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热传导油(液)标准制定及实施的相关问题(2004)
作者: 发布于:2013/10/12 14:32:39 点击量:

热传导油(液)标准制定及实施的相关问题(2004)

         --------- 中国石化石油化工科学研究院      梁  红    2004年6月
 (全国炭素信息网第20次炭素技术交流会论文)

 

(梁 红)作者简介:中国石化工科院标准化室副主任,教授级高级工程师。多年来从事石油产品标准化研究工作,曾起草汽油机油、柴油机油、热传导液等多项国家和行业标准,有多篇论文发表。

 

1  前言

按照国际标准化分类,有机热载体属于润滑剂和有关产品( q )类组,统称作热传导液( heat transfer fluids ),包括各种类型的合成液(热传导液)和矿物油(热传导油)。
我国热传导液(油)的研制和生产始于 20 世纪 70 年代, 20 多年来,随着经济的发展,热传导液(油)加热技术已在多个工业和民用领域中广泛应用。相关的产品标准和使用性能评价方法标准的制定工作也有了可喜的进展。
在 90 年代中期,国家石油产品标准化技术归口单位(石油化工科学研究院)将热传导液(油)热稳定性评价与标准制定相结合,在建立评价方法的同时对影响产品热稳定性的因素进行考察,对国内外不同类型的产品进行评价,从而确定了热传导液(油)最高使用温度的评价方法和指标, 制定了 sh/t 0677-1999 热传导液产品标准和 sh/t 0677-1999 热传导液热稳定性测定方法标准。
标准实施五年来,执行情况喜优参半。有的企业积极执行标准,送样进行热稳定性评价并根据试验确定的最高使用温度来编写产品说明书,并积极向用户宣传标准。但也有部分企业,回避标准的存在,不仅不进行产品的热稳定性检测,而且继续以夸大不实之词欺骗用户,进行不正当竞争,情况令人堪优。
本文介绍了 sh/t 0677—1999 热传导液标准的制定情况,重点对采用热稳定性试验确定热传导液(油)最高使用温度的方法和指标进行解释,对标准执行中的相关问题进行讨论并提出建议。

2 sh/t 0677-1999 热传导液标准的制定依据及主要指标的意义

根据国家积极采用国际标准和国外先进标准的原则, sh/t 0677-1999 热传导液标谁的制定主要采用德国工业标准din 51522-1995 ,但并未完全照搬,标准制定过程中结合中国实际进行大量试验验证, sh/t 0677-1999 的最大优势就是制定了热稳定性的判定指标,并用于确定热载体的最高使用温度。而 din 51522 仅规定热稳定性所采用的试验方法.并未制定具体指标,如果照搬过来,就我国的市场情况而言,可操作性比较差,对于在说明书中随意夸大产品的最高使用温度的情况就无法。用户的经济利益和人身财产安全也就无法保障。 sh/t 0677-1999 热传导液标准更符合中国国情。

2 . 1 热稳定性

热稳定性是热传导液(油)区别于其他它油品的重要使用性能评定方法,是热传导液(油)研究、生产、选用和标准化必不可少的关键指标。sh/t 0677-1999 中热稳定性试验等效采用德国工业标准 din 515281-1998 制定,标准号为sh/t 0680-1999 。

2.1.1热稳定性试验方法概要

在一定试验温度下,将试样隔绝空气加热至规定时间(480h 以上),然后观察并记录其外观;通过称量计算出气相分解产物含量;对加热前后随试样进行气相色谱分析,通过模拟蒸馏曲线确定试祥生成的低沸物和高沸物含量;称取一定量加热后的试样,在球管蒸馏器中测定不能蒸发产物含量;四部分相加计算出试样的变质率。在外观合格的前提下变质率越小热稳定性就越好。

热传导液(油)的热稳定性评价指标的含义:
外观 :清澈透明,无絮状物或沉淀物。
变质率由四部分组成 :
气相分解产物: 常压下其沸点在室温以下的物质。
低拂物 :经模拟蒸馏方法测出馏出温度低于未加热试样初馏点的物质。
高沸物 :经模拟蒸馏方法测出馏出温度高于未加热试样初馏点的物质。
不能蒸发产物 :通过模拟蒸馏方法不能从试样中分离出来的物质(即残渣)。

2.1.2热传导液(油)最高使用温度的确定

以一系列国内外产品的热稳定性评价结果为依据,将热传导液(油)热稳定性评价标准(见 sh/t 0677—1999 )定为: 在一定温度和时间条件下,按照 sh/t 0680-1999 进行试验后,外观合格,变质率(气相分解产物、低沸物、高沸物和不能蒸发产物之合)不大于10% ,相应的试验温度定义为该产品的最高使用温度。
根据国际分类标准和我们的评价结果,一般矿油型热传导油的最高使用温度多数为 300 ℃,只有少数采用特殊原料和工艺生产的矿油型热传导油可达到 310 ℃或 320 ℃,且不超过 320 ℃。
合成型热传导液因产品类型不同其热稳定性也不同,需根据评价结果来确定。从送样评价结果看,液相使用的热传导液的热稳定性在 300 ℃— 350 ℃之间。

2.1.3热稳定性评价指标的验证

标准制定阶段,广泛收集了国内不同类型加热装置使用的国内外各类热传导液(油),对变质率不大于 10 %的评价指标进行验证。现对国内采集和送检的 21 个国产热传导油进行 300 ℃和 320 ℃热稳定性验证情况进行分析。从检测结果看,有如下特点:
1、市场采集的标称最高使用温度为320℃的12个产品均未达到320℃指标要求,其中10个达到300℃要求,另2个未达到300℃指标要求;标称300℃的4个产品,有1个不合格。
2 、送检的5个产品2个达到310℃要求,2个达到320℃要求,1个达到300℃要求。
采集和送检的 21 个矿物油型产品的最高使用温度分布见表 l 。

    表 1 采集和送检的 21 个矿物油型产品的最高使用温度分布 

最高使用温度

300

280

310

320

个 数

14

3

2

2

所占比例%

66

14

10

10


从以上分析可见,采用变质率不大于 l0 %的指标进行热稳定性评价,就将国内约 80% 的矿物油型产品的最高使用温度限制在 300 ℃以下( qb 300 或 qb 280 ),避免由于使用温度过高造成过快老化结焦,引发事故;只有个别采用特殊工艺制得的矿物油型产品可以达到 qc 310 或 qc 320 标准。

2.2标准指标的规范性

sh/t 0677 一 1999 标谁中的指标可分为使用性能、安全和蒸发性能、流动性、毒性、基础油和添加剂的规范性等五类。
使用性能:热稳定性、传热性(运动粘度、 密度、 比热、导热系数等);
安全性和蒸发性:热稳定性、初馏点、闪点(闭口、开口)、自燃点、水分;
流动性:倾点、运动粘度;
毒性:氯含量;
基础油和添加剂的规范性:热稳定性、外观、馏程、残炭、硫含量、铜片腐蚀、中和值、闪点、馏程、倾点
上述指标的意义和选用注意事项见“ sh/t 0677—1999 热传导液标准讲解”。

2.3产品代号和标识的规范性

标准化的产品代号目标识一旦为大家所采用,就成为跨越国界的通用的语言。我国的石油产品全面采用国际标准化组织(iso)制定的分类标准,热传导液也不例外。 sh/t 0677—1999 中采用的 q 系列产品代号(qa 、qb 、qc 、qd 、qe )是国际标准化分类中 l 类 q 组对热传导液的统一规定(具体含义见“ sh/t 0677 — 1999 热传导液标准讲解”)。希望用户认识这一组产品代号和标识,了解其含义。用户在选择产品的时候会看到很多不同的产品代号,采用上述 q 系列代号标识的产品应当符合 sh/t 0677 — 1999 标准,而对于采用非标准代号的产品要考察它所代表的产品质量与行业标准中 q 系列产品的关系(高于或低于行业标准),然后作出决定。

3 对sh/t 0677一1999标准实施中相关问题的讨论

3.1标准在市场经济中的作用

过去在计划经济时代,我国的标准是以生产型标准为主,多数为强制性标准。在加入 wto 以后标准更多地具有贸易性的功能,是供需双方对话的平台,因此多数为推荐性标准。但并不是说,推荐性标准生产企业就可以不执行。在市场经济尚不完善的条件下,统一的国家或行业标准的重要功能就是维护用户或消费者的权益,打击欺诈行为。关键在于用户要转变观念,更好地利用标准来保护自已。                                     
在目前一方面供大于求,另一万面又很不规范的市场环境中,用户往往要求以国家标准或行业标准为依据而不相信企业标准。因为前两类标准是由国家授权组成的标推化委员会或归口单位组织制定的,不为某一方所左右,应该是用户和生产者之间平衡的产物,所以是某一领域的通用的最低标准。因此,用户选择产品的通行做法是以统一的国家或行业标准为依据同时根据自己的应用特点 , 在合同中附加指标。例如,在 sh/t 0677 标准中有—些暂未在行业范围内统一的“报告”指标,如粘度、密度、自燃点、残炭、馏程等,月户在购买一个具体产品时,完全可以根据需要提出具体指标。
在成熟的市场环境中,用户是制定标准的主体。如美国、欧洲和日本的汽车制造商对车用燃料和润滑油标准制定有着绝对的支配地位。在我国的市场培育阶段用户在观念和技术实力上有一个逐步转变和提高的过程,但一定要看到这一趋势并有所准备。目前在石油产品的应用领域,我们看到这样的趋势,用户更加成熟也更加理智,他们直接参与标准的制定或随时关注和掌握标准的最新信息,对于自己所使用产品的控制能力在逐步增强。有见识的油品生产企业会主动执行国家或行业标准,并努力改进生产工艺,在国家和行业标准的基础上制定更为严格的企业标准,以便在激烈的市场竞争中能够更胜一筹。

3.2 sh/t 0677-1999标准实施中的问题

经过多年努力制定的 sh / t 0677-1999 热传导液标准是在全国热载体加热技术范围内统一的也是最低的技术要求。作为标准起草单位,我们希望这一标准能够成为维护用户利益、规范市场秩序、规范生产和使用的重要依据。 2000 年在北京召开了 sh / t 0677-19999 标准宣惯会,遗憾的是用户参加较少,我们随后的宣传贯彻力度又很不够,标准实施 5 年来,仍有相当多的用户不知道国家已经有统一的标准。
这就造成部分生产企业不经评价,在产品说明书上随意标称最高使用温度,甚至将矿物油型产品标至 330 ℃至 360 ℃的高温。随意标称产品的最高使用温度会造成严重的市场混乱。首先,不经检测而标称 320 或更高牌号的产品,往往用劣质原料调配且价格低廉,一高一低恰恰迎合了部分用户的心理,由此造成讲诚信的企业按照检测确定的温度标称的产品被市场冷落,而拌有不实宣传的未经检测的产品却受到市场追捧的现象。
有的生产企业还制定—些低于 sh/t 0677-1999 的地方标准、企业标准,进行缺乏科学依据的商业宣传,以此来吸引和误导不知情的用户。近年来,热载体加热装置发生的造成人身伤害和财产损失的安全事故屡见不鲜。由此可见,在无序的市场中,信息的获取是不对等的,用户往往成为伪劣产品的直接受害者,究其原因,除了对油品知识和标准信息了解较少以外,追求低价格也是原因之一。
随着标准宣传贯彻力度的加大和越来越多的正规企业参与市场竞争,用户会逐渐认识标准,会在选油或招标过程中以标准为依据。 
标准实施以来,已对 10 余个国内外样品进行了热稳定性评价,对规范市场发挥了重要的作用。

3.3热传导液的使用寿命问题

热传导液(油)是有机化合物,在实际运行过程中,随时可能发生热分解、热聚合和热氧化等各类反应,其组成无时无刻不在发女变化,这是一个不可逆的化学变化过程,即组成劣化的变质过程。区别在于热稳定性好的产品对高温的承受能力强,导致变质的一系列化学反应速度慢,其使用寿命也就相对较长。
所谓寿命就是热传导液(油)在一定的运行温度下的使用周期,或换油周期。我们用热稳定性试验来模拟在一定运行温度下热传导液(油)发生组成劣化的情况,其程度通过变质率(气相分解产物含量、低沸物、高沸物和不能蒸发产物含量)来衡量,变质率越小,热稳定性就越好,寿命就越长。 
延长热载体使用寿命是一项系统工程,与生产者、系统设计及施工者、使用者三方面都有着直接关系。三者很好结合,才能达到较为理想的效果。     
对于热载体生产企业来说,延长使用寿命的重要途径就是选择优质原料和耐高温的功能添加剂,科学复配,采用通用的标准方法进行评价和检测;对于系统的设计和施工者来说,一定要考虑到有机热载体的特性,消除设计和施工中的先天不足。为延长热载体使用寿命打下良好的基础;对用户来说,首先要了解热载体的各类标准(注意:企业标准应高于行业标准),掌握项指标的物理和化学意义,提高识别能力,不为商业宣传所迷惑,根据加热系统设计要求合理且经济地选用具有热稳定性保障的寿命适当的热载体,其次就是科学管理,严格操作规程,将造成热载体过热的一切可能降至最低,向管理要寿命。

3.4最高使用温度在选用和运行中的意义

最高使用温度系指某产品经热稳定性试验( sh / t 0677-1999 ),变质率不大于 10 %所对应的温度,即加热器出口处测得的主流体最高平均温度。在实际使用中最高使用温度成为我们合理且经济地选用热载体的重要参数。
按照德国热载体安全运行规程( din4756 )热传导液(油)在其最高使用温度下应至少使用一年。为保证热传导液(油)具有较长的使用寿命,保持装置平稳运行,减少操作成本,实现最佳经济效益应在最高使用温度与实际运行温度(加热炉出口处测得的主流体平均温度)之间保持一个合理的差值,建议实际运行温度较产品的最高高用温度低至少 20 ℃。一般来说,选用不当有以下两种情况:
1 、实目运行温度如果低于 280 ℃,选油时一定要 320 ℃或更高牌号,并不合理。如前所述市场上只有个别矿物油型产品符合 320 ℃标准,选择这样的产品会造成成本升高,质量过剩;如果标称牌号要高,而价格又要低,这样的产品基本上是不经检测,随意标称的不合格产品。 
2 、实际运行温度长时间高于或接近热传导液(油)的最高使用温度,会在短时间内使变质率快速上升,造成设备气阻和炉管过热结焦,从而引发安全事故,造成经济损失和人身伤害。选择这样的产品同样不合理且不经济。
最佳效益的获得,是使用寿命、安全性、经济性之间的平衡。建议用户选择最高使月温度经权威部门评价而确定产品,遵循实际运行温度较热载体的最高使用温度低至少 20 ℃的原则,向合理选用要效益。 
签于在国内炭素制品行业的加热装置中,热载体实际运行温度大多低于朋280 ℃,在 230 ℃— 260 ℃左右,在这样的使用条件下选用热稳定性评价合格的 qb300 可谓兼顾了安全性和经济性。随着技术的发展,热载体的使用温度有增高的趋势,另有一些装置热载体的实际运行温度达到290℃— 300 ℃,可以选用热稳定性评价合格的 qc310 或 qc320 ,如果一定要选 330 或 340 牌号的产品,就要选用合成型热载体中的 qd 类产品,最高使用温度在 330 ℃— 350 ℃,其价格可能是普通 qb 300 的 2-4 倍。

4结束语

鉴于国内目前的市场状况,深感作为标准归口和起草单位责任重大。针对行业用户的标准宣贯应进一步加大力度。 
04-05 年标准化计划将对“热传导液( sh / t 0677-1999 )”标准进行修订,通过总结 5 年来的经验和不足,并请用户代表参加标准修订,这将使修订后的标准更切合中国实际,更具有市场的规范性,更便于操作,关系到人身和财产安全的重要指标将作为强制性指标,为国家的监督抽查提供依据。此项工作希望得到炭素制品行业广大用户的积极参与和支持。
让我们共同努力,促进我国热载体加热技术健康发展。


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