浅谈有机热载体残炭测定方法及适用性

李洋

（安徽省特种设备检测院，安徽 合肥 230051）

有机热载体在企业生产运行时容易发生裂解、聚合、高温氧化等诸多问题，使有机热载体的残炭指标迅速增加，可能会影响其使用寿命，同时，容易造成使用设备的受热面积碳、结焦等，严重时可能会堵塞有机热载体传热系统管道，增加流动阻力，降低传热效果，浪费燃料，引起受热面管超温而损坏，甚至引起火灾、爆炸等企业生产安全事故，严重影响有机热载体的安全、经济、节能运行。随着有机热载体应用领域的不断扩展，其在高温运行中残炭指标的检测越来越受到生产企业的重视问题。因此，通过选择合适的检测技术来测定有机热载体残炭项目，从检测数据中推测及判断有机热载体的性能特点及变质原因，对锅炉传热系统安全运行，降低生产成本具有重要意义。

1 残炭的基本概述

有机热载体残炭是指其在高温条件下经蒸发和受热分解后而形成的炭质残余物，是反映油品精制深度及评定有机热载体结焦积碳倾向性的重要指标，一般残炭较高的有机热载体颜色较深、稳定性较差，且采用地沟油等劣质原料生产的油品，残炭也较高。

在标准GB24747-2009《有机热载体安全技术条件》中，残炭是未使用有机热载体的验证指标之一，并要求残炭指标不大于0.05%(质量分数)，同时残炭还是判定在用有机热载体劣化程度的重要指标之一，当残炭超过1.50%(质量分数）时，应立即停止使用，要求及时处理或更换在用有机热载体。有机热载体在使用过程中，残炭值增加量越大，说明该有机热载体的热稳定性和抗氧化性越差，越容易在受热面上结焦、积碳等，不但影响传热性能，同时，减小有机热载体的流通截面，严重时还会造成锅炉受热面爆管的生产安全事故，严重影响有机热载体锅炉系统的安全运行。

2 残炭的测定方法

有机热载体残炭的测定方法主要有微量法、康氏法、电炉法及兰氏法等，而国内外使用兰氏法测定残炭含量应用较少。

2.1 微量法

微量法主要是采用全自动微量残炭测定仪进行检测残炭含量，是目前国内外普遍使用的一种快速而高效的有机热载体残炭测定方法。微量残炭测定法所采用的试样管容积一般较小（如2ml、4ml 等），所需要的有机热载体取样量较少，通常适用于有机热载体残炭范围为0.10%～30.0%的测定，主要应用于在用有机热载体残炭的检测，而对于未使用有机热载体要求残炭量不超过0.05%，则微量法通常不适用于未使用有机热载体残炭含量的测定，也可以通过增加有机热载体的取样量来提高检测数据的准确性。

在通过微量法检测有机热载体残炭量过程中，根据样品残炭的估计值取适量的有机热载体于试样管（试样管须提前恒重）中，将有机热载体试样置于微量残炭测定仪中，设置仪器设备试验参数，待仪器试验结束后，将样品置于干燥器中冷却至室温后再次称量，通过差值法获得有机热载体的残炭含量。全自动微量残炭测试设备检测要求相对较高，须经国家核准的计量单位对其进行检定合格，同时，试验所用试样管一般应选用钠钙玻璃或硅硼玻璃，该种材料容器恒重比较稳定，误差较小。

2.2 康氏法

康氏法检测有机热载体残炭含量是国内外普遍使用的测定方法。该方法是使用提前恒重的瓷坩埚称取一定量的有机热载体样品，将装有样品的瓷坩埚放入内铁坩埚中，再将内铁坩埚置于外铁坩埚中，在内、外铁坩埚空隙间填充细沙，将其置于三脚架上，并使用圆铁罩罩好，使用酒精灯加热，然后经过预热期、燃烧期、强热期三个阶段将样品生成残留物质，自然冷却一段时间后，最后，取出瓷坩埚放在干燥器中进行冷却后，取出瓷坩埚称重，也是通过差值法得到有机热载体的残炭含量。

在通过康氏法测定有机热载体残炭含量过程中，仪器设备的安装顺序及位置一定要准确，三个坩埚的位置必须按照标准要求进行准确放置。同时，在康氏法残炭检测过程中的加热时间和强度的要求也较高，即在预热器应根据有机热载体样品的馏分情况，调整酒精灯火焰，在此阶段的加热强度始终保持在均匀状态，如果在加热过程中强度较大时，瓷坩埚中样品就会飞溅到容器外，使燃烧的火焰超过火桥，可能造成燃烧期提前结束，导致有机热载体残炭含量偏低，而如果在加热过程中强度较大小时，造成燃烧期的时间延长，可能导致有机热载体残炭含量偏高，在燃烧期和强热期也须控制好加热时间和强度，减少试验过程中造成的人为误差和技术误差。

2.3 电炉法

电炉法测定残炭含量一般适用于润滑油、重质燃料油或其他石油产品，目前，该方法国内外采用的较少。该方法主要是使用电炉残炭测试仪进行残炭含量的测定，即将试验所

用的瓷坩埚恒重后进行称重，将有机热载体样品置于瓷坩埚中放入电炉的加热腔内，再盖上坩埚盖，当有机热载体样品在电炉中加热至坩埚盖的毛细管中有油蒸汽冒出时，立即点燃，试验结束后从电炉中取出坩埚置于干燥器中冷却，再取出瓷坩埚称重，通过差值法得到有机热载体的残炭含量。

在通过电炉法检测有机热载体残炭含量过程中，该仪器设备的热电偶须要经过校正，有机热载体样品的水分较大时，须进行脱水处理，在样品预热、燃烧、煅烧、冷却等试验操作时应该按照标准方法进行，同时，样品从开始加热到试验结束时间应控制一定时间内完成，保证整个检测过程中试验数据的准确性。

3 残炭测定方法的适用性

有机热载体残炭测定微量法、康氏法、电炉法三种方法在具体试验的过程中适用性有着很大的差异，其中，康氏法测定时主要是手动操作，在试验过程中影响因素较多，特别是实验人员的操作熟练性和经验对结果的影响较大，再就是该方法每次只能完成一个样品的测定，工作效率较低，实验过程中污染性也较大，但是，由于此方法取样量大，检测下限低，则作为国内外残炭测定和仲裁方法；电炉法测定时通过温度自动控制，精确度较高，检测的重复性和再现性较好，但试验过程中污染性较大；微量法主要是采用全自动残炭测试仪，且自动化程度很高，一次试验可以完成多个样品检测，在试验过程中样品取样量较少，污染性也较小，残炭测定的重复性和再现性以及工作效率都优于康氏法和电炉法，在实验室有机热载体残炭测定中一般都采用微量法。

4 结语

随着节能、安全、环保愈来愈受到国内外的重视，而有机热载体长期在高温环境下运行，各项指标会发生不同程度的变化，残炭是反应有机热载体品质的重要指标之一，通过选择合适的测定方法对残炭指标进行准确地检测，分析有机热载体中可能存在的安全隐患，并采取必要的应急措施，避免企业安全事故的发生。因此，通过选择合适的有机热载体残炭的测定方法，及时准确地了解有机热载体的品质，对其传热系统安全、经济运行具有重要意义。