HTF中，上圖為碳?xì)堄嗔浚╟arbon residue）和動(dòng)粘度（kinematic viscosity）的關(guān)系，中圖為碳?xì)堄嗔颗c磨屑（wear debris）的關(guān)系，底圖為碳?xì)堄嗔颗c可溶性元素（soluble elements）之間的關(guān)系。

還測(cè)試了碳?xì)堄嗪推渌囼?yàn)參數(shù)的相關(guān)性，其中包括動(dòng)粘度（圖1，上圖），磨屑（圖1，中圖）和HTF中的可溶性元素（圖1，底圖）。這項(xiàng)新的分析顯示，碳?xì)堄嗪湍バ紵o(wú)關(guān)（即，線性r值接近零并且統(tǒng)計(jì)的“P值”超過(guò)了可接受的程度0.05）。還對(duì)碳?xì)堄嗯c可溶性元素（例如當(dāng)系統(tǒng)被環(huán)境元素污染時(shí)檢測(cè)到的那些元素）的關(guān)系，進(jìn)行了相同的比較，結(jié)果顯示二者之間存在著某種統(tǒng)計(jì)關(guān)系，但是線性關(guān)系沒(méi)有意義，因?yàn)樗匀唤咏诹悖╮值為0.09）。

然而有趣的是，碳?xì)堄嗪蛣?dòng)粘度之間存在著相當(dāng)明顯的關(guān)系（r值在0.3和0.7之間，P值> 0.0001; 參見(jiàn)圖1，底圖）。因此表明，隨著碳在HTF中的積累，HTF會(huì)逐步發(fā)生熱降解，使流體變得越來(lái)越粘稠。所以，為了能實(shí)現(xiàn)像在純凈的HTF條件下同樣的效率，泵就不得不更加費(fèi)力地運(yùn)轉(zhuǎn)，以便在磨損增加的情況下依然保持同樣的流量。

工廠設(shè)備

此外，這還會(huì)對(duì)泵造成另一種不可預(yù)見(jiàn)的后果，就是當(dāng)碳在諸如加熱器等系統(tǒng)的內(nèi)表面受到熱烤時(shí)，為了使粘度更高的流體達(dá)到最佳整體溫度，它所需的能量會(huì)使泵受到的應(yīng)力增大。

結(jié)論

本文討論了含碳量升高會(huì)對(duì)HTF系統(tǒng)泵造成的潛在影響，解釋了熱降解期間的碳形成與酸度增加和動(dòng)粘度二者之間的潛在關(guān)系。

現(xiàn)代熱電廠

當(dāng)HTF的酸性增強(qiáng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致泵密封件的內(nèi)部破壞。動(dòng)粘度的增加會(huì)導(dǎo)致要求泵的轉(zhuǎn)速更快，因此消耗的能量就更多。最后，當(dāng)碳形成并且在加熱器的內(nèi)表面受到烘烤時(shí)，它們相當(dāng)于一層隔熱體，因此需要更多能量才能達(dá)到最佳整體溫度。如果有些泵需要泵送動(dòng)粘度更大、溫度更高的流體，那么它們所受的應(yīng)力也會(huì)進(jìn)一步增大。