W dziedzinie przemysłowego przenoszenia ciepła większość produktów przenoszenia ciepła wykonuje się ze związków węglowodorowych. Ważne jest, aby dogłębne zrozumienie właściwości chemicznych płynów, ponieważ reakcje degradacji występują na poziomie molekularnym.
Z perspektywy struktury molekularnej naturalne węglowodory organiczne (takie jak olej mineralny) i syntetyczne organiczne płyny termiczne węglowodorów mają unikalne struktury. Te różnice strukturalne określają wydajność, kinetykę reakcji i rodzaje produktów degradacji płynów. (jak pokazano na rycinie 1) Płyny przenoszenia ciepła na bazie oleju mineralnego są produktami destylacji ropy naftowej i składają się z rafinowanych alkanów i naftenów w określonych proporcjach, z uporządkowanymi długościami i ustaleniami łańcucha. Przykładając alkan c₂₀h₄₂ na ryc. 1, jest to tylko jeden z licznych łańcuchów węglowodorów w płynach oleju mineralnego. Syntetyczne węglowodory aromatyczne uzyskuje się poprzez syntezę chemiczną i mają podwójnie związane struktury pierścieniowe.
Skład chemiczny płynów jest ściśle związany z ich wydajnością w operacjach termicznych, w tym warunkach degradacji i wydajności. Wysokiej jakości oleje transferu ciepła są specjalnie zaprojektowane w celu optymalizacji wydajności przenoszenia ciepła, jakości i stabilności termicznej. Nadmierne dodatki i zanieczyszczenia są podatne na pogorszenie po podgrzaniu i katalizują reakcje degradacji. Zrównoważone właściwości fizyczne płynów określają ich wydajność w przenoszeniu energii cieplnej ze źródła ciepła do jednostki operacyjnej. Produkty sformułowane z solidnym podkładem chemicznym są bardziej odporne na degradację termiczną w wysokich temperaturach.
Degradacja płynów termicznych może wytwarzać różne produkty:
Substancje o niskiej temperaturze wrzenia: małe cząsteczki utworzone przez pęknięcie łańcuchów węglowodorowych, z punktami wrzenia niższymi niż w pierwotnych cząsteczkach płynów. Zasadniczo wzrost substancji o niskiej temperaturze wrzenia zwykle prowadzi do zmniejszenia lepkości płynu.
Substancje o wysokiej temperaturze wrzenia: uzyskane z reakcji cząsteczek po pęknięciu łańcuchów węglowodorów, przy czym temperatury wrzenia wyższe niż w pierwotnych cząsteczkach płynu. Zasadniczo wzrost substancji o wysokiej temperaturze wrzenia zwykle prowadzi do wzrostu lepkości płynu.
Osad płynu termicznego (ryc. 2): kwasowa, wysoce lepka, podobna do smoła substancja utworzona przez kombinację utlenionych płynów i cząstek węgla stałego.
Węgiel stały (ryc. 3): Wynik pęknięcia związków węglowodorowych w węgiel elementarny, objawiony jako „powłoki” węgla na powierzchni sprzętu, zawieszone sadzy węgla lub większe cząstki stałe, które wpływają na pojawienie się płynów i przenoszenia ciepła.
Zanieczyszczenia: Wysokie stężenia naturalnych zanieczyszczeń wytwarzanych przez słabe rafinację surowców i dodatków, a także produkty degradacyjne pozostające w systemie, przyspieszą degradację nowych płynów i uszkodzić wydajność olejków z przeniesieniem ciepła. Na przykład substancje o niskiej temperaturze wrzenia zmniejszą pojemność cieplną i mogą powodować problemy operacyjne, takie jak kawitacja pompy; Substancje stałe utworzą warstwę izolacyjną między źródłem ciepła a płynem przenoszenia ciepła; Substancje i osad o wysokiej temperaturze wrzenia zatykają rurociągi, ograniczają przepływ płynów, a nawet zestala się lub „żel”, gdy temperatura systemu spadnie.
Degradacja oleju termicznego jest nieunikniona, wyjaśniając czynniki, które prowadzą do tak poważnych konsekwencji, pomaga spowolnić szybkość degradacji i zapewnić wydajne i stabilne działanie systemu przenoszenia ciepła. Ma to ogromne znaczenie dla procesu przenoszenia ciepła w produkcji przemysłowej i zapewnia kluczowe pomysły na optymalizację użycia i utrzymania płynu termicznego.
