淺談有機熱載體殘炭測定方法及適用性

李洋

（安徽省特種設備檢測院，安徽 合肥 230051）

有機熱載體在企業生產運行時容易發生裂解、聚合、高溫氧化等諸多問題，使有機熱載體的殘炭指標迅速增加，可能會影響其使用壽命，同時，容易造成使用設備的受熱面積碳、結焦等，嚴重時可能會堵塞有機熱載體傳熱系統管道，增加流動阻力，降低傳熱效果，浪費燃料，引起受熱面管超溫而損壞，甚至引起火災、爆炸等企業生產安全事故，嚴重影響有機熱載體的安全、經濟、節能運行。隨著有機熱載體應用領域的不斷擴展，其在高溫運行中殘炭指標的檢測越來越受到生產企業的重視問題。因此，通過選擇合適的檢測技術來測定有機熱載體殘炭項目，從檢測數據中推測及判斷有機熱載體的性能特點及變質原因，對鍋爐傳熱系統安全運行，降低生產成本具有重要意義。

1 殘炭的基本概述

有機熱載體殘炭是指其在高溫條件下經蒸發和受熱分解后而形成的炭質殘余物，是反映油品精制深度及評定有機熱載體結焦積碳傾向性的重要指標，一般殘炭較高的有機熱載體顏色較深、穩定性較差，且采用地溝油等劣質原料生產的油品，殘炭也較高。

在標準GB24747-2009《有機熱載體安全技術條件》中，殘炭是未使用有機熱載體的驗證指標之一，并要求殘炭指標不大于0.05%(質量分數)，同時殘炭還是判定在用有機熱載體劣化程度的重要指標之一，當殘炭超過1.50%(質量分數）時，應立即停止使用，要求及時處理或更換在用有機熱載體。有機熱載體在使用過程中，殘炭值增加量越大，說明該有機熱載體的熱穩定性和抗氧化性越差，越容易在受熱面上結焦、積碳等，不但影響傳熱性能，同時，減小有機熱載體的流通截面，嚴重時還會造成鍋爐受熱面爆管的生產安全事故，嚴重影響有機熱載體鍋爐系統的安全運行。

2 殘炭的測定方法

有機熱載體殘炭的測定方法主要有微量法、康氏法、電爐法及蘭氏法等，而國內外使用蘭氏法測定殘炭含量應用較少。

2.1 微量法

微量法主要是采用全自動微量殘炭測定儀進行檢測殘炭含量，是目前國內外普遍使用的一種快速而高效的有機熱載體殘炭測定方法。微量殘炭測定法所采用的試樣管容積一般較小（如2ml、4ml 等），所需要的有機熱載體取樣量較少，通常適用于有機熱載體殘炭范圍為0.10%～30.0%的測定，主要應用于在用有機熱載體殘炭的檢測，而對于未使用有機熱載體要求殘炭量不超過0.05%，則微量法通常不適用于未使用有機熱載體殘炭含量的測定，也可以通過增加有機熱載體的取樣量來提高檢測數據的準確性。

在通過微量法檢測有機熱載體殘炭量過程中，根據樣品殘炭的估計值取適量的有機熱載體于試樣管（試樣管須提前恒重）中，將有機熱載體試樣置于微量殘炭測定儀中，設置儀器設備試驗參數，待儀器試驗結束后，將樣品置于干燥器中冷卻至室溫后再次稱量，通過差值法獲得有機熱載體的殘炭含量。全自動微量殘炭測試設備檢測要求相對較高，須經國家核準的計量單位對其進行檢定合格，同時，試驗所用試樣管一般應選用鈉鈣玻璃或硅硼玻璃，該種材料容器恒重比較穩定，誤差較小。

2.2 康氏法

康氏法檢測有機熱載體殘炭含量是國內外普遍使用的測定方法。該方法是使用提前恒重的瓷坩堝稱取一定量的有機熱載體樣品，將裝有樣品的瓷坩堝放入內鐵坩堝中，再將內鐵坩堝置于外鐵坩堝中，在內、外鐵坩堝空隙間填充細沙，將其置于三腳架上，并使用圓鐵罩罩好，使用酒精燈加熱，然后經過預熱期、燃燒期、強熱期三個階段將樣品生成殘留物質，自然冷卻一段時間后，最后，取出瓷坩堝放在干燥器中進行冷卻后，取出瓷坩堝稱重，也是通過差值法得到有機熱載體的殘炭含量。

在通過康氏法測定有機熱載體殘炭含量過程中，儀器設備的安裝順序及位置一定要準確，三個坩堝的位置必須按照標準要求進行準確放置。同時，在康氏法殘炭檢測過程中的加熱時間和強度的要求也較高，即在預熱器應根據有機熱載體樣品的餾分情況，調整酒精燈火焰，在此階段的加熱強度始終保持在均勻狀態，如果在加熱過程中強度較大時，瓷坩堝中樣品就會飛濺到容器外，使燃燒的火焰超過火橋，可能造成燃燒期提前結束，導致有機熱載體殘炭含量偏低，而如果在加熱過程中強度較大小時，造成燃燒期的時間延長，可能導致有機熱載體殘炭含量偏高，在燃燒期和強熱期也須控制好加熱時間和強度，減少試驗過程中造成的人為誤差和技術誤差。

2.3 電爐法

電爐法測定殘炭含量一般適用于潤滑油、重質燃料油或其他石油產品，目前，該方法國內外采用的較少。該方法主要是使用電爐殘炭測試儀進行殘炭含量的測定，即將試驗所

用的瓷坩堝恒重后進行稱重，將有機熱載體樣品置于瓷坩堝中放入電爐的加熱腔內，再蓋上坩堝蓋，當有機熱載體樣品在電爐中加熱至坩堝蓋的毛細管中有油蒸汽冒出時，立即點燃，試驗結束后從電爐中取出坩堝置于干燥器中冷卻，再取出瓷坩堝稱重，通過差值法得到有機熱載體的殘炭含量。

在通過電爐法檢測有機熱載體殘炭含量過程中，該儀器設備的熱電偶須要經過校正，有機熱載體樣品的水分較大時，須進行脫水處理，在樣品預熱、燃燒、煅燒、冷卻等試驗操作時應該按照標準方法進行，同時，樣品從開始加熱到試驗結束時間應控制一定時間內完成，保證整個檢測過程中試驗數據的準確性。

3 殘炭測定方法的適用性

有機熱載體殘炭測定微量法、康氏法、電爐法三種方法在具體試驗的過程中適用性有著很大的差異，其中，康氏法測定時主要是手動操作，在試驗過程中影響因素較多，特別是實驗人員的操作熟練性和經驗對結果的影響較大，再就是該方法每次只能完成一個樣品的測定，工作效率較低，實驗過程中污染性也較大，但是，由于此方法取樣量大，檢測下限低，則作為國內外殘炭測定和仲裁方法；電爐法測定時通過溫度自動控制，精確度較高，檢測的重復性和再現性較好，但試驗過程中污染性較大；微量法主要是采用全自動殘炭測試儀，且自動化程度很高，一次試驗可以完成多個樣品檢測，在試驗過程中樣品取樣量較少，污染性也較小，殘炭測定的重復性和再現性以及工作效率都優于康氏法和電爐法，在實驗室有機熱載體殘炭測定中一般都采用微量法。

4 結語

隨著節能、安全、環保愈來愈受到國內外的重視，而有機熱載體長期在高溫環境下運行，各項指標會發生不同程度的變化，殘炭是反應有機熱載體品質的重要指標之一，通過選擇合適的測定方法對殘炭指標進行準確地檢測，分析有機熱載體中可能存在的安全隱患，并采取必要的應急措施，避免企業安全事故的發生。因此，通過選擇合適的有機熱載體殘炭的測定方法，及時準確地了解有機熱載體的品質，對其傳熱系統安全、經濟運行具有重要意義。