导热油加热器
| 导热油加热器 |
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导热油加热器：是以煤、重油、轻油可燃气体其他可燃材料为燃料，导热油为热载体。利用循环油泵强制液相循环，将热能输送给用热设备后，继而返回重新加热的直流式特种工业炉，导热油，又称有机热载体或热介质油，作为中间传热介质在工业换热过程中的应用已有五十年以上的历史。
目录
基本内容
中文名：导热油加热器
控制器：导热油温控制器
设 备：热油温控设备
控温机：油加热控温机
概述
导热油油加热器又叫导热油温控制器、热油温控设备、油加热控温机、导热油电加热器，为大型热油温控设备，能在较低的运行压力下将导热油温度加热到350摄氏度，泵浦流量大，加热功率高。
导热油加热器：是以煤、重油、轻油、可燃气体其他可燃材料为燃料，导热油为热载体。利用循环油泵强制液相循环，将热能输送给用热设备后，继而返回重新加热的温度控制设备。油加热器是一种新型、安全、高效节能，低压（常压下或较低压力）并能提供高温热能的特种工业炉，以导热油为热载体，通过热油泵使热载体循环，将热量传递给用热设备。
工作原理
对于油加热器，热量是由浸入导热油的电加热元件产生和传输的，以导热油为介质，利用循环泵，强制导热油进行液相循环，将热量传递给用一个或多种用热设备，经用热设备卸载后，重新通过循环泵，回到加热器，再吸收热量，传递给用热设备，如此周而复始，实现热量的连续传递，使被加热物体温度升高，达到加热的工艺要求。
性能
1、能在较低的运行压力下<0.5Mpa，获得较高的工作温度≤320℃,降低了用热设备的受压等级，可提高系统的安全性。
2、加热均匀柔合，温度调节采用PID自整定智能控制，控温精度高≤±1℃，可满足高工艺标准的严格要求。
3、体积小，占地少，可安装在用热设备附近，不需专设锅炉房，不需要设专人操作，可降低设备投资及运行费用，回收投资快。
应用范围
石油及化学工业：聚合、缩合、蒸馏、熔融、脱水、强制保温。
油脂工业：脂肪酸蒸馏、油脂分解、浓缩、酯化、真空脱臭等反应釜控温，反应釜加热。
合成纤维工业：聚合、熔融、纺丝、延伸、干燥。
纺织印染工作：热定型辊筒加热、烘房加热、热容染色。
非织造工业：无纺布。
饲料工业：烘干。
塑料及橡胶工业：热压、压延、挤压、硫化成型。
造纸工业：干燥、波纹纸加工。
木材工业：多合板、纤维板加压成型、层压板加热，热压板加热，油压机控温，木材干燥。
建材工作：石膏板烘干、沥青加热、混凝土构件养护。
机械工业：喷漆、印花烘干。
食品工业：烘箱加热，夹层锅加热。
空调工业：工业厂房及民用建筑采暖。
筑路工业：沥青熔化、保温。
制药工业：烘干。轻工业：生产油墨、洗衣粉。
安全要点
导热油炉的主要危险是火灾。导热油一旦从导热油炉供热系统泄漏，由于自身温度很高，又接触火焰或接近火焰，就会被点燃或自燃，造成火灾。另外，导热油炉也会因导热油带水等原因，而发生爆炸事故。防范导热油炉事故必须从设备和介质两方面同时着手，一是使设备具有足够的强度和严密性，不破不漏；二是使导热油在受热中不过热，不变质，正常流动与换热。主要有：
1、导热油的供货单位应提供导热油的理化性能数据且应符合国家标准要求。导热油在使用中应每年化验一次，发现问题及时更换或再生。
2、导热油炉在启动中应充分排放空气、水蒸汽和轻组分。在运行中应维持导热油足够高的流速，防止断电停泵，以免导热油过热结焦或积碳。过滤器应定期清理。
3、导热油炉及供热系统的安全装置应齐全完好，超温、超压保护装置应灵敏可靠。
防爆知识
导热油炉的工作压力虽然比较低，但炉内热传导液温度高，且大多具有易燃易爆的特性，一旦在运行中发生泄漏，将会引起火灾、爆炸等事故，甚至造成人员伤亡和财产损失。因此，对有机热载体炉的安全运行和管理，必须高度重视。有机热载体炉的工作压力虽然比较低，气导热油炉但炉内热传导液温度高，且大多具有易燃易爆的特性，在几乎常压的条件下，可以获得很高的操作温度。即可以大大降低高温加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统和设备的可靠性。由于它具有高温（320℃以上）低压（0.3-0.5MPa）的优点，且其供热温度可精确控制，因此可取代原蒸汽锅炉供热。
导热油加热炉供热温度可达350℃，熔盐炉供热温度可达530℃。节约水资源：可替代水资源贫缺的地区以水为介质的蒸汽锅炉供热，且在寒冷地区不易冻结。因为燃油燃气导热油炉燃烧后均不产生燃料灰渣，故燃油燃气导热油炉无须排渣举措措施。喷入炉内的油气假如与空气在一定范围内混合或熄灭，就轻易爆炸。导热油炉的导热油与另一类高温传热介质熔盐相比，在操作温度为400℃以上时，熔盐较导热油在传热介质的价格及使用寿命方面具有绝对的优势，但在其它方面均处于明显劣势，尤其是在系统操作的复杂性方面。
炉管排列采用即不窝气，又不存水的结构，并加装顶盘管与同类设备相比节能5%左右.使用中阻力小、流速大、压力稳；安全耐用。燃油燃气导热油炉均需采用自动化的燃烧与控制系统。燃油燃气导热油炉结构紧凑，小型的导热油炉本体及其透风、给水、控制与辅助设备均设置在一个底盘上，大中型的也可组装出厂。
化学清洗
化学清洗有以下好处：
1、有效清除管壁上固化或半固化油垢。
2、有效清除导热油裂解碳化形成的中、高温积炭。
3、防止导热油老化失效，提高传热效率，降低能耗，节约运行成本。一般情况下可节约能源5%以上。
4、防止炉体管道局部失效，延长使用寿命。
5、保证产品质量和生产任务。
导热油炉清洗剂主要通过碱、有机溶剂与表面活性剂(简称SAA)这3种基本成分的组合，并加入络合剂、氧化剂、缓蚀剂、吸附剂与防沉积剂等其他助剂，再通过加温、机械冲刷等作用，最终达到清除系统中焦垢的目的。清洗剂清焦作用是通过表面活性剂的增溶、湿润、吸附、乳化和分散来实现的。以下是奇联导热油炉专家综合了国内外的导热油炉化学清洗技术列出的几个方案：
①碱洗和酸洗两步法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→碱性清洗剂→水冲洗→酸洗→钝化→完毕。 原理：碱性水基清洗剂对油质中温积炭处理效果良好，但处理后试件内壁仍残留有致密石墨化高温积炭层，因此须经过进一步的酸洗除去，以避免残留碳层影响导热油质量及传热效果。碱洗、酸洗两步法清洗工艺用于热媒炉及管道积炭，具有清洗率高、清洗温度较低、无毒、清洗成本低的优点。该法虽能清除垢层，但工艺繁多，存在着酸碱腐蚀，缩短机器寿命，会造成二次污染，并且要在导热油炉停车的情况下进行，影响生产。
②溶解清洗法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→有机溶剂清洗液(有机溶剂+SAA+助剂)清洗→钝化。原理：由于焦炭垢是一种以有机物为主的成分复杂的混合污垢，与金属表面的粘附主要是范德华力的物理吸附，采用“溶解洗涤法”，将焦油溶于有机溶剂中，随有机物的溶解而自然除去。该清洗剂的清洗能力相当强，受温度影响不是很大。该清洗剂清洗后经澄清过滤处理，再添加适量表面活性剂和助剂可重复使用。残渣可掺入煤中燃烧，既降低成本又减少环境污染。但该清洗剂具挥发性，安全性低，成本高。
③复合清洗剂清洗法工艺：排出导热油→蒸汽吹扫滞油→清洗液循环清洗。原理：复合清洗剂主要由数种表面活性剂在助洗剂的协同作用下首先在油垢表面吸附使其润湿、膨胀而后清洗剂渗透到油垢间隙使油污物在复合清洗剂作用下逐渐卷缩成胶束不断乳化经泵连续循环冲刷可使分散乳化的油污物脱离传热表面。此清洗剂既能有效破碎、分散积炭也能高效地溶解有机碳氢化合物工艺简单基本对设备无腐蚀。但此法会造成二次污染且须在停车的情况下进行清洗影响生产。
④有机添加剂清洗法工艺：只需在运行着的导热油中加入添加剂就可使积炭剥落再经澄清过滤处理除油渣。原理:此添加剂利用相似相溶原理洗脱焦油垢或使焦油垢降解防止导热油的变质。此法在不停车的情况下进行清洗添加剂能耐260℃以上的高温溶于导热油不影响导热油的物性用量不能超过导热油的千分之一。使用时导热油炉与管道不用降温不影响生产。此法工艺简单节约成本除去油渣后的导热油可再利用不污染环境是化学清洗法清洗导热油管道的趋势。
应急措施
导热油在加热系统中进行加热循环，一旦发生故障，必定要影响生产，甚至发生事故，因此必须及时分析发生故障的原因，并尽快排除故障，恢复系统循环及生产。
导热油系统易发生的故障及应急处理方法
1、膨胀槽溢油
膨胀槽是导热油加热系统中的重要设备之一，其主要功能是克服导热油因加热温度升高体积膨胀及系统超压的安全装置，也起着补充压头、平衡系统、排放残余水分及低沸点物等作用。因此，当加热循环系统内导热油压力超过它与膨胀槽的压力差时，系统中的油汽混合物就会冲出膨胀槽，造成溢油现象，而溢油很可能引起火灾的危险和烫伤生产人员。
所以说，引起溢油的根本原因是系统中的油温剧变而发生油位的急剧上升，油压也随之急剧升高，使系统失去平衡。下面几种情况可能发生溢油现象：
①开车时脱水升温速度过快，由此引起水蒸汽及低沸点挥发物大量冲击膨胀槽造成溢油。
防止的办法：严格按升温曲线的要求进行升温，并根据压力波动及排汽的情况调整升温速度；
②多台用热设备频繁交替使用，当温度高的导热油急速大量流入低温系统并与冷油接触，冷油吸热后低沸点组分大量汽化蒸发，同时体积发生较大的膨胀引起溢油。
解决的办法：当低温用热设备投入运行时，阀门应慢慢打开而逐步加大，使冷热油的热交换逐步平衡就可避免溢油；
③因热油泵发生故障或是系统漏油，或因突然停电造成系统循环中断，这时，因炉膛中温度很高，瞬间油温随之迅速上升，使原来导热油中沸点较高不易挥发的组分也大量汽化蒸发，这股汽和油的混合物急速直冲膨胀槽而造成溢油。
解决的办法：迅速停止加热，立即打开膨胀槽通往热油炉的汇油阀，使高位膨胀槽的导热油徐徐流过炉膛中的炉管并流入低位贮油槽。与此同时，应迅速排除故障使系统恢复正常循环。
2、热油系统中电流及泵压波动幅度较大，高位膨胀槽的底部及热油管道发出汽锤声。这是因为导热油中有水分汽化蒸发造成，查出原因及时排除水分或更换新油。
3、导热油系统压差不稳发生的异常与处理：
①系统中过滤器堵塞产生阻力，应清洗过滤器；
②导热油流量下降，热油泵故障或系统管道堵塞，应分别检查并予以排除；
③导热油长期运行后低沸点组分汽化蒸发或漏油，使系统中的循环油量不足，应堵漏或添加新油新
④导热油变质，粘度上升，流量下降，要进行必要的添加或更
⑤热油炉进出口温度差超过规定值，而油温又达不到工艺要求：
(a)热油系统及导热油中水分及低沸沸点易挥发物质未脱净，只要脱净后温度就会上去；
(b)热油输送管线太长，保温又不好，应加强保温措施或更换性能好的保温材料；
(c)超负荷运行应对用热设备进行调整；
(d)导热油裂解或氧化变质，粘度、胶质、残炭增加，流动性变差，热效率下降，应取样测试技术指标变化情况添加或更换新导热油。
设计和计算
一、电加热的设计和计算，通常按以下三 部分进行：
1、计算从初始状态按要求在规定的时间内加热至设定温度所需要的功率。
2、计算维持介质温度不便的前提下，实际工作中所需要的功率。
3、加热器型号和数量的选择，总功率取以上两种功率的最大值，并考虑1.2系数。
公式：1、初始维持加热所需要的功率Kw=(C1M1△T+C2M2△T)/863/H+P/2
P最终温度下容器的散热量单位：千瓦
H为初始温度加热至最终所需要的时间单位：小时
M1、M2分别为容器和介质的质量，单位：千克
C1、C2分别为容器和介质的比热,单位:千卡/(千克℃)
△T为最终温度和初始温度之差，单位：℃。
2、维持介质温度所需要的功率：Kw=C2M3△T/863+P
M3为每小时增加的介质单位：千克/小时。
二、为了方便人们的设计，以下提供了一些速算公式
1、静止水、油加热所需功率（不考虑容器热耗）Kw=CM△T/863/H
C：比热千卡/（千克.℃）
M：质量千克△T
H：时间：小时。
2、流动的水、油加热所需功率（不考虑容器热耗）Kw=CF△T/14
C：比热千卡/（千克.℃）
M：流量千克/分△
T：温差℃。
3、通道式空气加热（常压）Kw=F△T/40
M：流量米3/分
△T：温差℃
40：系数千瓦.分（米3/分）
Vout=Vin(Tout+273)/(Tin+273)
Vin，Vout：通道进出口流速
Tin，Tou：通道进出口温度℃。
加热功率计算方法
导热油加热器[4]计算方法特殊的情况需进行计算：
A、求加热器功率或冷冻功率 KW=W×△t×C×S/860×T
W=模具重量或冷却水 KG
△t=所需温度和起始温度之间的温差。
C= 比热 油（0.5），钢（0.11），水（1），塑料（0.45~0.55）
T=加温至所需温度的时间（小时）
B、求泵的大小
需了解客户所需泵浦流量和压力（扬程）
P（压力Kg/cm2）=0.1×H（扬程M）×α（传热媒体比重，水=1，油=0.7-0.9）
L（媒体所需流量L/min）=Q（模具所需热量Kcal/H）/C(媒体比热水=1 油=0.45)×△t（循环媒体进出模具的温差）×α×60
2.冷冻机容量选择
A、Q（冷冻量Kcal/H）=Q1+Q2
Q1（原料带入模具的热量Kcal/H）=W（每小时射入模具中原料的重量KG）×C×（T1-T2）×S（安全系数1.5~2） T1 原料在料管中的温度；T2 成品取出模具时的温度 ；Q2 热浇道所产生的热量Kcal/H
B、速算法（有热浇道不适用）
1RT=7~8 OZ 1OZ=28.3g（含安全系数）
1RT=3024Kcal/H=12000BTU/H=3.751KW
1KW=860 Kcal/H 1 Kcal=3.97BTU
3、冷却水塔选用=A+B
A、射出成型机用
冷却水塔RT=射出机马力（HP）×0.75KW×860Kcal×0.4÷3024
B、冷冻机用
冷却水塔RT=冷冻机冷吨（HP）×1.25
选择模具温度控制器时，
以下各点是主要的考虑因素；
1．泵的大小和能力。
2．内部喉管的尺寸。
3．加热能力。
4．冷却能力。
5．控制形式。
从已知的每周期所需散热量我们可以很容易计算冷却液需要容积流速，其后再得出所需的正确冷却能力，模温控制器的制造商大都提供计算最低的泵流速公式。表4.1在选择泵时是很有用，它准确地列出了不同塑料的散热能力。
以下决定泵所需要提供最低流速的经验法则：
若模腔表面各处的温差是5℃时，0.75gal/min/kW @5℃温差或是3.4151/min/kW @5℃温差
若模腔表面各处的温差是1℃，则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。为了获得产品质量的稳定性，很多注塑公司都应该把模腔表面的温差控制在1－2℃, 可 是 实 际 上其中很多的注塑厂商可能并不知道这温差的重要性或是认为温差的最佳范围是5－8℃。
计算冷却液所需的容积流速，应使用以下的程序：
1．先计算栽一塑料/模具组合的所城要排走的热量：若以前述的PC杯模为例，则实际需要散去的热量是：一模件毛重(g)/冷却时间(s)=208/12=17.333g/s
PC的散热率是=368J/g或是368kJ/kg
所以每周期需要散去的热量=368×17.33/1,000=6.377kW
2．再计算冷却所需的容积流速：
按照上述的经验法则若模腔表面的温差是5℃时，流速=6.377×0.75=4.78gal/min或是=6.377×3.41=21.751/min 若模腔表现的温差是1℃则流速=4.78×5=23.9gal/min或是=21.75×5=108.731/min
3．泵流速的规定
为了得到良好的散热效果，泵的流速能力应较计算的结果最少大10%，所以需使用27gal/min或是120/min的泵。
4．泵压力的规定；
一般模温控制器的操作压力在2－5bar(29-72.5psi)，由于在压力不足的情况下会影响冷却液的容积流速（流动的阻力产生压力损失），所以泵的压力愈高，流速愈稳定。
对于冷却管道很细小的模具（例如管道直径是6mm/0. 236in），泵的压力便需要有10bar(145psi)才可提供足够的散热速度（即是冷却液速度）。
大体上冷却液的容积液速要求愈高，管道的直径愈少则所需要的泵输出压力愈大。所以在一般应用模温控制器的压力应超过了3bar(43.5psi). B、加热能力
图4.8是典型的加热计算表，提供了就模具重所需要的加热量。图4.8的计算用法下：
1．纵轴代表着模具的重量。
2．横轴代表着模具升温至所需温度的热量，单位是kW/hr。
3. 37℃－121℃的各温度斜线提供了模具重量和模温控制器的发热能力在相应温度下的关系。
例如我们可以从图查知：
1．把重量500kg的模具升温至50℃所 需的加热能力是3.3kW/hr。
2．把重700kg的模具升温至65℃所需的别热能力是6.5kW/hr。
总的来说，加热能力愈强，则所需的升温时间，便相应地减少了（加热能力双倍，升温时间减少）。往往就是因为模温控制器的能力太低，引致模具不能达到最佳的温度状态。欲想知道模温控制器实际表现，我们可以比较它的实际的和计算的模具升温时间。[1]