ULJA ZA PRENOS TOPLOTE

Za odvijanje tehnološkog procesa, ukazuje se potreba kako za direktnim tako i za indirektnim zagrevanjem nekog fluida (tečnost ili gas). Razmena toplote je zastupljena kako u velikim industrijskim postrojenjima tako i u domaćinstvu. Uređaji koji vrše razmenu toplote mogu biti: radijatori, grejači vode, rashladne baterije, isparivači i dr.
U industriji, za indirektnu zagrevanje se koriste izmenjivači toplote ili rekuperatori (slika 1).

Razmenjivači toplote su postrojenja u kojima se toplota prenosi sa jednog fluida na drugi, bez direktnog dodira. Kontakt između fluida ostvaruje se preko zida cevi. Način, na koji se odvija razmena toplote, u termodinamici, se naziva konvekcija (prelaz) i kondukcija (provođenje). Fluidi koji se koriste u tim postrojenjima mogu biti: voda, mineralna ulja, sintetičke mešavine, rastopljene soli. 

U ovom pregledu biće reči o mineralnim uljima u procesu prenosa toplote.

Osobine mineralnih ulja
Mineralna ulja za prenos toplote, najčešće se izrađuju od visoko rafinisanih parafinskih ulja. Jedna od glavnih osobina ovih ulja je nizak sadržaj koksnog ostatka, te se iz tog razloga zahteva visok kvalitet rafinacije. 

Dobre strane ovih mineralnih ulja:

1. Manji pritisak pare na povišenim temperaturama;
2. Ne postoji problem korozije i taloženja;
3. Niska tačka stinjavanja;
4. Mogućnost postizanja velike tačnosti regulisanja temperature (2 do 5o C).

Loše strane ovih mineralnih ulja:

1. Manji koeficijent prenosa toplote; 
2. Sklonost ka koksovanju i oksidaciji koja ograničava vreme trajanja;
3. Potreba za prinudnom cirkulacijom i radom bez prisustva vazduha; 
4. Veća cena koštanja. 

Primena ulja za prenos toplote
Ulja za prenos toplote su našla primenu u industrijskim postrojenjima za proizvodnju tekstila, papira, u hemijskoj indstriji, prehrambenoj industriji, u sušarama kao i u asfaltnim bazama.

U pogledu temperatura kojima se izlažu ulja za prenos toplote, mogu se podeliti na:

1. Ulja u zatvorenim sistemima, gde temperatura dostiže do 300oC;
2. Ulja u otvorenim sistemima, gde temperatura dostiže do 200oC.

Prilikom izbora ulja za prenos toplote, treba uzeti u obzir sledeće podatke: 

• da li se radi o otvorenom ili zatvorenom sistemu;
• maksimalna dozvoljena temperatura ulja;
• specifična toplota ulja;
• sadržaj koksa u ulju; 
• cena ulja.

Takođe, mineralna ulja zahtevaju prinudnu cirkulaciju (korišćenje pumpe), a da bi strujanje bilo efikasno, brzina strujanja ulja ne bi smela biti manja od 1 m/s. Zbog mogućnosti povišenja temperature ulja, kao i nastanka gasne faze u ulju, pogon za razmenu toplote mora biti visoko automatizovan, kako bi se održavala zadata temperatura ulja. Treba uzeti u obzir da se zapremina ulja za prenos toplote povećava za 20-25%, te iz tog razloga, u sistem je potrebno ugraditi ekspanzionu posudu. 

Označavanje kvaliteta ulja za prenos toplote
Ulja za prenos toplote, prema svojim karakteristikama i mogućnostima primene, označena su po ISO standardu,što je i prikazano u ovoj tabeli:

Degradacija ulja za prenos toplote
Procesi koji utiču na degradaciju ulja za prenos toplote, što za posledicu ima kraći eksploatacioni vek ovog ulja su:

1. Oksidacija 
   Ulja za prenos toplote oksidira kada reaguje sa kiseonikom u vazduhu pomoću slobodnih radikala. Parafini ovim putem prelaze u kiseline i polikondenzovane smolaste proizvode. U početku su ti proizvodi meki i delimično se rastvaraju u ulju, povećavajući viskozitet ulja. Kasnije, ti talozi postaju čvršći, što može dovesti do oštećenja ili smanjivanja efikasnosti sistema za prenos toplote. Oksidacija je u direktnoj vezi sa porastom temperature - što je viša temperatura ulja, brža je oksidacija istog.
2. Termička degradacija i nastanak koksa 
   Ovaj proces, poznat je i kao termičko pucanje (egl. thermal cracking). Pod dejstvom visokih temperatura, koje prelaze maksimalne vrednosti dopuštene od proizvođača ulja, dolazi do razgradnje ugljovodonika, pri čemu dolazi do taloženja ugljenika u obliku mulja. Taj mulj, vremenom postaje čvršći i pretvara se u koks. Koks se taloži na zidovima posuda kod kojih je manja brzina protoka. Tako nataložen koks deluje kao izolator, te smanjuje efikasnost razmenjivača toplote.  Treba imati u vidu, da sa svakim porastom temerature za 10oC iznad dozvoljene gornje granice, brzina degradacije se duplo povećava.

Određivanje optimalnog perioda zamene ulja za prenos toplote
Najpouzdaniji podatak o stanju, odnosno, o stepenu degradacije ulja za prenos toplote, dobija se na osnovu  utvrđenih vrednosti fizičko hemijskih osobina ulja, standardnim laboratorijskim metodama  (tabela 2).

Tabela 2: Metode laboratorijskog određivanja fizičko hemijskih osobina ulja za prenos toplote

Eksploataciona ispitivanja su pokazala da je očekivani eksploatacioni vek ulja za prenos toplote, 4.000 - 5.000 radnih sati.

Zaključak

1. Uzimajući u obzir sve pozitivne i negativne osobine mineralnih ulja za prenos toplote, zbog svoje prihvatljive cene, ova ulja su široko rasprostranjena u uređajima za indirektni prenos toplote (u tekstilnoj, hemijskoj i industriji papira, sušarama, asfaltim bazama);
2. Za izradu mineralnih ulja za prenos toplote, koriste se visoko rafinisana bazna ulja parafinske osnove, koja sadrže max. 0,05-0,15 % koksa;
3. Pri izboru viskoziteta ulja za prenos, vodite se na osnovu preporuke proizvođača opreme;
4. U cilju sprečavanja degradacije ulja za prenos toplote, odnosno, smanjivanja eksploatacionog veka istog, potrebno je održavati konstantnu temperaturu ulja. Zbog toga, postrojenje za prenos toplote treba da bude visoko automatizovano;
5. Prilikom pravilnog korišćenja, očekivani eksploatacioni vek ulja za prenos toplote kreće se od 4.000 do 5.000 radnih časova. 

Autor:
sci. dipl. ing. Aleksandar Kekić, 
Inženjer razvoja, primene i tehničke podrške, ADECO