În domeniul transferului de căldură industrial, majoritatea produselor de transfer de căldură sunt fabricate din compuși de hidrocarburi. Este crucial să avem o înțelegere aprofundată a proprietăților chimice ale fluidelor, deoarece reacțiile de degradare au loc la nivel molecular.
Din perspectiva structurii moleculare, hidrocarburile organice naturale (cum ar fi uleiul mineral) și fluidele termice cu hidrocarburi organice sintetice au fiecare structuri unice. Aceste diferențe structurale determină performanța, cinetica de reacție și tipurile de produși de degradare ai fluidelor. (așa cum se arată în figura 1) Fluidele de transfer de căldură pe bază de ulei mineral sunt produse ale distilării petrolului și constau din alcani și naftene rafinate în proporții specifice, cu lungimi și aranjamente ordonate ale lanțului. Luând ca exemplu alcanul C₂₀H₄₂ din Figura 1, acesta este doar unul dintre numeroasele lanțuri de hidrocarburi din fluidele uleiurilor minerale. Hidrocarburile aromatice sintetice sunt obținute prin sinteză chimică și au structuri ciclice duble legate.
Compoziția chimică a fluidelor este strâns legată de performanța acestora în operațiunile termice, inclusiv de condițiile de degradare și de performanță. Uleiurile de transfer termic de înaltă calitate sunt special concepute pentru a optimiza eficiența transferului de căldură, calitatea și stabilitatea termică. Aditivii și impuritățile excesive sunt predispuse la deteriorare atunci când sunt încălzite și vor cataliza reacțiile de degradare. Proprietățile fizice echilibrate ale fluidelor determină eficiența acestora în transferul energiei termice de la sursa de căldură la unitatea de operare. Produsele formulate cu o bază chimică solidă sunt mai rezistente la degradarea termică la temperaturi ridicate.
Degradarea fluidelor termice poate produce o varietate de produse:
Substanțe cu punct de fierbere scăzut: molecule mici formate prin ruperea lanțurilor de hidrocarburi, cu puncte de fierbere mai mici decât cele ale moleculelor fluide originale. În general, o creștere a substanțelor cu punct de fierbere scăzut duce de obicei la o scădere a vâscozității fluidului.
Substanțe cu punct de fierbere ridicat: Obținute din reacția moleculelor după ruperea lanțurilor de hidrocarburi, cu puncte de fierbere mai mari decât cele ale moleculelor fluide originale. În general, o creștere a substanțelor cu punct de fierbere ridicat duce de obicei la o creștere a vâscozității fluidului.
Nămolul fluid termic (Figura 2): O substanță acidă, foarte vâscoasă, asemănătoare gudronului, formată prin combinația de fluide oxidate și particule solide de carbon.
Carbon solid (Figura 3): Rezultatul cracarei compușilor de hidrocarburi în carbon elementar, manifestat ca „cochilii” de carbon pe suprafața echipamentului, funingine de carbon în suspensie sau particule solide mai mari, care afectează aspectul fluidelor și transferul de căldură.
Contaminanți: Concentrațiile mari de impurități naturale produse de rafinarea slabă a materiilor prime și aditivilor, precum și produsele de degradare rămase în sistem, vor accelera degradarea fluidelor noi și vor deteriora performanța uleiurilor de transfer termic. De exemplu, substanțele cu punct de fierbere scăzut vor reduce capacitatea de căldură și pot cauza probleme de funcționare, cum ar fi cavitația pompei; substanțele solide vor forma un strat izolator între sursa de căldură și fluidul de transfer termic; Substanțele cu punct de fierbere ridicat și nămolul vor înfunda conductele, vor restricționa fluxul de fluid și chiar se vor solidifica sau „gelifica” atunci când temperatura sistemului scade.
Degradarea uleiului termic este inevitabilă, clarificarea factorilor care duc la consecințe atât de grave ajută la încetinirea ratei de degradare și la asigurarea funcționării eficiente și stabile a sistemului de transfer de căldură. Acest lucru este de mare importanță pentru procesul de transfer de căldură în producția industrială și oferă idei cheie pentru optimizarea utilizării și întreținerii fluidului termic.
