Пиролизное масло следует нагревать до минимальной температуры, при которой оно перекачивается и учитывается, как можно ближе к точке потребления, косвенно и от поверхностей с низкой температурой. Нижнюю границу «окна» подогрева задаёт вязкость, верхнюю — термическая стабильность масла; обе определяются по анализу конкретного продукта. Для масла быстрого пиролиза биомассы VTT рекомендует при перекачке 40–80 °C: вязкость остаётся низкой, а разложение ограничено. По данным IEA Bioenergy, при нагреве до 100 °C и выше масло быстро вступает в реакции и в итоге образует твёрдый остаток порядка половины исходной массы. На масла из шин и пластиков эти цифры не переносятся — их пределы устанавливаются только испытаниями самого продукта.
Общее сравнение способов путевого обогрева приведено на странице о путевом обогреве трубопроводов тяжёлой нефти и мазута. Здесь речь о том, что отличает решения по подогреву пиролизного масла, — о термической стабильности.
Зачем греть и почему умеренно
Подогрев снижает вязкость до уровня, приемлемого для насоса, фильтра и счётчика. Согласно отчёту VTT, вязкость масла из биомассы быстро падает с температурой, а температура застывания обычно ниже −30 °C; значит, для такого масла подогрев нужен прежде всего для управления вязкостью, а не для предотвращения застывания. Масла из шин и пластиков при низких температурах могут вести себя иначе, и это выявляется только лабораторными измерениями.
При этом масло из биомассы химически и термически менее стабильно, чем нефтяное топливо, и реакции его старения ускоряются с ростом температуры. В ускоренном испытании на стабильность, описанном VTT, выдержка 24 часа при 80 °C считается примерно эквивалентной по росту вязкости году хранения при комнатной температуре. Это наглядно показывает, насколько сильно нагрев состаривает продукт.
Что происходит при перегреве
1. Загустевание: вязкость растёт из-за полимеризации, нагрузка на насос и фильтр увеличивается.
2. Расслоение: при старении образуется вода, водная фаза отделяется от тяжёлой, богатой лигнином фазы.
3. Образование смолы: при длительном нахождении выше 100 °C тяжёлая фаза превращается в липкую смолоподобную массу.
4. Коксование: при более высокой температуре и длительном воздействии из смолы образуется кокс, питающие линии забиваются.
Эти стадии описаны VTT для масла из биомассы. Для проектирования важно, что значение имеет не только средняя температура продукта, но и температура греющей поверхности и время контакта с ней. При прямом нагреве тонкий слой у нагревательного элемента может коксоваться, даже если средняя температура выглядит допустимой.
Как определить «окно» подогрева
· Кривая вязкость — температура: Находится минимальная температура, при которой вязкость приемлема для насоса, фильтра и счётчика; это нижняя граница.
· Испытание выдержкой: Измеряется рост вязкости проб, выдержанных заданное время при температурах-кандидатах; максимальная температура с допустимым ростом — кандидат на верхнюю границу.
· Потеря воды и лёгких компонентов: Чрезмерный подогрев вызывает преждевременное испарение и забивание линий; пары также искажают учёт.
· Температура вспышки: Для масла из биомассы IEA приводит 40–110 °C; работа вблизи или выше температуры вспышки может потребовать пересмотра классификации взрывоопасных зон.
· Ограничения оборудования: Электроника счётчиков, уплотнения и рукава могут дополнительно сузить окно.
Иная схема подогрева, чем для мазута
Мазут обычно держат горячим в резервуаре хранения. VTT же рекомендует подогревать масло из биомассы в линии непосредственно перед потреблением, поскольку при длительном умеренном нагреве оно полимеризуется. Возвращать нагретое масло в резервуар без охлаждения не рекомендуется, а длительная циркуляция с термоциклированием заметно ухудшает качество и повышает вязкость. Отсюда схема перекачки: резервуар остаётся близким к температуре окружающей среды, тепло подаётся только при перекачке и только на нужном участке, а на обратной линии при необходимости предусматривается охладитель.
Способы подогрева с точки зрения пиролизного масла
Способ | Плюс для пиролизного масла | Ограничение |
Теплообменник на тёплой воде | Низкая и стабильная температура поверхности; пример рекомендуемого VTT косвенного нагрева | Отсутствие застойных зон, доступ для очистки |
Трубопровод или резервуар с рубашкой | Тепло распределяется по большой поверхности при низкой температуре | Температура теплоносителя — по верхнему пределу продукта |
Электрический путевой обогрев | Гибкое и управляемое поддержание температуры трубопроводов и арматуры | Ограничение температуры оболочки кабеля; во взрывоопасных зонах — проект по применимым стандартам |
Паровой спутник | Удобен при наличии пара | Температура пара может превышать предел продукта; локальный перегрев в местах контакта |
Прямые нагреватели (погружные, огневые) | Большая тепловая мощность | Риск коксования из-за высокой температуры поверхности; как правило, не применяются |
Обогрев, управление и изоляция
При применении электрического путевого обогрева во взрывоопасной зоне рамки проекта задаёт стандарт на резистивный электрообогрев во взрывоопасных средах, в невзрывоопасных промышленных зонах — общий стандарт на системы электрообогрева. Для пиролизного масла акцент смещается с мощности на ограничение температуры: ограничитель перегрева наряду с регулирующим термостатом, кабель, температура оболочки которого не превышает предел продукта, датчики в самых холодных и самых горячих вероятных точках и передача аварийных сигналов в систему управления.
Проблема обостряется при остановке потока: неподвижное масло дольше контактирует с горячей поверхностью. Поэтому управление обогревом может учитывать наличие расхода, а при длительных остановках предпочтительнее опорожнить линию и промыть её растворителем, совместимым с уплотнениями, чем держать её горячей. Тупиковые участки, импульсные отводы и неиспользуемые ответвления — места застоя горячего масла, которых следует избегать. Теплоизоляция снижает потери и холодные точки, а съёмные чехлы на арматуре и фильтрах сохраняют доступ для обслуживания.
Счётчики и приборы
Обогревающие рубашки для кориолисовых сенсоров помогают стабилизировать температуру, но изготовители требуют соблюдать пределы температуры окружающей среды для преобразователя и при необходимости применять выносное исполнение. Счётчики, датчики давления и температуры и их уплотнения должны быть рассчитаны на верхнюю границу окна подогрева. Проектирование узла учёта рассмотрено на странице об узлах учёта пиролизного масла.
Вклад TLY Enerji
В зависимости от объёма проекта TLY Enerji может оказать инженерную поддержку в выборе и поставке датчиков температуры, давления и расхода, подборе насосов и арматуры под условия процесса, интеграции сигналов управления подогревом и путевым обогревом в мониторинг и сигнализацию на базе ПЛК или SCADA, а также в монтаже, испытаниях и пусконаладке. Температурные пределы основываются на данных анализа владельца продукта; объём поставки оборудования путевого обогрева согласуется в начале проекта.
Исходные данные для проекта
· Вязкость, измеренная при нескольких температурах
· Рост вязкости после выдержки при температурах-кандидатах или результаты испытаний на стабильность
· Температура вспышки и содержание воды
· Диапазон температур окружающей среды, длины и трассы линий
· Частота перекачек и простоев; остаются ли линии заполненными при остановке
· Доступные теплоносители: тёплая вода, пар, термомасло, электроэнергия
· Классификация взрывоопасных зон
Связанные страницы
· Системы путевого обогрева: Общее сравнение электрического и парового обогрева.
· Налив пиролизного масла в автоцистерны: Как потребность в подогреве линии налива определяется по анализу.
· Узлы учёта пиролизного масла: Защита счётчика от перегрева и отложений.
· Перекачка вязких продуктов: Подбор насосов и линий с учётом вязкости.
Вопросы о подогреве пиролизного масла
Нужно ли держать резервуар с пиролизным маслом горячим?
Для масла из биомассы, как правило, нет. Реакции старения ускоряются с температурой, и длительно подогреваемый резервуар может дать рост вязкости и расслоение. VTT рекомендует подогрев в линии непосредственно перед потреблением и не возвращать нагретое масло в резервуар без охлаждения. Для масел из шин и пластиков решение принимается по результатам испытаний продукта.
До какой температуры можно нагревать масло из биомассы?
VTT рекомендует 40–80 °C при перекачке, а IEA Bioenergy указывает, что при 100 °C и выше масло быстро реагирует с образованием твёрдого остатка. Это общие ориентиры для масла быстрого пиролиза биомассы. Верхний предел для конкретного продукта устанавливается испытаниями выдержкой и измерениями вязкости именно этого продукта.
Действуют ли те же пределы для масла из шин?
Предполагать этого не следует. Масла из шин и пластиков по составу отличаются от масла из биомассы, и спецификации на пиролизную жидкость из биомассы их не охватывают. Надёжный числовой предел для них даёт только собственная кривая вязкости и испытание на стабильность.
Подходит ли паровой спутник для пиролизного масла?
Он удобен при наличии пара, но температура пара может превышать предел термической стабильности масла, а продукт у стенки обогреваемой трубы — локально перегреваться. Поэтому в первую очередь обычно рассматривают тёплую воду, низкотемпературные рубашки или электрообогрев с ограниченной температурой оболочки.
Нужно ли продолжать обогрев линии при длительной остановке?
Неподвижное масло из биомассы при длительном нагреве стареет и густеет. На короткие остановки температуру можно поддерживать, но при длительных чаще безопаснее опорожнить линию и промыть её совместимым с уплотнениями растворителем. Какую остановку считать длительной, определяют по испытанию продукта на стабильность.