目前联合站使用的相变加热炉从使用成本及获取渠道上，通常使用“水”作为中间介质，纯水的冰点为0℃。东北、西北、华北地区等主要原油产地冬季环境普遍低于冰点，由于相变加热炉是联合站的重要设备，联合站内备用相变加热炉需保证随时可以启动，在冬季需定期进行烘炉操作以提高，否则炉内水及加热盘管内油水混合物冻凝结冰，造成盘管或炉膛冻涨引发严重的设备事故。因此需要根据季节变化情况进行烘炉使加热炉处于热备用状态，每次烘一台加热炉大约需要天然气130m3左右，烘炉过程完全依靠人工的经验判断，现场操作人员往往是将加热炉运行至较高的温度后停炉，根据热力学原理温差与传热量成正比，不合理的烘炉方式造成燃料的浪费。能否依托目前加热炉的自控系统，拓展以环境温度、炉水温度、盘管内介质温度联动与加热炉的自动启停功能相结合，炉水配合使用防冻剂技术使炉体内的水在少烘炉或不烘炉的情况下，也不会结冰。
一、解决方法
已有的相关单位解决方法是将相变加热炉内加装电加热装置，并采用温度自动控制保证相变加热炉内的水保持在冰点以上，而不必定期烘炉。这种办法可以解决相变加热炉冬季中间介质结冰的问题，但从耗能的角度出发其结果是相同的。可以减少岗位操作人员的劳动强度但依然需要消耗大量的能源，只是消耗的能源相对环保。并且改造需要对设备本体进行相关改造，安装较多的附属设备，铺设电缆及相关设施，会有较多的前期安装费用及后期设备维护管理费用。如果从设备整体寿命周期核算成本，增加辅助加热设备的整体费用甚至会高于冬季定期烘炉的方式，并不是一个合理完整的解决方法，只是减少了岗位操作强度，并没有真正的解决实际问题。
二、替代中间介质的选择
本次难题解决讨预订方案为使用防冻剂，替代相变炉内的水，降低相变加热炉中间介质冰点。目前常用的防冻剂有三种：
（1） 酒精——水型防冻液
基本组成：酒精（甲醇、乙醇）、水、防腐剂、防霉剂等。 优点：流动性好，冰点低（-114℃），可在-70℃以下的低温环境中使用：价格便宜，配置简单。
缺点：酒精沸点低（甲醇64.5℃、乙醇78.3℃）在使用中蒸发量大，当防冻液中酒精含量达到40％以上时，就容易产生酒精蒸气而着火；酒精-水型防冻液冰点随酒精含量不同而变化，当酒精蒸发后，防冻液改变成分，冰点升高。
（2） 甘油-水型防冻液
基本组成：甘油、水、防腐剂、消泡剂等。
优点：甘油沸点高（290℃）蒸发损失小，不易发生火灾。化学稳定性好，使用寿命长;对金属腐蚀性小。
缺点：甘油降低冰点效率低，当甘油浓度为76.5％时，防冻液的冰点只能降到-45℃，配制同一冰点防冻液时，比乙二醇、酒精用量大，因此，这种防冻液用的少。
（3） 乙二醇-水型防冻液
基本组成：乙二醇、水、防腐剂、消泡剂和染料等
优点：乙二醇沸点高（197.4℃），使用中不易蒸发损失，使用中不易产生蒸气被人吸入体内而引起中毒；能与水以任意比例混合，混合后由于改变了冷却水的蒸气压，冰点显著降低，其降低的程度在一定范围内随乙二醇含量的增加而降低，当乙二醇的含量为68％时，冰点可降低到-68℃；另外，乙二醇闪点高（118℃），安全，不易着火。
缺点：乙二醇有毒，在配保管和使用过程中应防止吸入体内；乙二醇防冻液在使用中易生成酸性物质，对金属有腐蚀。因此，应加入适量的磷酸氢二钠等以防腐蚀。
从三种防冻剂的物性来分析， 酒精——水型防冻液中的酒精沸点低于水的沸点，不适合应用在相变加热炉中，从物性上分析会造成相变加热炉运行工况酒精沸腾汽化，形成易燃易爆混合气体，运行工况下相变加热炉将变成一个危险的酒精蒸汽炸弹。乙二醇-水型防冻液，对金属有腐蚀性会对炉管造成腐蚀，造成油品泄漏的风险增加，不易作为中间介质使用。
甘油化学名称为丙三醇无毒、无色、透明、无臭、粘稠液体，味甜，具有吸湿性。 与水和醇类、胺类、酚类以任何比例混溶，水溶液为中性。对金属无腐蚀性，作溶剂使用时可被氧化成丙烯醛。非常适合相变加热炉作为中介介质，环保性好且对金属无腐蚀。按照仪表用防冻隔离液配方其相关物性为：
三、甘油水溶液作为中间介质
冬季辽宁地区最低气温在零下25℃至零下30℃“甘油水溶液”以仪表用隔离液物性正合适。甘油水溶液冰点足够保证低温不冻结，甘油沸点高（290℃）蒸发，不易发生火灾化学稳定性好，使用寿命长;对金属腐蚀性小，价格较为合理，使用过程需要与水按“仪表用防冻隔离液”比例调试形成冰点较低的防冻液，是较为合适的替代品。
四、需要实验验证的问题：
1. 根据其实际使用情况需要时间较长的实验
相变炉工作环境较为复杂，而仪表用不会对防冻剂进行重复加热，甘油水溶液的最终性能需要进行长时间的效验，目前已经制作开发了模拟用微型相变炉，用做实验用数据采集，开发初期使用汽油喷灯作为燃烧器，工作成本较高。后开发研制微型燃气燃烧器，作为微型相变炉的专用燃烧器以降低实验成本，使用液化气罐作为燃料实验成本仍然较高，后续将计划开发一款密闭用2L左右焊接钢管制作实验道具，模拟运行相变炉，并使用电磁炉作为加热设施以降低实验成本。
2. 相变炉的工作参数会发生变化
相关炉的工况需要“仪表用防冻隔离液”溶液内的水分沸腾蒸发，根据其物性表其沸点为106℃，有可能会造成相变炉的工作相关产生发生变化。同时甘油作溶剂使用时可被氧化成丙烯醛，因此在实际工作过程中，由于相变炉是气密性较好，其气体空间应使用氮气置换空气，避免甘油氧化提高其使用寿命。
3. 设备实际应用如何开展
依据Q/SY GD 025-2013《输油气设备分类管理规范》加热炉的最低分类为B类，属于站场主要设备、关键设备。对关键设备设施的技术改造及应用，相关规定如何界定，加入甘油水溶液后因中间介质的变化引起的相关参数变化修订工作等等实际困难，集团、协会、油田及相关专家需要更多的支持与协调。
4. 效益分析
1750KW相变加热炉每烘炉一次需要燃烧天然气130m³，即使以民用天然气价格计算2.5m³/元需要花费325元，相变炉运行其附属设备风机等还需要消耗一定的电能。如完全以工业价格进行估算烘炉一次的成本应不低于800元。在辽宁地区采用纯水作为中间介质每年十月至来年三月需烘炉，十一月至来年二月气温较低需3天左右烘炉一次，十月和来年三月需5天左右烘炉一次，每台备用炉全年需要烘炉42次则需要花费则需要花费3.36万元。
1750KW相变加热炉的规格为11.4米×Φ4.44米体积为55.176m³，如加入中间介质参考模拟炉0.4米×Φ0.2米体积约为16L，合理添加液体量约为2L，占比25%。则1750KW相变加热炉总容积为13.794立方米，目前查询的工业级按纯度不同各厂家报价格0.55万元—1万元。目前为低温烘炉，防冻液比例做调整，目前实验数据1:3至1:5比例可以保证在零下5摄氏度不结冰。实验环境为室外环境实测，2月4日至2月10日实验长时间零下10摄氏度~16℃低温，零下15℃露天16小时以上非1：1防冻液无效，均会冻结。零下10~12℃，1：2；1:3；1:4第一次会形成空心装结冰，即甘油水溶液受低温水合物结冰导致甘油析出。未结冰部分可明显观察出粘稠状甘油，随部分结冰但未形成实体，结冰体积甘油比例越高冻结实体越小，整体体积未发生变化不会发生冻涨伤害。如未及时解冻混合，经72小时以上长时间冷冻后会结冰成实体。
零下5℃左右，均1:4以上的溶液均表现良好应为溶液混合问题导致有冰片装冻结情况，1：3溶液完全无冻结现象。低比例溶液基本已经冻结，纯水则完全冻结。
以甘油“丙三醇”的化学性质稳定，相变炉的运行温度为95.8℃，相对其沸点290℃。如实际工作过程中，由于相变炉是气密性较好，其气体空间应使用氮气置换空气，避免甘油氧化提高其使用寿命，可保持零下10摄氏度内温度不结冰当加热炉燃烧器出现故障24时间内不烘炉，辽宁地区冬季大部分时间内不会造成设备损坏。
五、炉水温度与燃烧器联动
1、燃烧器自动化情况
目前燃烧器自动化水平较高，具备远程自动启动功能，此项自动化功能通常为炉控PLC控制，同时加热炉的各项参数也通过PLC进行收集自动调控，可通过升级PLC控制将炉水温度作为启动条件。燃烧器实时处于热备用状态，当炉水温度低于某个数值时（建议零上5℃~10℃，根据现场实际情况出发），发出自动启炉信号并进行报警，为确保运行安全可设置人工确认功能，值守人员收到报警信息后进行设备巡视完好后，点击确认自动运行，加热至经济性较高的设定温度。此建议不要过高，温差越大传热率越高，能耗越大不经济，过低则会造成设备频繁启动有运行风险需要通过计算及实际情况设定。
2、环境温度联动
燃烧器自动启动应与环境温度联动，环境温度不低于零点或不会对设备造成低温伤害的，自动停止自动烘炉程序。当环境温度与烘炉温度都达到需求自动烘炉启动，达到节能降耗，减少员工劳动强度的目的。
本次技术难题攻关，不涉及设备本体变更。只需将配备好的水溶液替代当前中间介质“水”，没有改造技术难度。难题攻关实际设备个人建议开一个排放孔，定期对中间介质的情况进行检查。同时自动化系统也需要进行优化，并专业检测仪表给出详细的长时间加热试验后，甘油水溶液的物理性质及化学性质变化。