一种新型的导热油氧化安定性测试方法与流程

本发明一般涉及导热油，特别是本发明涉及导热油的性能评价，更特别的，本发明涉及一种新型的导热油氧化安定性测试方法。

背景技术：

在热力学的概念中，热量是指在体系与环境之间因温度差而交换的能量，传热，就是热量传递的过程。在传热过程中，热量是从温度较高的物料传向温度较低的物料，它包括了加热和冷却两种形式。传热一般分为直接传热和间接传热两种方式。所谓直接传热，就是将高温(或低温)热源的热量直接传递给物料，如明火加热、电流加热、太阳能加热等；所谓间接传热，是将上述直接热源的热量传递给一个中间热载体，然后由中间热载体将热量再传递给物料，间接传热常用的热载体有水、蒸汽、导热油等。

导热油，又称有机热载体、热传导液或热媒，是一种以液相或气相进行热量传递的物质，它作为间接传热系统中的热载体，是一种优良的有机载热介质。

导热油传热有两种方式：一种是液相传热方式，它的工作温度低于导热油操作压力时的饱和温度；另一种是气相传热方式，它的工作温度就是在导热油的操作压力下的饱和温度，产生的饱和气体作为传热介质。工业生产中，一般根据所需的工作温度和控温精度要求，选择相应的气相或液相导热油。大部分导热油为液相传热介质，少数导热油为气相传热介质。液相传热方式蒸汽压低、安全性高、使用更为方便，但在传热过程中，由于它传递的是导热介质的显热，传热中伴随着导热介质的温度变化，也就产生了温差；所以，相比之下，气相传热方式能满足更稳定的温度，更适合控温精度要求高、被加热介质对温度较敏感的情况。目前，气相系统还不能完全被液相系统取代。

通常，导热油按照其化学组成或制造原料的不同分为矿物型和合成型两大类。

矿物型导热油是以石油炼制过程中提取出的某段馏份为原料，经精制、调配功能添加剂等工艺制得，是烃类混合物，按组成有长碳链饱和烃、芳香烃、混合烃等类型，使用温度一般为0℃-300℃。由于它的原料来源不同，且是在较宽馏程范围获取的产品，所以它是一个组分非常复杂的混合物，与合成型导热油相比，其热稳定性和抗氧化性较差，使用温度较低。它仅能用于液相系统，不可用于气相系统；另外，由于它在常温下的粘度比较大，低温下的流动性很差，所以也不能用于低温冷却系统。但它的来源丰富、生产工艺简单，价格低廉，所以发展较快。矿物型导热油一般不回收。

合成型导热油是以石油化工或其它化工产品为原料，经有机合成制得。根据它的化学组成，有些是纯度很高的单一成分的化学品，有些是几种同分异构体的混合物或几种化学性质相近的物质的混合物，使用温度一般为-70℃-400℃。它的热稳定性和抗氧化性好，使用温度较高，可用于液相或气相系统、高温加热和低温冷却系统。合成型导热油使用寿命长，可回收，但制作工艺较复杂，价格高。

我国的合成型导热油研究始于60年代末，苏州溶剂厂已经能生产导热油(联苯—联苯醚混合物)。矿物型导热油的研究始于70年代，80年代初开始有一定规模的生产和使用导热油，但当时的开发和应用面都很狭窄，合成型导热油基本上是由进口项目带入的，使用量相当小。80年代后期，导热油的使用已逐步形成规模。随着改革开放的不断深入，不断引进国外的先进技术，使我国的石化、化纤和化学工业飞速发展，对高温加热和低温冷却方面的需求越来越大，合成导热油在系统加热和冷却上的优越性被国内广泛认识，同时导热油的应用技术也日趋成熟，使其应用领域不断扩大，用量飞速增长。

专家预计世界导热油的需求将以每年3-5％的速度增加，亚洲的需求旺盛，预计年增长率超过35％。2000年以来，中国导热油行业出现了一个非常大的飞跃，市场需求量几乎增加了100倍，目前估计中国国内的导热油需求量约保持在50,000-60,000吨的需求水平。

近年来随着我国经济建设的快速发展，传热方式的改变和先进生产工艺的需要，导热油的应用范围越来越广。从市场的最新动态看，导热油的工业应用范围在不断扩大，例如：使用温度范围的扩大，应用方式从以前单纯的加热、冷却扩大到现在可以用于余热的回收，甚至可以直接用作化学溶剂。目前已被大量应用在纺织、化纤、印染、造纸、食品、建材、冶金、石油化工等行业中，并呈不断快速发展趋势。然而导热油在高温运行状态下容易氧化或过热而变质。已劣化的导热油，如果不及时更换或处理，很容易在锅炉受热面上炭化结焦，造成传热系统的安全隐患，不仅影响传热，浪费燃料，而且易烧损炉管，导致爆管或产生裂缝引发泄漏，严重影响锅炉的安全经济运行。有的甚至引发火灾等各种安全事故，造成重大人身伤害和财产损失。因此，加强导热油的检验检测，正确合理地选择导热油，提高应用技术水平，规范使用操作，防止有机热载体锅炉受热面结焦积炭，对于确保导热油锅炉及传热系统的安全、节能运行具有十分重要的意义。

目前氧化安定性的评价方法主要依据GB23971-2009附录C中描述的方法，该方法包括如下的操作步骤：

1、金属棒处理。金属棒用砂纸细磨至表面光亮，然后用滤纸擦亮，绸布磨光。将磨好擦亮的金属棒，用丙酮、乙醇等有机溶剂清洗干净，后用绸布擦干，放入干燥器内，24h内使用。

2、测定试样在热试验前40℃运动黏度，记作v₁；测定试样在热试验前的酸值，记作A₁。

3、将G3型砂芯漏斗放入恒温干燥箱恒重，其质量记作m_l。

4、将180g试样倒入400mL样品池中，放入处理过金属棒。

5、接通自然对流恒温箱电源，从室温开始加热，试验温度175℃,加热时间72h。

6、试样冷却后，将试样经砂芯漏斗过滤，必要时可连接真空抽滤装置进行抽滤。过滤完成后将装有沉渣的砂芯漏斗在105℃～110℃下恒重，其质量记作m₂。

7、测定加热并过滤后的油的黏度，记作v₂。

8、测定加热并过滤后的油的酸值，记作A₂。

试样的总沉渣：X₁＝m₂－m₁

试样在热试验前后运动黏度变化率：

试样在热试验前后酸值的增值：Z₂＝A₂－A₁

该装置测试导热油氧化安定性存在如下缺点。

一、控温方式。该设备温度测量及控制热电偶位于加热铝浴中心位置，其测量温度为铝浴温度，盛有导热油样品的样品杯置于加热铝浴内，铝浴温度到达设定温度时，样品尚未达到设定温度，原设备无法测量样品温度。

二、气体流量控制方式。该装置为导热油氧化安定性能评价，装置的设计为自然对流条件下导热油抗氧化的能力，将盛油敞口样品杯，放入实验箱体中，在自然对流的条件下氧化，但作为导热油氧化安定性能评价装置，自然对流无统一设置条件，实验通风状况对实验结果产生很大的影响。

具体表现为：

1、原设备为圆形加热铝浴，同时可进行6组样品的试验，通风口为直径30mm圆形孔，位于设备背部。加热时，位于通风口附近的样品由于空气充分，氧化程度较其他孔位深，数值偏高。同一样品同一试验箱内结果重复性差。

2、设备运行过程中，如实验室无排风，加热过程中不断产生的油蒸汽布满试验箱上部，除通风口附近的2组样品外，其它样品不能充分与空气接触，不能满足方法要求的自然对流条件，试验结果不能够真实的反应样品的氧化安定性。

3、设备运行过程中，如实验室无排风，试验加热过程中产生的油蒸汽不能即时排出，加热产生的油蒸汽散布于室内，不利于实验环境的安全及实验人员的健康。

4、实验过程中，如打开试验室通风设备，能较好地带走产生的油蒸汽，但由于无法准确控制系统的通风量，导致与加热油面接触的空气流量不同，对结果产生较大的影响。

三、油蒸汽处理方式。该装置为将盛油敞口样品池，放入实验箱中，在175℃下加热72h，加热过程中导热油中轻组分有不同程度的挥发，对轻组分较多的产品其挥发能达未加热样品质量的一半之多。挥发的油蒸汽或粘附于试验箱加热内壁或挥发出试验箱外，难以处理。

技术实现要素：

本发明针对目前导热油氧化安定性测试中存在的问题，提出如下的解决方案，设计了一种新型的样品池，即，带有空气分布器的样品池，如附图1所示，该样品池包括样品池6，用于盛待测试的油品，用于定量通入空气的进气管1，该进气管位于密封样品池的样品池盖3之上，并穿过样品池盖3与空气分布器7连通，样品池6上部的样品池盖3与样品池6为磨口4连接，样品池的磨口4处，相对样品池本体部分，成约10-15度的倾角，以增加磨口的密封性，同时在样品池盖3上还设置有温度传感器探测部5，所述的探测部上部为敞开口，下部端口密封，用于放置温度探测器，出气管2设置于样品池盖3上，用于排出由空气分布器进入样品内部后排出的空气，空气分布器7一端与空气进气管1连通，另一端设置的位置要尽量靠近样品池6底部，但不能与样品池6底部接触。

所述的空气分布器7上均匀地分布有细微的气孔，气孔的直径约1mm或略小一些。图1中示意的空气分布器为球形，原则上可以使用任意形状的分布器。

本发明的带有空气分布器的样品池，一个优选的实施方案是，在出气管2之后，连接一个冷凝系统(图中未示出)，用以收集从出气管中带出的油蒸汽，减少对外排放，实现环境友好。

采用本发明的带有空气分布器的样品池，由于温度探测点位于实际待测的油品中，真实反映了油品在实际测定温度下的氧化安定性，避免了由于温度测量不准产生的测定误差。

其二，由于采用了本发明的带有空气分布器的样品池，空气流动处于连续密闭的体系中，与待测的油品本体实现充分连续的接触，并且可以定量调节，因此，避免了外界试验室通风状况对待测油品表面流动空气的影响。另外，由于可以定量调节进入空气分布器中空气的流量，能够实现更精准地控制氧化测定条件，实现更加精准地测定结果和平行度。

第三，由于采取了密闭的测定体系，从空气分布器中带出来的空气及油蒸汽经冷凝进入了回收装置中，极大地改善了测试装置房间的空气质量，有利于实验环境的安全及实验人员的健康。

本发明的另一方面涉及导热油氧化安定性测试装置，所述的装置包括箱体12，箱体包括保温层10，加热铝浴体9，用于加热带有空气分布器的样品池6，加热超温控制传感器11，还包括压力调节控制系统，气流调节控制系统，和温度调节控制系统，在图2中未示出，在图3中给出了示意图。

本发明的又一方面涉及改进的导热油氧化安定性测试方法，改进后的测试步骤，包括：

1、金属棒处理。金属棒用砂纸细磨至表面光亮，然后用滤纸擦亮，绸布磨光。将磨好擦亮的金属棒，用丙酮、乙醇等有机溶剂清洗干净，后用绸布擦干，放入干燥器内，24h内使用。

2、测定试样在热试验前40℃运动黏度，记作v₁；测定试样在热试验前的酸值，记作A₁。

3、将快速定量滤纸置于布式漏斗中，并放入恒温干燥箱恒重，滤纸质量记作m_l。

4、将180g样品倒入容积约400mL的带有空气分布器7的样品池6中，放入处理过的金属棒，将带有温度传感器探测部5、空气分布器7进气管1及出气管2的样品池盖3，盖在样品池6的磨口4上，注意空气分布器7不能接触到样品池6底部，然后将样品池6放入加热铝浴内。

5、将对应温度传感器放入样品池盖3上的温度传感器探测部5中，进气管1与箱体气流调节控制系统连接，出气管2与箱体气体回收管路连接。

6、打开空气瓶，气体分压0.5MPa，调节控制板流量计至空气流量为50mL/min，稳定约5min后，开始加热，设置加热温度为175℃。

7、根据温度调节控制系统显示，记录样品温度，待样品池样品温度达到175℃，开始计时，样品加热时间为72h。

8、停止加热，待样品冷却后，将试样经带有滤纸的布式漏斗过滤，必要时可连接真空抽滤装置进行抽滤。过滤完成后将装有沉渣的漏斗在105℃～110℃下恒重，滤纸质量记作m₂。

9、测定加热并过滤后样品的黏度，记作v₂。

10、测定加热并过滤后样品的酸值，记作A₂。

试样的总沉渣：X₁＝m₂－m₁

试样在热试验前后运动黏度变化率：

试样在热试验前后酸值的增值：Z₂＝A₂－A₁

附图说明

附图1，是带有空气分布器的样品池，其中1表示进气管，2表示出气管，3表示样品池盖，4表示磨砂连接口，5表示温度传感器探测部，6表示样品池，7表示空气分布器。

附图2，是试验装置的剖面图，其中8表示箱体通气口，9表示加热铝浴，10表示保温层，11表示超温控制传感器，12表示箱体，13表示箱体底座；

附图3，控制板的示意图，其中14表示进气压力指示计，15表示流量计，16表示进气压力调节阀，17表示流量调节阀，18表示温度显示器。

具体实施方式

实施例1

不开启实验室通风设备的情况下，按照本发明描述的改进的方法，在带有空气分布器7的样品池6中加入180g导热油L-QB300，加入处理好的金属棒，盖上样品池盖3，注意调整空气分布器7位置，将带有空气分布器7的样品池6放入加热铝浴内，将对应温度传感器放入样品池盖3上温度传感器探测部5内，接通空气，空气流量调节至50mL/min，出气口连接箱体出气管气路，稳定约5min后，开始加热，样品温度至175℃时开始计时，加热时间72h，关闭电源停止加热，关闭空气，待油温降至室温，取出油样过滤，测定粘度及酸值，计算粘度变化率及酸值增长。

实施例2

打开实验室通风设备的情况下，按照本发明描述的改进的方法，实验过程同实施例1

实施例3

同一样品，1-6号孔位，同时按照实施例1，进行6组平行性试验。

对比例1

不开启实验室通风设备的情况下，按照GB23971-2009附录C中描述的方法，在烧杯中加入180g导热油L-QB300，加入处理好的金属棒，将烧杯放入铝浴内，开始加热，铝浴温度至175℃时开始计时，加热时间72h，关闭电源停止加热，关闭空气，待油温降至室温，取出油样过滤，测定粘度及酸值，计算粘度变化率及酸值增长。

对比例2

在打开实验室通风设备的情况下，按照GB23971-2009附录C中描述的方法，在烧杯中加入180g导热油L-QB300，加入处理好的金属棒，将烧杯放入铝浴内，开始加热，铝浴温度至175℃时开始计时，加热时间72h，关闭电源停止加热，关闭空气，待油温降至室温，取出油样过滤，测定粘度及酸值，计算粘度变化率及酸值增长。

对比例3

同一样品，1-6号孔位，同时按照对比例1，进行6组平行性试验。

上述实验数据总结在下表1中。

表1实施例和对比例的试验数据

通过上述实施例1-3和对比例1-3的比较，清楚可见，本发明成功地解决了现有技术中存在的问题。采用本发明的测试装置获得的检测结果不受外界环境影响，重复性、平行性良好。同时可收集试验过程产生的蒸汽，能够有效地防止油蒸汽进入空气中，极大地改善了测试装置环境的空气质量，有利于实验环境的安全及实验人员的健康。