導(dǎo)熱油在高溫條件下運(yùn)行若干年，爐內(nèi)導(dǎo)熱油經(jīng)歷復(fù)雜變化，導(dǎo)熱油都是有機(jī)化合物組成的混合物。以礦物油為例，其組分的分子量在250～750范圍內(nèi)，熱載體爐爐膛內(nèi)燃料燃燒的火焰及煙氣溫度高達(dá)1200℃以上，熱載體在爐管內(nèi)經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤，各種組分會(huì)發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，有的分子聚合成更大分子，有的分子分解為較小分子，形成分子量大于750的膠質(zhì)與小于250的低沸點(diǎn)物。低沸點(diǎn)物在爐管內(nèi)形成氣泡需要在系統(tǒng)中排除到系統(tǒng)外，而膠質(zhì)則進(jìn)入爐管管壁附面層或液膜層形成焦質(zhì)，這就是熱載體爐爐管結(jié)焦的根本原因。

首先我們先來分析爐管內(nèi)熱載體流動(dòng)，管內(nèi)熱載體以2米/秒的速度流動(dòng)成為爐管內(nèi)軸向主流。爐管在爐膛內(nèi)受熱，面向火焰一面管壁溫度要比另一面高，爐管環(huán)向管壁存在溫度差，熱載體受熱不均勻產(chǎn)生周向環(huán)流，熱載體粘度使?fàn)t管內(nèi)壁形成邊界層，邊界層內(nèi)平均速度遠(yuǎn)小于流體主流，邊界層底部稱為層流底層，邊界層與爐管內(nèi)壁之間存在液膜層，液膜層流體速度為零。熱載體通過爐管壁傳熱，爐管內(nèi)存在熱邊界層。流體邊界層和熱邊界層厚度之比決定于普朗特?cái)?shù)Ｐr，熱邊界層內(nèi)的溫度梯度80%集中在層流底層。降低邊界層厚度就是降低邊界層層流底層和液膜層溫度，提高熱載體主流速度就是為了降低邊界層厚度，說到底為了降低液膜層溫度。熱載體爐運(yùn)行初期，邊界層層流底層厚度約為100μm，液膜層厚度約為20μm，液膜和熱載體主流溫差在20℃左右，系統(tǒng)工作情況良好。隨著時(shí)間推延，熱載體中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)不斷生成，在運(yùn)行中不斷進(jìn)入邊界層和液膜層，使兩者厚度稍稍增加。我們?cè)倏疾鞝t膛，燃料燃燒的火焰和煙氣在爐管表面是不均勻的，極端輻射溫度在1200℃左右，此處爐管金屬溫度會(huì)超過600℃，爐管內(nèi)壁液膜溫度也要比其他位置的液膜溫度高，較高溫度液膜層更容易吸附膠質(zhì)使液膜層厚度迅速增加，同時(shí)此處邊界層厚度也在增加。如此循環(huán)作用，液膜溫度很快上升到360℃甚至400℃，膠質(zhì)逐漸烘烤成焦質(zhì)，爐管壁面局部結(jié)焦并向其他部位蔓延。熱載體爐結(jié)焦過程是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢但又是一個(gè)不斷增速的過程。