Коксуването на термомаслото по същество е крекинг и полимеризация на маслото при висока температура. Крекингът дава нискокипящи фракции, полимеризацията — висококипящи и кокс. На всеки 10 °C повишение скоростта на крекинг примерно се удвоява, затова «съвсем малко над нормата» при продължителна експлоатация излиза скъпо.

Температурата на филма е главният показател

В циркулационна система обемната температура на маслото може да е 280 °C, но граничният слой до стената на тръбата е значително по-горещ. Температурата на този слой е температурата на филма: тя е равна на обемната температура плюс произведението на плътността на топлинния поток и термичното съпротивление на граничния слой.

Щом температурата на филма превиши допустимата за маслото граница, прилепналият към стената слой започва да се коксува. Коксовият слой провежда зле топлината и допълнително повишава температурата на стената — възниква верига на положителна обратна връзка. Много системи изминават пътя от «по-бавно загряване» до «напълно запушен» само за няколко месеца.

Защо скоростта на потока е важна

Колкото по-висока е скоростта, толкова по-тънък е граничният слой и по-ниска температурата на филма. За системи с термомасло се препоръчва 1,5–2,5 m/s; под 1 m/s граничният слой забележимо се удебелява.

На практика ниската скорост най-често се дължи на няколко причини: помпа с недостатъчен капацитет, твърде много колена, запушен филтър и прекалено отворен байпасен вентил. Последната е най-незабележимата: за да се коригира температурата на изхода, на площадката често отварят байпаса наполовина и основният контур остава само с половината от проектния разход.

Повърхностното натоварване задава топлинния поток

Колкото по-високо е повърхностното натоварване на елемента, толкова по-висока е температурата на филма при същата скорост. За термомасло то се поддържа на 2–3 W/cm² — и не се прилагат 6–8 W/cm², типични за системи с гореща вода.

Мощните уредби трябва да се сглобяват от много разнесени елементи, а не от няколко елемента с голяма мощност, групирани заедно. В първия случай плътността на топлинния поток е ниска и турбулизацията на маслото е добра, във втория — възниква локална гореща зона точно до елементите.

Маслото не служи вечно

Минералното термомасло обикновено служи 3–5 години, синтетичното може да достигне 8–10 години при нормални условия. Състоянието на маслото се оценява по три показателя: коксуемост, киселинно число и кинематичен вискозитет. При коксуемост над 1,5 % или киселинно число над 0,5 мг KOH/г е разумно да се планира смяна или частично доливане.

Доливането на прясно масло не решава проблема винаги. Пероксидите в старото масло ускоряват стареенето на новото, затова ако коксуемостта вече е висока, най-добре е да се смени целият обем и системата да се промие.

Няколко правила при проектиране

  • Разширителният съд се оразмерява на 1,2× от количеството масло в системата и се разполага над най-високата точка
  • Температурата на разширителния съд се поддържа под 70 °C, за да не се окислява горещото масло при контакт с въздуха
  • Поставя се точка за измерване на температурата на изхода на нагревателя и контрол на разхода или на препада на налягане на обратната линия
  • При спиране първо се сваля нагряването, а циркулационната помпа работи още 15–30 минути, за да отведе остатъчната топлина
  • Преди пускане на нова система маслото се изварява и дегазира, с постепенно повишаване на температурата до 120 °C за отстраняване на влагата

Коксуването не е само проблем на нагревателя и не може да се отстрани напълно със смяна на съоръжението. Управлявайте скоростта, температурата на филма и качеството на маслото — и ресурсът ще последва сам.