碳与泵 | 帮助泵处理碳

普遍认为，传热流体（HTF）中的碳含量越低越好，因为碳会累积在管道、加热器和泵的内表面，导致设备效率下降，运行成本增加。然而，我们必须认识到HTF在长时间高温工作后会发生热降解。实际上，联苯和二苯醚的低共溶混合物（例如，含Dowtherm A和TherminolVP-1的），在高达400ºC的温度下工作，尽管它们更耐热裂解和氧化，但也会随着时间的推移而降解。

英文版《世界泵业》4月刊中有一篇文章《热流体的稳定性》，曾概述了合成基联苯联苯醚HTF的一些属性，解释了为什么常用它们作传热介质，以及为什么与其他流体相比它们有这么好的热稳定性，特别是矿物基的HTF。

当HTF在高工作温度下发生热降解或氧化，或同时发生两种现象时，碳会累积在HTF中。最近由《Process Heating》杂志主办的网络研讨会，谈及了碳对HTF设备泵的影响，强调了粘度增大所造成的影响，焦油/污泥（即碳形成）的形成和累积，以及氧化和pH值降低（碳与空气接触形成的沉积物）所带来的影响。

粘度方面不容忽视的一点是，环境温度下的HTF会变得极其粘稠或者成固体，因为联苯和二苯醚HTF的凝固点约为15℃。在发生热降解的情况时，碳颗粒也有可能从HTF中析出并沉积到HTF系统中的低压或无流动区域。这会严重破坏系统，而就泵来说，这也会导致泵的气蚀，且有可能造成密封件磨损。

就氧化问题而言，碳沉淀物的形成对泵会造成同样的影响，但是降解还会进一步导致HTF系统中的pH值降低，形成一种酸性环境。过程加热网络研讨会也对该问题进行过探讨，与会人士认为更酸性的HTF“会彻底侵蚀系统中最薄弱的部件，”其中就涉及了泵密封件和垫片，以及膨胀箱内的焊件和金属制品。

碳累积后造成的影响

绝对不能忽视碳在内部表面的积聚。解决这一问题的方法是采集HTF的常规样本并分析其性质，包括碳残余量和酸度。

在矿物基HTF中，碳的形成与酸度呈线性关系。所以随着碳的增加，酸度也会增大。但是这并非一对一的对应关系，因为碳形成的速度通常是酸化速度的2倍。在碳含量开始上升时，流体的酸性就会随之开始增大，进而造成泵密封件磨损。

图1：在矿物基的HTF中，上图为碳残余量（carbon residue）和动粘度（kinematic viscosity）的关系，中图为碳残余量与磨屑（wear debris）的关系，底图为碳残余量与可溶性元素（soluble elements）之间的关系。

还测试了碳残余和其他试验参数的相关性，其中包括动粘度（图1，上图），磨屑（图1，中图）和HTF中的可溶性元素（图1，底图）。这项新的分析显示，碳残余和磨屑无关（即，线性r值接近零并且统计的“P值”超过了可接受的程度0.05）。还对碳残余与可溶性元素（例如当系统被环境元素污染时检测到的那些元素）的关系，进行了相同的比较，结果显示二者之间存在着某种统计关系，但是线性关系没有意义，因为它仍然接近于零（r值为0.09）。

然而有趣的是，碳残余和动粘度之间存在着相当明显的关系（r值在0.3和0.7之间，P值> 0.0001; 参见图1，底图）。因此表明，随着碳在HTF中的积累，HTF会逐步发生热降解，使流体变得越来越粘稠。所以，为了能实现像在纯净的HTF条件下同样的效率，泵就不得不更加费力地运转，以便在磨损增加的情况下依然保持同样的流量。

工厂设备

此外，这还会对泵造成另一种不可预见的后果，就是当碳在诸如加热器等系统的内表面受到热烤时，为了使粘度更高的流体达到最佳整体温度，它所需的能量会使泵受到的应力增大。

结论

本文讨论了含碳量升高会对HTF系统泵造成的潜在影响，解释了热降解期间的碳形成与酸度增加和动粘度二者之间的潜在关系。

现代热电厂

当HTF的酸性增强时，会导致泵密封件的内部破坏。动粘度的增加会导致要求泵的转速更快，因此消耗的能量就更多。最后，当碳形成并且在加热器的内表面受到烘烤时，它们相当于一层隔热体，因此需要更多能量才能达到最佳整体温度。如果有些泵需要泵送动粘度更大、温度更高的流体，那么它们所受的应力也会进一步增大。