导热油氧化安定性评价方法中存在的问题及改进

司荣，王骄凌

(中国锅炉水处理协会 ,北京 100013)

导热油氧化安定性评价方法中存在的问题及改进

司荣，王骄凌

(中国锅炉水处理协会 ,北京 100013)

现有导热油氧化安定性评价方法存在许多问题，如控温方式、试验环境及样品摆放位置等以上试验条件对评价结果影响较大，同时试验过程中产生的油蒸汽对试验环境污染较为严重，不利于实验人员的职业安全健康。通过采用密封式样品杯、样品温度监测及气流控制等方式对现有方法及设备进行改造，能较好地评价导热油氧化安定性同时极大地改善试验环境。

导热油；氧化安定性；空气分布器

0 引言

导热油是作为传热介质使用的一类油品的统称，又称为有机热载体、热传导液。它既可做加热介质，又可以做冷却介质，因具有传热均匀、操作简单、低的蒸汽压和比热等优点，在化学化工、石油化工、化纤、纺织、轻工、建材、冶金、粮油食品加工等行业的多种加热系统中获得广泛应用。

导热油传热系统可分为开式传热系统和闭式传热系统，开式传热系统为膨胀罐与大气相通的传热系统。闭式传热系统为膨胀罐与大气隔离的传热系统。目前我国在用的导热油系统绝大多数为开式系统。开式系统膨胀槽内导热油与空气直接接触，发生缓慢的氧化，同时带有间歇式操作的导热油系统，频繁的开停机，膨胀槽温度波动较大，呼吸作用明显更易发生氧化，导致导热油极易发生氧化变质。

目前针对导热油氧化安定性的研究较少，较为成熟的方法为润滑油氧化安定性的相关评价方法，主要有内燃机油、变压器油等氧化安定性的评价[1-11]以及采用相关热分析方法[12-13]、红外法[14-15]对润滑油氧化安定性进行评价。由于使用环境的不同，目前导热油氧化安定性的评价采用GB 23971-2009《有机热载体》附录C《有机热载体氧化安定性试验法》进行，该方法的主要目的在于模拟使用过程中导热油加热系统膨胀槽中导热油的环境。在试验过程中笔者对该方法存在的问题进行了分析。

1 试验部分

1.1仪器设备

AKLY-1B自然对流高温实验箱，大连连信仪器设备制造有限公司；RTD温度检测器，OMEGA；905型全自动电位滴定仪，瑞士万通；OSY-105黏度测定器，大连石油仪器有限公司。

1.2试验内容

用砂纸打磨长76 mm直径6.25 mm的T10A号钢棒至表面光滑，用丙酮清洗后晾干，放入乘有180 g样品的敞口烧杯中。将装有试样和钢棒的烧杯放入试验箱中，开始加热，恒温铝浴温度设定175 ℃，关闭恒温箱的门，加热时间为72 h。 加热完成后用样品加热前后酸值的增加、黏度增长及产生的沉渣量评价导热油氧化安定性。标准规定黏度增长(40 ℃)不大于40%，酸值增加不大于0.8 mgKOH/g，沉渣不大于50 mg/100 g。

2 结果与讨论

2.1控温方式

该方法所用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，盛有样品的敞口杯置于加热铝浴预留孔内，如图1，铝浴温度到达设定温度时，盛在样品杯中的样品由于传热，尚未达到设定温度，故加热时间实际为铝浴时间，样品本身到达设定温度的时间仪器无法准确测得。

图1 铝浴构造图

对不同的设定温度，仪器显示到达设定温度后，采用测温仪测量样品温度及到达设定温度时间，测定结果见表1。

表1 加热铝浴及样品到温用时

由表1可见，样品到温时间较铝浴到温时间有不同程度的延后，原因为金属传热较快，油样传热较慢。由于自然对流高温试验箱加热时试验箱门密闭，无法长时间采用测温仪监测油温，因此，该实验装置需增加油温测定功能，以记录样品温度。

2.2气体流量控制方式

该方法为模拟膨胀槽的使用环境，自然对流条件下样品的抗氧化的能力，但作为有导热油氧化安定性评价标准，没有明确规定自然对流条件，如空气、氧气流速等，导致试验环境通风状况对实验结果产生很大的干扰。化学实验室都安装有通风设备，以便即时排出试验过程中产生的有毒有害气体，在氧化安定性测试试验过程中，通风设备是否开启对结果也有较大的影响，见表2。

表2 实验室通风状况对测定结果的影响

由以上数据可见，不开通风时氧化后酸值黏度变化较小，打开实验室通风，氧化后酸值黏度变化较大，同时打开通风后通风量的大小不同；也对氧化结果有差异。实验过程中，若实验室无通风，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，污染严重，不利于实验环境安全及实验人员的健康。若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。

2.3样品位置(见图2)

图2 样品位置图

自然对流高温试验箱内加热部分为圆形加热铝浴，如图2，可同时进行6个样品的试验，试验箱设有通风口，通风口为直径30 mm圆形孔，位于设备背部。加热时，位于通风口附近的样品由于氧气充分，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。样品位置对试验结果的影响见表3。

表3 样品位置对试验结果的影响

由以上数据可看出3、4号位置由于靠近通风口氧化程度较其他孔位样品深，加热后黏度及酸值变化较大。

2.4该方法存在的其他问题

2.4.1 样品用量大

该方法一次测试用油为180 g，为防止偶然误差，试验通常采取两组平行实验，两次用油共360 g。在加热完成之后，测定加热后酸值以及黏度评价，用油量仅需80 g左右。

2.4.2 沉渣测定方式

标准要求，加热后的样品采用G3型耐酸砂芯漏斗过滤，砂芯漏斗的砂芯滤板由烧结玻璃料制成，可以过滤酸液或用酸类处理，也叫耐酸漏斗。根据其孔径大小，砂芯滤板可分成G1～G6六种规格。G3型为孔径 4.5～9 μm 用于滤除细沉淀、过滤水银。氧化安定性试验过程中绝大多数加热后的样品，会产生不同程度的深色胶质、沥青质状物质，这类物质会堵塞滤孔，滤孔堵塞后，难以进行后续过滤，且用过的G3漏斗难清洗，用铬酸洗液浸泡12 h后，仍无法洗净，已不能用于二次过滤。

2.4.3 油蒸汽处理方式

该装置为将盛装样品的敞口烧杯，放入实验箱中，在175 ℃下加热72 h，加热过程中样品中轻组分有不同程度的挥发，对轻组分较多的产品其挥发量能达未加热样品质量的一半之多。挥发的油蒸汽或黏附于试验箱加热内壁或挥发出试验箱外，对试验设备和环境污染严重。

3 仪器改进

针对目前导热油氧化安定性测试中存在的问题，借鉴部分润滑油氧化安定性的评价方法，对氧化安定性测试仪进行改进。

3.1样品池

由原敞开式样品烧杯改为密闭式，将杯口密封，同时杯口预留温度传感器连接口及进气口、出气口，同时进气口尾部连接有空气分布器，如图3，其中空气分布器上均匀地分布有细微的气孔，气孔的直径约1 mm，用于气体在样品内部的均匀扩散。在出气管2之后，连接一个冷凝系统，用以收集从出气管中带出的油蒸汽，减少油蒸汽的对外排放。

1:进气口；2:出气口；3:样品池盖；4:磨砂连接口；5:温度传感器探测管；6:样品池；7:空气分布器

图3样品池

采用图3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。

3.2箱体

在试验箱体上加装有进气口，用于连接空气瓶，箱体加装6个流量计、流量调节阀及温度指示剂，用于六个样品加热位置气流调节及温度显示。

经改造后的样品池及箱体，试验加热过程中可定量的调节输入空气流量，空气与待测的样品实现充分连续接触，避免了外界试验室通风状况对待测样品表面流动空气的影响。同时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。

3.3对比试验

将处理好的钢棒放入盛有180 g样品的烧杯中，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的样品池放入铝浴内，将对应温度传感器放入样品池盖上温度传感器探测管5内，接通空气，空气流量调节至50 mL/min，出气管2连接箱体出气管气路，稳定约5 min后，开始加热，油温至175 ℃时开始计时，加热时间72 h，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，测定黏度及酸值，计算黏度变化率及酸值增长，见表4。

表4 实验室通风状况对测定结果的影响

不同样品位置对结果的影响见表5。

表5 样品位置对试验结果的影响

仪器改进后由表4、表5数据可看出，经改造过的仪器实验数据平行性好，试验结果不受外界通风状况及样品在实验箱内的位置影响，且试验过程中收集了大部分蒸发的油气，房间异味减少，试验环境明显改善。

4 结论

在导热油氧化安定性评价方法中，采用密封样品池可有效解决原设备无法控制气流条件以及实验结果受外界通风状况影响较大的问题，改造后的仪器可充分模拟自然对流的情形，试验结果稳定。同时对箱体中单个样品池的温度进行控制，这样也能更精确地监控样品池油温变化情况，避免温度波动带来的试验误差。因此，改造后的仪器提高了该试验结果的重复性及可靠性。

[1] SH/T 0259-1992润滑油热氧化安定性测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[2] SH/T 0299-1992内燃机油氧化安定性测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[3] SH/T 0219-1992热处理油热氧化安定性测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[4]SH/T 0206-1992 变压器油氧化安定性测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[5] SH/T 0196-1992润滑油抗氧化安定性测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[6] SH/T 0193-2008润滑油氧化安定性的测定旋转氧弹法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[7]SH/T 0123-1993 极压润滑油氧化性能测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[8] GB/T 12581-2006加抑制剂矿物油氧化安定性测定法.中华人民共和国国家标准.[S].

[9] H/T 0450-1992S合成油氧化腐蚀测定法.中华人民共和国石油化工行业标准[S].

[10] GB 8018-1987汽油氧化安定性测定法(诱导期法) .中华人民共和国国家标准[S].

[11] GB/T 12581-2006加抑制剂矿物油氧化特性测定法.中华人民共和国国家标准[S].

[12] 左凤,马兰芝. 润滑油氧化安定性评价方法及与PDSC的相关性研究[J].现代科学仪器,2012(3):145-147.

[13] Pamela L S, Gerald H P, Alan T R. The Development of a Standard Method for Determining Oxidation Induction Times of Hydrocarbon Liquids by PDSC [J]. Thermochimica Acta, 1994，243：201-208.

[14] 李子存，冯新泸, 熊刚. 红外光谱评价内燃机油抗氧化性能的研究[J].光谱学与光谱分析,2007,27(3):444-447.

[15] 张红革.用红外光谱分析车用油的氧化情况[J].润滑油,2003,18(1):44-46.

Problems in the Oxidation Stability Test Method for Heat Transfer Oil and Improvement

SI Rong, WANG Jiao-ling

(China Boiler Water Quality Association, Beijing 100013, China)

There are many problems in the evaluation method of heat transfer oil oxidation stability, such as temperature control mode, test environment and sample position. All these conditions have great influence on the evaluation result. At the same time, the oil vapor generated during the test has great pollution to the test environment. Using the sealed sample container, sample temperature detection and air control can solve these problems and greatly improve the test environment.

heat transfer oil; oxidation stability; air distributor

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.013

1002-3119(2017)05-0056-05

TE626.3

A

2017-05-05。

国家质检总局2015年质检公益性行业科研专项项目资助(201510067)。

司荣，硕士研究生，工程师，2009年毕业于中国石油大学(华东)有机化学专业，主要研究锅炉传热介质的应用分析,曾公开发表论文3篇。E-mail:ccsirong@163.com