導熱油加熱器
| 導熱油加熱器 |
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導熱油加熱器：是以煤、重油、輕油可燃氣體其他可燃材料為燃料，導熱油為熱載體。利用循環油泵強制液相循環，將熱能輸送給用熱設備後，繼而返回重新加熱的直流式特種工業爐，導熱油，又稱有機熱載體或熱介質油，作為中間傳熱介質在工業換熱過程中的應用已有五十年以上的歷史。
目錄
基本內容
中文名：導熱油加熱器
控制器：導熱油溫控制器
設 備：熱油溫控設備
控溫機：油加熱控溫機
概述
導熱油油加熱器又叫導熱油溫控制器、熱油溫控設備、油加熱控溫機、導熱油電加熱器，為大型熱油溫控設備，能在較低的運行壓力下將導熱油溫度加熱到350攝氏度，泵浦流量大，加熱功率高。
導熱油加熱器：是以煤、重油、輕油、可燃氣體其他可燃材料為燃料，導熱油為熱載體。利用循環油泵強制液相循環，將熱能輸送給用熱設備後，繼而返回重新加熱的溫度控制設備。油加熱器是一種新型、安全、高效節能，低壓（常壓下或較低壓力）並能提供高溫熱能的特種工業爐，以導熱油為熱載體，通過熱油泵使熱載體循環，將熱量傳遞給用熱設備。
工作原理
對於油加熱器，熱量是由浸入導熱油的電加熱元件產生和傳輸的，以導熱油為介質，利用循環泵，強制導熱油進行液相循環，將熱量傳遞給用一個或多種用熱設備，經用熱設備卸載後，重新通過循環泵，回到加熱器，再吸收熱量，傳遞給用熱設備，如此周而復始，實現熱量的連續傳遞，使被加熱物體溫度升高，達到加熱的工藝要求。
性能
1、能在較低的運行壓力下<0.5Mpa，獲得較高的工作溫度≤320℃,降低了用熱設備的受壓等級，可提高系統的安全性。
2、加熱均勻柔合，溫度調節採用PID自整定智能控制，控溫精度高≤±1℃，可滿足高工藝標準的嚴格要求。
3、體積小，占地少，可安裝在用熱設備附近，不需專設鍋爐房，不需要設專人操作，可降低設備投資及運行費用，回收投資快。
應用範圍
石油及化學工業：聚合、縮合、蒸餾、熔融、脫水、強制保溫。
油脂工業：脂肪酸蒸餾、油脂分解、濃縮、酯化、真空脫臭等反應釜控溫，反應釜加熱。
合成纖維工業：聚合、熔融、紡絲、延伸、乾燥。
紡織印染工作：熱定型輥筒加熱、烘房加熱、熱容染色。
非織造工業：無紡布。
飼料工業：烘乾。
塑料及橡膠工業：熱壓、壓延、擠壓、硫化成型。
造紙工業：乾燥、波紋紙加工。
木材工業：多合板、纖維板加壓成型、層壓板加熱，熱壓板加熱，油壓機控溫，木材幹燥。
建材工作：石膏板烘乾、瀝青加熱、混凝土構件養護。
機械工業：噴漆、印花烘乾。
食品工業：烘箱加熱，夾層鍋加熱。
空調工業：工業廠房及民用建築採暖。
築路工業：瀝青熔化、保溫。
製藥工業：烘乾。輕工業：生產油墨、洗衣粉。
安全要點
導熱油爐的主要危險是火災。導熱油一旦從導熱油爐供熱系統泄漏，由於自身溫度很高，又接觸火焰或接近火焰，就會被點燃或自燃，造成火災。另外，導熱油爐也會因導熱油帶水等原因，而發生爆炸事故。防範導熱油爐事故必須從設備和介質兩方面同時着手，一是使設備具有足夠的強度和嚴密性，不破不漏；二是使導熱油在受熱中不過熱，不變質，正常流動與換熱。主要有：
1、導熱油的供貨單位應提供導熱油的理化性能數據且應符合國家標準要求。導熱油在使用中應每年化驗一次，發現問題及時更換或再生。
2、導熱油爐在啟動中應充分排放空氣、水蒸汽和輕組分。在運行中應維持導熱油足夠高的流速，防止斷電停泵，以免導熱油過熱結焦或積碳。過濾器應定期清理。
3、導熱油爐及供熱系統的安全裝置應齊全完好，超溫、超壓保護裝置應靈敏可靠。
防爆知識
導熱油爐的工作壓力雖然比較低，但爐內熱傳導液溫度高，且大多具有易燃易爆的特性，一旦在運行中發生泄漏，將會引起火災、爆炸等事故，甚至造成人員傷亡和財產損失。因此，對有機熱載體爐的安全運行和管理，必須高度重視。有機熱載體爐的工作壓力雖然比較低，氣導熱油爐但爐內熱傳導液溫度高，且大多具有易燃易爆的特性，在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。即可以大大降低高溫加熱系統的操作壓力和安全要求，提高了系統和設備的可靠性。由於它具有高溫（320℃以上）低壓（0.3-0.5MPa）的優點，且其供熱溫度可精確控制，因此可取代原蒸汽鍋爐供熱。
導熱油加熱爐供熱溫度可達350℃，熔鹽爐供熱溫度可達530℃。節約水資源：可替代水資源貧缺的地區以水為介質的蒸汽鍋爐供熱，且在寒冷地區不易凍結。因為燃油燃氣導熱油爐燃燒後均不產生燃料灰渣，故燃油燃氣導熱油爐無須排渣舉措措施。噴入爐內的油氣假如與空氣在一定範圍內混合或熄滅，就輕易爆炸。導熱油爐的導熱油與另一類高溫傳熱介質熔鹽相比，在操作溫度為400℃以上時，熔鹽較導熱油在傳熱介質的價格及使用壽命方面具有絕對的優勢，但在其它方面均處於明顯劣勢，尤其是在系統操作的複雜性方面。
爐管排列採用即不窩氣，又不存水的結構，並加裝頂盤管與同類設備相比節能5%左右.使用中阻力小、流速大、壓力穩；安全耐用。燃油燃氣導熱油爐均需採用自動化的燃燒與控制系統。燃油燃氣導熱油爐結構緊湊，小型的導熱油爐本體及其透風、給水、控制與輔助設備均設置在一個底盤上，大中型的也可組裝出廠。
化學清洗
化學清洗有以下好處：
1、有效清除管壁上固化或半固化油垢。
2、有效清除導熱油裂解碳化形成的中、高溫積炭。
3、防止導熱油老化失效，提高傳熱效率，降低能耗，節約運行成本。一般情況下可節約能源5%以上。
4、防止爐體管道局部失效，延長使用壽命。
5、保證產品質量和生產任務。
導熱油爐清洗劑主要通過鹼、有機溶劑與表面活性劑(簡稱SAA)這3種基本成分的組合，並加入絡合劑、氧化劑、緩蝕劑、吸附劑與防沉積劑等其他助劑，再通過加溫、機械沖刷等作用，最終達到清除系統中焦垢的目的。清洗劑清焦作用是通過表面活性劑的增溶、濕潤、吸附、乳化和分散來實現的。以下是奇聯導熱油爐專家綜合了國內外的導熱油爐化學清洗技術列出的幾個方案：
①鹼洗和酸洗兩步法工藝：排出導熱油→蒸汽吹掃滯油→鹼性清洗劑→水沖洗→酸洗→鈍化→完畢。 原理：鹼性水基清洗劑對油質中溫積炭處理效果良好，但處理後試件內壁仍殘留有緻密石墨化高溫積炭層，因此須經過進一步的酸洗除去，以避免殘留碳層影響導熱油質量及傳熱效果。鹼洗、酸洗兩步法清洗工藝用於熱媒爐及管道積炭，具有清洗率高、清洗溫度較低、無毒、清洗成本低的優點。該法雖能清除垢層，但工藝繁多，存在着酸鹼腐蝕，縮短機器壽命，會造成二次污染，並且要在導熱油爐停車的情況下進行，影響生產。
②溶解清洗法工藝：排出導熱油→蒸汽吹掃滯油→有機溶劑清洗液(有機溶劑+SAA+助劑)清洗→鈍化。原理：由於焦炭垢是一種以有機物為主的成分複雜的混合污垢，與金屬表面的粘附主要是范德華力的物理吸附，採用「溶解洗滌法」，將焦油溶於有機溶劑中，隨有機物的溶解而自然除去。該清洗劑的清洗能力相當強，受溫度影響不是很大。該清洗劑清洗後經澄清過濾處理，再添加適量表面活性劑和助劑可重複使用。殘渣可摻入煤中燃燒，既降低成本又減少環境污染。但該清洗劑具揮發性，安全性低，成本高。
③複合清洗劑清洗法工藝：排出導熱油→蒸汽吹掃滯油→清洗液循環清洗。原理：複合清洗劑主要由數種表面活性劑在助洗劑的協同作用下首先在油垢表面吸附使其潤濕、膨脹而後清洗劑滲透到油垢間隙使油污物在複合清洗劑作用下逐漸捲縮成膠束不斷乳化經泵連續循環沖刷可使分散乳化的油污物脫離傳熱表面。此清洗劑既能有效破碎、分散積炭也能高效地溶解有機碳氫化合物工藝簡單基本對設備無腐蝕。但此法會造成二次污染且須在停車的情況下進行清洗影響生產。
④有機添加劑清洗法工藝：只需在運行着的導熱油中加入添加劑就可使積炭剝落再經澄清過濾處理除油渣。原理:此添加劑利用相似相溶原理洗脫焦油垢或使焦油垢降解防止導熱油的變質。此法在不停車的情況下進行清洗添加劑能耐260℃以上的高溫溶於導熱油不影響導熱油的物性用量不能超過導熱油的千分之一。使用時導熱油爐與管道不用降溫不影響生產。此法工藝簡單節約成本除去油渣後的導熱油可再利用不污染環境是化學清洗法清洗導熱油管道的趨勢。
應急措施
導熱油在加熱系統中進行加熱循環，一旦發生故障，必定要影響生產，甚至發生事故，因此必須及時分析發生故障的原因，並儘快排除故障，恢復系統循環及生產。
導熱油系統易發生的故障及應急處理方法
1、膨脹槽溢油
膨脹槽是導熱油加熱系統中的重要設備之一，其主要功能是克服導熱油因加熱溫度升高體積膨脹及系統超壓的安全裝置，也起着補充壓頭、平衡系統、排放殘餘水分及低沸點物等作用。因此，當加熱循環系統內導熱油壓力超過它與膨脹槽的壓力差時，系統中的油汽混合物就會衝出膨脹槽，造成溢油現象，而溢油很可能引起火災的危險和燙傷生產人員。
所以說，引起溢油的根本原因是系統中的油溫劇變而發生油位的急劇上升，油壓也隨之急劇升高，使系統失去平衡。下面幾種情況可能發生溢油現象：
①開車時脫水升溫速度過快，由此引起水蒸汽及低沸點揮發物大量衝擊膨脹槽造成溢油。
防止的辦法：嚴格按升溫曲線的要求進行升溫，並根據壓力波動及排汽的情況調整升溫速度；
②多台用熱設備頻繁交替使用，當溫度高的導熱油急速大量流入低溫系統並與冷油接觸，冷油吸熱後低沸點組分大量汽化蒸發，同時體積發生較大的膨脹引起溢油。
解決的辦法：當低溫用熱設備投入運行時，閥門應慢慢打開而逐步加大，使冷熱油的熱交換逐步平衡就可避免溢油；
③因熱油泵發生故障或是系統漏油，或因突然停電造成系統循環中斷，這時，因爐膛中溫度很高，瞬間油溫隨之迅速上升，使原來導熱油中沸點較高不易揮發的組分也大量汽化蒸發，這股汽和油的混合物急速直衝膨脹槽而造成溢油。
解決的辦法：迅速停止加熱，立即打開膨脹槽通往熱油爐的匯油閥，使高位膨脹槽的導熱油徐徐流過爐膛中的爐管並流入低位貯油槽。與此同時，應迅速排除故障使系統恢復正常循環。
2、熱油系統中電流及泵壓波動幅度較大，高位膨脹槽的底部及熱油管道發出汽錘聲。這是因為導熱油中有水分汽化蒸發造成，查出原因及時排除水分或更換新油。
3、導熱油系統壓差不穩發生的異常與處理：
①系統中過濾器堵塞產生阻力，應清洗過濾器；
②導熱油流量下降，熱油泵故障或系統管道堵塞，應分別檢查並予以排除；
③導熱油長期運行後低沸點組分汽化蒸發或漏油，使系統中的循環油量不足，應堵漏或添加新油新
④導熱油變質，粘度上升，流量下降，要進行必要的添加或更
⑤熱油爐進出口溫度差超過規定值，而油溫又達不到工藝要求：
(a)熱油系統及導熱油中水分及低沸沸點易揮發物質未脫淨，只要脫淨後溫度就會上去；
(b)熱油輸送管線太長，保溫又不好，應加強保溫措施或更換性能好的保溫材料；
(c)超負荷運行應對用熱設備進行調整；
(d)導熱油裂解或氧化變質，粘度、膠質、殘炭增加，流動性變差，熱效率下降，應取樣測試技術指標變化情況添加或更換新導熱油。
設計和計算
一、電加熱的設計和計算，通常按以下三 部分進行：
1、計算從初始狀態按要求在規定的時間內加熱至設定溫度所需要的功率。
2、計算維持介質溫度不便的前提下，實際工作中所需要的功率。
3、加熱器型號和數量的選擇，總功率取以上兩種功率的最大值，並考慮1.2係數。
公式：1、初始維持加熱所需要的功率Kw=(C1M1△T+C2M2△T)/863/H+P/2
P最終溫度下容器的散熱量單位：千瓦
H為初始溫度加熱至最終所需要的時間單位：小時
M1、M2分別為容器和介質的質量，單位：千克
C1、C2分別為容器和介質的比熱,單位:千卡/(千克℃)
△T為最終溫度和初始溫度之差，單位：℃。
2、維持介質溫度所需要的功率：Kw=C2M3△T/863+P
M3為每小時增加的介質單位：千克/小時。
二、為了方便人們的設計，以下提供了一些速算公式
1、靜止水、油加熱所需功率（不考慮容器熱耗）Kw=CM△T/863/H
C：比熱千卡/（千克.℃）
M：質量千克△T
H：時間：小時。
2、流動的水、油加熱所需功率（不考慮容器熱耗）Kw=CF△T/14
C：比熱千卡/（千克.℃）
M：流量千克/分△
T：溫差℃。
3、通道式空氣加熱（常壓）Kw=F△T/40
M：流量米3/分
△T：溫差℃
40：係數千瓦.分（米3/分）
Vout=Vin(Tout+273)/(Tin+273)
Vin，Vout：通道進出口流速
Tin，Tou：通道進出口溫度℃。
加熱功率計算方法
導熱油加熱器[4]計算方法特殊的情況需進行計算：
A、求加熱器功率或冷凍功率 KW=W×△t×C×S/860×T
W=模具重量或冷卻水 KG
△t=所需溫度和起始溫度之間的溫差。
C= 比熱 油（0.5），鋼（0.11），水（1），塑料（0.45~0.55）
T=加溫至所需溫度的時間（小時）
B、求泵的大小
需了解客戶所需泵浦流量和壓力（揚程）
P（壓力Kg/cm2）=0.1×H（揚程M）×α（傳熱媒體比重，水=1，油=0.7-0.9）
L（媒體所需流量L/min）=Q（模具所需熱量Kcal/H）/C(媒體比熱水=1 油=0.45)×△t（循環媒體進出模具的溫差）×α×60
2.冷凍機容量選擇
A、Q（冷凍量Kcal/H）=Q1+Q2
Q1（原料帶入模具的熱量Kcal/H）=W（每小時射入模具中原料的重量KG）×C×（T1-T2）×S（安全係數1.5~2） T1 原料在料管中的溫度；T2 成品取出模具時的溫度 ；Q2 熱澆道所產生的熱量Kcal/H
B、速算法（有熱澆道不適用）
1RT=7~8 OZ 1OZ=28.3g（含安全係數）
1RT=3024Kcal/H=12000BTU/H=3.751KW
1KW=860 Kcal/H 1 Kcal=3.97BTU
3、冷卻水塔選用=A+B
A、射出成型機用
冷卻水塔RT=射出機馬力（HP）×0.75KW×860Kcal×0.4÷3024
B、冷凍機用
冷卻水塔RT=冷凍機冷噸（HP）×1.25
選擇模具溫度控制器時，
以下各點是主要的考慮因素；
1．泵的大小和能力。
2．內部喉管的尺寸。
3．加熱能力。
4．冷卻能力。
5．控制形式。
從已知的每周期所需散熱量我們可以很容易計算冷卻液需要容積流速，其後再得出所需的正確冷卻能力，模溫控制器的製造商大都提供計算最低的泵流速公式。表4.1在選擇泵時是很有用，它準確地列出了不同塑料的散熱能力。
以下決定泵所需要提供最低流速的經驗法則：
若模腔表面各處的溫差是5℃時，0.75gal/min/kW @5℃溫差或是3.4151/min/kW @5℃溫差
若模腔表面各處的溫差是1℃，則所需的最低流速需要按比例乘大五倍即是3.75gal/min/kW 或是 17.031/min/kW。為了獲得產品質量的穩定性，很多注塑公司都應該把模腔表面的溫差控制在1－2℃, 可 是 實 際 上其中很多的注塑廠商可能並不知道這溫差的重要性或是認為溫差的最佳範圍是5－8℃。
計算冷卻液所需的容積流速，應使用以下的程序：
1．先計算栽一塑料/模具組合的所城要排走的熱量：若以前述的PC杯模為例，則實際需要散去的熱量是：一模件毛重(g)/冷卻時間(s)=208/12=17.333g/s
PC的散熱率是=368J/g或是368kJ/kg
所以每周期需要散去的熱量=368×17.33/1,000=6.377kW
2．再計算冷卻所需的容積流速：
按照上述的經驗法則若模腔表面的溫差是5℃時，流速=6.377×0.75=4.78gal/min或是=6.377×3.41=21.751/min 若模腔表現的溫差是1℃則流速=4.78×5=23.9gal/min或是=21.75×5=108.731/min
3．泵流速的規定
為了得到良好的散熱效果，泵的流速能力應較計算的結果最少大10%，所以需使用27gal/min或是120/min的泵。
4．泵壓力的規定；
一般模溫控制器的操作壓力在2－5bar(29-72.5psi)，由於在壓力不足的情況下會影響冷卻液的容積流速（流動的阻力產生壓力損失），所以泵的壓力愈高，流速愈穩定。
對於冷卻管道很細小的模具（例如管道直徑是6mm/0. 236in），泵的壓力便需要有10bar(145psi)才可提供足夠的散熱速度（即是冷卻液速度）。
大體上冷卻液的容積液速要求愈高，管道的直徑愈少則所需要的泵輸出壓力愈大。所以在一般應用模溫控制器的壓力應超過了3bar(43.5psi). B、加熱能力
圖4.8是典型的加熱計算表，提供了就模具重所需要的加熱量。圖4.8的計算用法下：
1．縱軸代表着模具的重量。
2．橫軸代表着模具升溫至所需溫度的熱量，單位是kW/hr。
3. 37℃－121℃的各溫度斜線提供了模具重量和模溫控制器的發熱能力在相應溫度下的關係。
例如我們可以從圖查知：
1．把重量500kg的模具升溫至50℃所 需的加熱能力是3.3kW/hr。
2．把重700kg的模具升溫至65℃所需的別熱能力是6.5kW/hr。
總的來說，加熱能力愈強，則所需的升溫時間，便相應地減少了（加熱能力雙倍，升溫時間減少）。往往就是因為模溫控制器的能力太低，引致模具不能達到最佳的溫度狀態。欲想知道模溫控制器實際表現，我們可以比較它的實際的和計算的模具升溫時間。[1]