[1]. מבוא
בהשוואה לשיטות חימום מסורתיות כגון חימום ישיר וחימום בקיטור, לחימום שמן להעברת חום יש את היתרונות של חיסכון באנרגיה, חימום אחיד, דיוק בקרת טמפרטורה גבוהה, לחץ פעולה נמוך, בטיחות ונוחות. לכן, מאז שנות ה-80, המחקר והיישום של שמן העברת חום בארצי התפתח במהירות, ונמצא בשימוש נרחב במערכות חימום שונות בתעשייה הכימית, עיבוד נפט, תעשייה פטרוכימית, סיבים כימיים, טקסטיל, תעשייה קלה, חומרי בניין , מטלורגיה, תבואה, נפט ומזון ותעשיות אחרות.
מאמר זה דן בעיקר בהיווצרות, סכנות, גורמי השפעה ופתרונות של קוקוס של שמן העברת חום במהלך השימוש.

[2]. היווצרות קוקינג
ישנן שלוש תגובות כימיות עיקריות בתהליך העברת החום של שמן העברת חום: תגובת חמצון תרמית, פיצוח תרמי ותגובת פילמור תרמית. קוקינג מיוצר על ידי תגובת חמצון תרמית ותגובת פילמור תרמית.
תגובת פילמור תרמית מתרחשת כאשר שמן העברת חום מחומם במהלך פעולת מערכת החימום. התגובה תיצור מקרומולקולות בעלות רתיחה גבוהה כגון פחמימנים ארומטיים פוליציקליים, קולואידים ואספלטן, אשר מטילים בהדרגה על פני המחמם והצינור ליצירת קוקינג.
תגובת חמצון תרמית מתרחשת בעיקר כאשר שמן העברת החום במיכל ההרחבה של מערכת החימום הפתוחה יוצר קשר עם האוויר או משתתף במחזור. התגובה תיצור אלכוהולים נמוכים או מולקולריים גבוהים, אלדהידים, קטונים, חומצות ורכיבים חומציים אחרים, ותיצור חומרים צמיגים כמו קולואידים ואספלטן ליצירת קוקינג; חמצון תרמי נגרם על ידי תנאים חריגים. ברגע שזה מתרחש, זה יאיץ את תגובות הפיצוח התרמי והפילמור התרמי, יגרום לצמיגות לעלות במהירות, להפחית את יעילות העברת החום, לגרום להתחממות יתר ולקוקוס של צינורות תנור. החומרים החומציים המיוצרים יגרמו גם לקורוזיה ודליפה של הציוד.

[3]. סכנות של קוקינג
הקוקינג שנוצר על ידי שמן העברת החום במהלך השימוש יהווה שכבת בידוד, שיגרום לירידה במקדם העברת החום, לעלייה בטמפרטורת הפליטה ולעלייה בצריכת הדלק; מצד שני, מכיוון שהטמפרטורה הנדרשת בתהליך הייצור נשארת ללא שינוי, הטמפרטורה של דופן צינור תנור החימום תעלה בחדות, תגרום לצינור הכבשן לבלוט ולבקע, ובסופו של דבר להישרף דרך צינור התנור, מה שיגרום לכבשן החימום להתלקח ולהתפוצץ, ולגרום לתאונות חמורות כגון פגיעה אישית בציוד ובמפעילים. בשנים האחרונות תאונות כאלה היו נפוצות.

[4]. גורמים המשפיעים על קוקינג
(1) איכות שמן העברת חום
לאחר ניתוח תהליך היווצרות הקוקינג לעיל, נמצא כי יציבות החמצון והיציבות התרמית של שמן העברת חום קשורות קשר הדוק למהירות ולכמות הקוקינג. תאונות שריפות ופיצוץ רבות נגרמות על ידי יציבות תרמית ויציבות חמצון לקויה של שמן העברת חום, הגורם לקוקינג חמור במהלך הפעולה.
(2) תכנון והתקנה של מערכת חימום
הפרמטרים השונים המסופקים על ידי תכנון מערכת החימום והאם התקנת הציוד סבירה משפיעים ישירות על נטיית הקוקס של שמן העברת חום.
תנאי ההתקנה של כל ציוד שונים, מה שישפיע גם על חיי השמן להעברת חום. התקנת הציוד חייבת להיות סבירה ונדרש תיקון בזמן במהלך ההפעלה כדי להאריך את חיי השמן להעברת חום.
(3) תפעול ותחזוקה יומית של מערכת הסקה
למפעילים שונים יש תנאים אובייקטיביים שונים כמו השכלה ורמה טכנית. גם אם הם משתמשים באותו ציוד חימום ושמן להעברת חום, רמת הבקרה שלהם על טמפרטורת מערכת החימום וקצב הזרימה אינה זהה.
טמפרטורה היא פרמטר חשוב לתגובת חמצון תרמית ותגובת פילמור תרמית של שמן העברת חום. ככל שהטמפרטורה עולה, קצב התגובה של שתי התגובות הללו יגדל בחדות, וגם הנטייה לקוקינג תגדל בהתאם.
על פי התיאוריות הרלוונטיות של עקרונות הנדסה כימית: ככל שמספר ריינולדס גדל, קצב הקוקינג מואט. מספר ריינולדס הוא פרופורציונלי לקצב הזרימה של שמן העברת החום. לכן, ככל שקצב הזרימה של שמן העברת החום גדול יותר, כך הקוקינג איטי יותר.

[5]. פתרונות לקוקינג
על מנת להאט את היווצרות הקוקס ולהאריך את חיי השירות של שמן העברת חום, יש לנקוט באמצעים מההיבטים הבאים:
(1) בחר שמן העברת חום של המותג המתאים ועקוב אחר מגמת האינדיקטורים הפיזיקליים והכימיים שלו
שמן העברת חום מחולק למותגים לפי טמפרטורת השימוש. ביניהם, שמן העברת חום מינרלי כולל בעיקר שלושה מותגים: L-QB280, L-QB300 ו-L-QC320, וטמפרטורות השימוש בהם הן 280℃, 300℃ ו-320℃ בהתאמה.
שמן העברת חום ממותג ואיכות מתאים העומד בתקן SH/T 0677-1999 "נוזל העברת חום" יש לבחור בהתאם לטמפרטורת החימום של מערכת החימום. נכון לעכשיו, טמפרטורת השימוש המומלצת של כמה שמני העברת חום זמינים מסחרית שונה למדי מתוצאות המדידה בפועל, מה שמטעה את המשתמשים ותאונות בטיחות מתרחשות מעת לעת. זה אמור למשוך את תשומת הלב של רוב המשתמשים!
שמן העברת החום צריך להיות עשוי משמן בסיס מזוכך בעל יציבות תרמית מעולה ונוגדי חמצון בטמפרטורה גבוהה ותוספים נגד אבנית. נוגד החמצון בטמפרטורה גבוהה יכול למעשה לעכב את החמצון והעיבוי של שמן העברת החום במהלך הפעולה; הסוכן נגד אבנית בטמפרטורה גבוהה יכול להמיס את הקוקינג בצינורות התנור ובצינורות, לפזר אותו בשמן העברת החום ולסנן אותו דרך מסנן המעקף של המערכת כדי לשמור על צינורות הכבשן והצינורות נקיים. לאחר כל שלושה חודשים או שישה חודשים של שימוש, יש לעקוב ולנתח את הצמיגות, נקודת ההבזק, ערך החומצה ושאריות הפחמן של שמן העברת החום. כאשר שניים מהאינדיקטורים חורגים מהגבול שצוין (שאריות פחמן לא יותר מ-1.5%, ערך חומצה לא יותר מ-0.5mgKOH/g, קצב שינוי נקודת הבזק לא יותר מ-20%, קצב שינוי צמיגות לא יותר מ-15%), יש לשקול להוסיף קצת שמן חדש או להחליף את כל השמן.
(2) תכנון והתקנה סבירים של מערכת חימום
התכנון וההתקנה של מערכת חימום הנפט להעברת חום צריכים לעקוב בקפדנות אחר תקנות עיצוב תנור הנפט החם שנוסחו על ידי המחלקות הרלוונטיות כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה של מערכת החימום.
(3) תקן את התפעול היומיומי של מערכת החימום
התפעול היומיומי של מערכת חימום השמן התרמי צריך לפעול בהתאם לתקנות הבטיחות והפיקוח הטכני על תנורי נושאי חום אורגניים שנוסחו על ידי המחלקות הרלוונטיות, ולנטר את המגמות המשתנות של פרמטרים כגון הטמפרטורה וקצב הזרימה של השמן התרמי בחימום. מערכת בכל עת.
בשימוש בפועל, הטמפרטורה הממוצעת ביציאה של תנור החימום צריכה להיות לפחות 20℃ נמוכה יותר מטמפרטורת הפעולה של שמן העברת החום.
הטמפרטורה של שמן העברת החום במיכל ההרחבה של המערכת הפתוחה צריכה להיות נמוכה מ-60 ℃, והטמפרטורה לא תעלה על 180 ℃.
קצב הזרימה של שמן העברת החום בתנור השמן החם לא צריך להיות נמוך מ-2.5 מ/s כדי להגביר את הטורבולנציה של שמן העברת החום, להפחית את עובי השכבה התחתונה העומדת בשכבת הגבול להעברת החום. התנגדות תרמית להעברת חום הסעה, ולשפר את מקדם העברת החום ההסעה כדי להשיג את המטרה של שיפור העברת החום הנוזל.
(4) ניקוי מערכת החימום
תוצרי החמצון התרמי והפילמור התרמי יוצרים תחילה חומרים צמיגים בעלי פחמן מפולמר הנצמדים לדופן הצינור. ניתן להסיר חומרים כאלה על ידי ניקוי כימי.
החומרים הצמיגים עתירי הפחמן יוצרים עוד משקעים שגרפיטים לא לגמרי. ניקוי כימי יעיל רק לחלקים שעדיין לא הופחמו. נוצר קוק גרפיטי לחלוטין. ניקוי כימי אינו עוד פתרון לסוג זה של חומר. ניקוי מכני משמש בעיקר בחו"ל. יש לבדוק אותו לעתים קרובות במהלך השימוש. כאשר החומרים הצמיגים עתירי הפחמן שנוצרו טרם הופחמו, המשתמשים יכולים לרכוש חומרי ניקוי כימיים לניקוי.

[6]. סיכום
1. הקוקינג של שמן העברת חום במהלך תהליך העברת החום מגיע מתוצרי התגובה של תגובת חמצון תרמית ותגובת פילמור תרמית.
2. הקוקינג של שמן העברת חום יגרום לירידה במקדם העברת החום של מערכת החימום, לעלייה בטמפרטורת הפליטה ולעלייה בצריכת הדלק. במקרים חמורים זה יוביל להתרחשות תאונות כמו שריפה, פיצוץ ופציעה אישית של המפעיל בתנור החימום.
3. על מנת להאט את היווצרות הקוקינג, יש לבחור שמן העברת חום שהוכן עם שמן בסיס מזוכך בעל יציבות תרמית מעולה ותוספים נוגדי חמצון ותוספות בטמפרטורה גבוהה. עבור משתמשים, יש לבחור מוצרים שטמפרטורת השימוש שלהם נקבעת על ידי הרשות.
4. מערכת החימום צריכה להיות מתוכננת ומותקנת בצורה סבירה, ויש לתקן את התפעול היומיומי של מערכת החימום במהלך השימוש. יש לבדוק באופן קבוע את הצמיגות, נקודת ההבזק, ערך החומצה ושאריות הפחמן של שמן העברת החום בפעולה כדי לראות את המגמות המשתנות שלהם.
5. ניתן להשתמש בחומרי ניקוי כימיים לניקוי הקוקינג שעדיין לא התפחם במערכת החימום.