Có một kiểu gọi điện tôi nhận khá đều từ các nhà máy quanh Vũng Tàu: dầu trong bồn gia nhiệt mới thay hơn hai năm đã sẫm màu, sánh lại, bơm kêu to hơn. Người hỏi thường mở đầu bằng câu "dầu này kém quá". Nhưng xem lại sổ vận hành thì câu chuyện hay nằm ở chỗ khác: hệ thống đang chạy sát trần nhiệt cho phép, và cảm biến đặt ở đường hồi nên chưa bao giờ đọc được nhiệt độ thật trên bề mặt thanh gia nhiệt.

Dầu truyền nhiệt khác dầu bôi trơn ở chỗ nó không gánh tải, nó chở nhiệt. Ba thứ quyết định là giới hạn nhiệt của dầu, mức độ dầu giữ sạch bề mặt trao đổi nhiệt, và tốc độ dầu biến chất. Cả ba đều in trên tờ thông tin kỹ thuật của Shell Heat Transfer Oil S2, nên bài này đọc thẳng từ đó.

Dầu truyền nhiệt hư theo cách khác hẳn dầu bôi trơn

Ở nhiệt độ cao kéo dài, phân tử dầu bị cracking thành hai nhóm: nhóm nhẹ, dễ bay hơi, và nhóm nặng, kém hòa tan. Nhóm nhẹ làm điểm chớp cháy tụt dần, nghĩa là rủi ro cháy tăng lên trong khi máy vẫn chạy bình thường. Nhóm nặng bám thành cặn trên thanh gia nhiệt và thành ống, làm lớp truyền nhiệt dày lên, buộc bề mặt phải nóng hơn để giữ cùng một nhiệt độ bồn.

Song song đó là oxy hóa: dầu đặc lại, tính axit tăng, ăn mòn đường ống và van. TDS của Shell Heat Transfer Oil S2 mô tả đúng ba thứ cần chống cho hệ truyền nhiệt gián tiếp khép kín là chống cracking dầu, chống oxy hóa và chống hiện tượng dầu bị đặc lại. Cả ba để lại dấu vết đo được: điểm chớp cháy, độ nhớt, tính axit.

Hai con số giới hạn phải biết trước khi mua dầu

TDS ghi hai giới hạn vận hành cho Shell Heat Transfer Oil S2: nhiệt độ màng dầu tối đa 320°C và nhiệt độ bồn dầu tối đa 300°C. Hai con số này không thay thế nhau, và đây là chỗ nhiều nhà máy hiểu sai.

Nhiệt độ bồn là nhiệt độ trung bình của khối dầu. Nhiệt độ màng dầu là nhiệt độ lớp dầu nằm sát ngay bề mặt thanh gia nhiệt, nơi mật độ thông lượng nhiệt cao nhất, luôn nóng hơn phần dầu còn lại. Khi bồn đã chạy 290 đến 300°C, lớp màng sát thanh gia nhiệt gần như đã chạm trần 320°C; nếu trên thanh gia nhiệt có một lớp cặn mỏng, nhiệt độ màng còn cao hơn nữa dù đồng hồ nhiệt của bồn không nhích.

Nói cách khác, giới hạn 320°C là giới hạn thiết kế của cả hệ, không phải của riêng dầu. Nó hàm ý ba việc: đặt cảm biến gần thanh gia nhiệt nhất, giữ bề mặt thanh gia nhiệt sạch, và không lấy nhiệt độ bồn làm thước đo duy nhất.

Bảng chỉ số Shell Heat Transfer Oil S2: những con số đáng nhớ

Số liệu dưới đây lấy trực tiếp từ tờ thông tin kỹ thuật Shell Heat Transfer Oil S2 (bản v1.3), không suy luận từ tên gọi:

Khối lượng riêng 857 kg/m³ ở 20°C.
Điểm chớp cháy cốc kín (PMCC) 208°C và cốc hở (COC) 220°C, hai giá trị dùng làm mốc khi theo dõi dầu đã qua sử dụng.
Độ nhớt động học 29 mm²/s ở 40°C, 5,1 mm²/s ở 100°C và 1,4 mm²/s ở 200°C. Đây là dầu gốc khoáng cấp nhớt mỏng, được chọn để bơm tuần hoàn dễ và truyền nhiệt tốt trong dải nhiệt rộng.
Điểm sôi ban đầu 330°C, nhiệt độ tự bùng cháy 332°C, tức cao hơn trần nhiệt độ màng dầu.
Điểm đông đặc −12°C.
Trị số trung hòa dưới 0,2 mg KOH/g, tro oxit dưới 0,01% khối lượng, cặn cacbon Conradson dưới 0,01%, ăn mòn đồng 3 giờ ở 100°C xếp hạng 1.
Hai chuẩn in cuối trang: ISO 6743-12 Family Q và DIN 51522.

Ba chỉ số cuối đáng để ý hơn vẻ ngoài của chúng. Trị số trung hòa và tro thấp nghĩa là dầu có ít chất tạo cặn ngay từ đầu, còn xếp hạng ăn mòn đồng mức 1 nghĩa là dầu không tấn công chi tiết đồng thau trong bơm và van.

Điểm ít ai để ý: áp suất bay hơi thấp và độ hòa tan cao

TDS nêu hai đặc tính mà khi đọc lướt dễ bỏ qua. Thứ nhất, dầu có áp suất bay hơi thấp để chống cracking, từ đó giảm việc hình thành các sản phẩm phân hủy dễ bay hơi. Thứ hai, dầu không ăn mòn và có độ hòa tan cao, giúp giữ các sản phẩm oxy hóa ở dạng hòa tan nên bề mặt bên trong bộ trao đổi nhiệt sạch hơn.

Vì sao quan trọng với chi phí vận hành? Sản phẩm phân hủy dễ bay hơi không tự biến mất: chúng phải được thu hồi bằng bộ thu ngưng tụ và khoang giãn nở, và chính chúng làm điểm chớp cháy tụt theo thời gian. Dầu sinh ít sản phẩm bay hơi đồng nghĩa ít phải xả khí, ít phải bù dầu.

Bốn chỉ tiêu nên xét nghiệm định kỳ để biết dầu còn dùng được

TDS khuyến nghị theo dõi tình trạng dầu thường xuyên và chỉ ra bốn chỉ tiêu cụ thể: độ nhớt, tính axit, nhiệt độ chớp cháy (cả cốc hở và cốc kín), và hàm lượng chất không tan. Độ nhớt cho biết dầu bị đặc hay bị pha loãng bởi sản phẩm nhẹ. Tính axit cho biết mức oxy hóa và nguy cơ ăn mòn. Điểm chớp cháy là chỉ số an toàn. Chất không tan là mức độ cặn trong hệ.

Có một câu trong TDS mà tôi nhắc lại với khách gần như mỗi lần: mức độ thay đổi các tính chất có ý nghĩa hơn các giá trị thực tế. Một mẫu dầu có điểm chớp cháy 200°C chưa chắc đáng lo, nhưng cùng mẫu đó tụt từ 208°C xuống 200°C trong sáu tháng là tín hiệu phải xử lý. Muốn đọc được xu hướng, mẫu đầu kỳ phải lấy làm mốc: cùng vị trí, cùng trạng thái vận hành, ghi kèm nhiệt độ lúc lấy mẫu.

Khi nào không nên chọn dòng dầu này

Có mấy trường hợp nằm ngoài phạm vi của Shell Heat Transfer Oil S2, và người bán có trách nhiệm nói rõ:

Cần nhiệt độ màng dầu trên 320°C hoặc nhiệt độ bồn trên 300°C: phải dùng loại dầu được công bố cho dải nhiệt cao hơn, không kéo dài giới hạn bằng cách tăng nhiệt đầu đốt.
Hệ truyền nhiệt hở, dầu tiếp xúc oxy liên tục: TDS chỉ định sản phẩm cho hệ truyền nhiệt gián tiếp khép kín, cùng thiết bị như lò sưởi dầu.
Ứng dụng yêu cầu chấp thuận cấp thực phẩm: bản TDS này không công bố chấp thuận đó, nên nếu dây chuyền có yêu cầu này thì phải hỏi bộ phận kỹ thuật trước khi đặt hàng.
Hệ đang rò rỉ hoặc đã nhiễm nước: xử lý nguyên nhân trước, vì thay dầu trong hệ còn rò rỉ chỉ làm hỏng thêm lượng dầu mới.

TDS ghi ứng dụng chính gồm hệ trao đổi nhiệt tuần hoàn khép kín trong công nghiệp xử lý, nhà máy hóa chất, sản xuất vải sợi và thiết bị gia dụng như lò sưởi dầu. Nếu ứng dụng thực tế không nằm trong danh sách này, câu trả lời đúng là hỏi đại diện Shell trước khi nạp dầu, không phải thử xem sao.

Tóm lại

Chọn dầu truyền nhiệt gọn lại thành bốn việc: xác định nhiệt độ màng dầu thực tế trên thanh gia nhiệt, đối chiếu với giới hạn 320°C của dầu, chọn loại dầu giữ sạch bề mặt trao đổi nhiệt, rồi lấy mẫu định kỳ để so với mốc đầu kỳ.

Shell Heat Transfer Oil S2 đứng trong khung đó với dải nhiệt màng dầu tới 320°C, nhiệt độ tự bùng cháy 332°C, trị số trung hòa dưới 0,2 mg KOH/g, cặn cacbon dưới 0,01% khối lượng, thuộc ISO 6743-12 Family Q và đáp ứng DIN 51522. Việc còn lại là của người vận hành: biết hệ mình đang chạy ở đâu trên thang nhiệt, thay vì chỉ nhìn đồng hồ nhiệt của bồn.

Dầu truyền nhiệt hỏng vì nhiệt độ màng dầu: đọc TDS Shell Heat Transfer Oil S2