Thermische olie: werking, types en de juiste keuze voor industriële verwarmingsprocessen

Wat is thermische olie en waarvoor wordt ze gebruikt?

Thermische olie, ook wel warmteoverdrachtsolie of heat transfer fluid (HTF), is een gespecialiseerde vloeistof die warmte opneemt van een warmtebron en transporteert naar een proces. In tegenstelling tot stoom- of heetwaterverwarming werkt een thermisch oliesysteem drukloos of bij zeer lage druk, terwijl stoom van vergelijkbare temperatuur tientallen bar vereist. Pas bij de allerhoogste temperaturen (DPO/bifenyl tot 400 °C) staat het systeem onder lichte druk (circa 10 bar).

De olie circuleert continu: ze wordt verhit in een ketel (gas-, olie- of biomassa-gestookt), stroomt naar warmtewisselaars of reactorvaten, geeft warmte af en keert terug naar de ketel. De technologie wordt op grote schaal toegepast in chemie, voeding, kunststof, hout, textiel en zonne-energie, en de markt groeit gestaag mee met de vraag naar energie-efficiënte industriële verwarming.

‍

Waarom thermische olie en geen stoom?

Drie eigenschappen maken thermische olie aantrekkelijker dan stoomverwarming voor temperaturen boven 180 °C. Water heeft bij 300 °C een dampdruk van circa 86 bar, wat zware drukapparatuur vereist. Thermische olie heeft bij dezelfde temperatuur een dampdruk dicht bij atmosferisch.

• Drukloze werking bij hoge temperaturen: het systeem is lichter, eenvoudiger en goedkoper uit te voeren.
• Hogere maximale temperatuur: stoom is praktisch beperkt tot circa 250 °C, thermische olie haalt 400 °C.
• Nauwkeurige, gelijkmatige temperatuurregeling: dankzij precieze regeling (±1 °C) en een lagere warmteflux dan condenserende stoom worden lokale oververhitting (hot spots) en aankoeken in temperatuurgevoelige processen vermeden.

‍

In welke sectoren wordt thermische olie toegepast?

Thermische olie heeft een breed toepassingsgebied in industriële verwarming. Acht sectoren gebruiken ze structureel.

• Chemische en petrochemische industrie: verwarming van reactoren, destillatiekolommen en leidingen tot 400 °C.
• Kunststof- en rubberindustrie: verwarming van extruders, spuitgietmatrijzen en kalandermachines.
• Voedingsmiddelen- en drankenindustrie: friteuses, bakprocessen, drogers, sterilisatie (vaak met food-grade thermische olie).
• Hout- en plaatmaterialenindustrie: perssystemen voor spaanplaat, MDF, multiplex en laminaat.
• Textielindustrie: verfbaden, drooginstallaties en fixeerframes.
• Asfalt- en bitumenindustrie: opslagtanks, menginstallaties en sproeisystemen.
• Zonne-energiecentrales (CSP): geconcentreerde zonne-energie met parabolische troughs gebruikt synthetische thermische olie.
• Farmaceutische industrie: nauwkeurig gecontroleerde verwarming van reactoren en drogers.

‍

Welke types thermische olie bestaan er?

De keuze van het olietype wordt bepaald door het temperatuurbereik, het systeemtype (open of gesloten), de veiligheidseisen en het budget. Vijf hoofdtypes zijn relevant.

‍

Minerale thermische olie

Minerale warmteoverdrachtsolie is gebaseerd op hooggeraffineerde paraffinische aardoliën. Het is het meest gangbare en kosteneffectieve type, geschikt voor toepassingen tot circa 300 à 320 °C bulktemperatuur. De maximale filmtemperatuur ligt ongeveer 20 °C hoger, rond 340 °C — bij Shell Heat Transfer Oil S2 bijvoorbeeld geldt een maximale filmtemperatuur van 340 °C bij een bulktemperatuur van 320 °C. Minerale olie is gevoeliger voor oxidatie dan synthetische olie, vooral in open systemen of bij onvoldoende stikstofafdekking.

Synthetische koolwaterstof

Synthetische koolwaterstofoliën (bijvoorbeeld dibenzyltolueen of gehydrogeneerde terphenylen) bieden uitstekende thermische stabiliteit tot bulktemperaturen van 330 à 350 °C en filmtemperaturen tot circa 370 °C. Ze hebben een hogere aanschafprijs dan minerale olie, maar een aanzienlijk langere levensduur. Daardoor zijn ze geschikt voor moderne procesinstallaties waarbij langere verversingsintervallen het prijsverschil terugverdienen.

Synthetische aromatische olie (DPO/bifenyl)

Voor de hoogste temperaturen wordt het eutectische mengsel van difenyloxide (DPO, 73,5 %) en bifenyl (26,5 %) ingezet. Bekende merken zijn Therminol VP-1 (Eastman) en Dowtherm A (Dow Chemical). Het mengsel kan worden gebruikt tot 400 °C bulktemperatuur en is ook geschikt voor dampfasesystemen. Een belangrijk aandachtspunt: het kristallisatiepunt ligt rond 12 °C. In koude omgevingen — denk aan buitenopstellingen zoals CSP-installaties — is daarom begeleidingsverwarming (tracing) van de leidingen nodig om te voorkomen dat de vloeistof stolt.

Siliconenolie

Siliconen-gebaseerde warmteoverdrachtsvloeistoffen (polydimethylsiloxanen) worden ingezet in open of blootgestelde systemen tot circa 150 °C, en in gesloten systemen onder druk tot 400 °C. Hun sterke punt is de uitstekende oxidatiestabiliteit, waardoor ze geschikt zijn voor open systemen, gecombineerd met een zeer breed temperatuurbereik en niet-toxische varianten. De warmteoverdracht is wel minder efficiënt dan die van minerale of synthetische koolwaterstofoliën, door de lagere thermische geleidbaarheid en soortelijke warmte. (Voor food-grade toepassingen blijft witte minerale olie met NSF HT1-certificering doorgaans de standaardkeuze.)

Glycol-gebaseerde vloeistoffen

Glycol-gebaseerde warmteoverdrachtsvloeistoffen — op basis van ethyleenglycol of propyleenglycol, doorgaans gemengd met water — zijn bedoeld voor het lagere temperatuurbereik, ruwweg van −30 °C tot circa 175 °C. Ze worden vooral ingezet waar vorstbescherming nodig is: koel- en verwarmingscircuits, klimaatinstallaties en processen die onder het vriespunt moeten kunnen werken. Propyleenglycol is daarbij de niet-toxische, food-grade variant en wordt verkozen in voedings- en farmaceutische toepassingen; ethyleenglycol heeft een iets betere warmteoverdracht en lagere viscositeit, maar is toxisch en dus ongeschikt bij mogelijk productcontact. Een belangrijk aandachtspunt is onderhoud: glycol-watermengsels vereisen corrosie-inhibitoren en periodieke controle van de glycolconcentratie en de pH, omdat verouderde glycol verzuurt en corrosief wordt.

‍

Kies je de juiste thermische olie voor jouw procestemperatuur? Plan een advies

‍

Wat is filmtemperatuur en waarom is ze belangrijker dan bulktemperatuur?

Het onderscheid tussen bulktemperatuur en filmtemperatuur is essentieel en wordt in de praktijk regelmatig verward. Een verkeerde inschatting versnelt de degradatie van de olie aanzienlijk.

Bulktemperatuur

De bulktemperatuur is de gemiddelde temperatuur van de olie in het systeem, gemeten op een representatief punt in het leidingcircuit. Dit is de procestemperatuur die de installatie regelt en bewaakt. Wanneer een meetinstrument de olietemperatuur aangeeft, gaat het bijna altijd om de bulktemperatuur.

Filmtemperatuur

De filmtemperatuur is de temperatuur van de dunne oliefilm die direct in contact staat met het verwarmingsoppervlak (binnenwand van ketelbuizen of verwarmingselement). De filmtemperatuur is altijd hoger dan de bulktemperatuur, doordat er een temperatuurgradiënt bestaat over de oliefilm. Het verschil kan 20 tot 50 °C of meer bedragen, afhankelijk van het ketelontwerp, de warmtefluxdichtheid en de stroomsnelheid van de olie.

Waarom dit cruciaal is: thermische degradatie treedt op aan het verwarmingsoppervlak, waar de temperatuur het hoogst is. Het is daarom de filmtemperatuur, niet de bulktemperatuur, die de levensduur van de olie bepaalt. Een olie gespecificeerd voor maximale bulktemperatuur 300 °C kan een maximale filmtemperatuur van 320 °C hebben. Structurele overschrijding van de filmtemperatuur versnelt de degradatie exponentieel.

‍

Welke degradatieprocessen tasten thermische olie aan?

Thermische olie veroudert door drie mechanismen: thermisch kraken, oxidatie en watercontaminatie. Elk mechanisme heeft eigen signalen en preventieve maatregelen.

Thermisch kraken

Bij blootstelling aan temperaturen boven het ontwerpbereik breken koolstof-koolstofbindingen in de oliemoleculen. Het proces heet thermisch kraken en produceert twee soorten bijproducten. Lichte fracties (low boilers) zijn kortketenige koolwaterstoffen met lager kookpunt en lager vlampunt. Een ophoping ervan vormt een veiligheidsrisico door dalend vlampunt. Zware fracties (high boilers) zijn langketenige of gepolymeriseerde moleculen die in oplossing de viscositeit verhogen of als coke uit oplossing vallen.

Oxidatie

Oxidatie is de reactie van de olie met zuurstof. Bij kamertemperatuur verwaarloosbaar, maar bij hoge temperaturen exponentieel sneller. Oxidatie produceert organische zuren (verhogen het zuurgetal, veroorzaken corrosie), polymeren en slib (verhogen viscositeit, vervuilen leidingen) en vernisafzettingen. Oxidatie is vooral een risico in open systemen of bij te hoge temperatuur in het expansievat.

Watercontaminatie

Water in een thermisch oliesysteem is bijzonder gevaarlijk. Bij het opwarmen verdampt water explosief (stoomexplosie), wat tot plotselinge drukverhoging, leidingbreuk of overstromen van het expansievat kan leiden. Water kan binnendringen via lekkende warmtewisselaars (waterkoeling), condensatie bij stilstand of verontreinigde verse olie. Warm na stilstand altijd langzaam op (richtwaarde ~25 °C per uur) en houd de temperatuur net boven 100 °C (ongeveer 105–110 °C) aan tot al het water is verdampt — herkenbaar aan het stabiliseren van de pompdruk en het wegblijven van drukschommelingen, knettergeluiden en niveaustijging in het expansievat. Pas daarna verder opwarmen naar bedrijfstemperatuur.

Welke veiligheidsparameters moet je monitoren?

Drie veiligheidsparameters bepalen of een thermische olie veilig blijft in gebruik: vlampunt, brandpunt en zelfontbrandingstemperatuur.

Een systeem kan bij bulktemperatuur boven het vlampunt werken zolang er geen ontstekingsbron is. Maar als de olie degradeert en het vlampunt daalt door ophoping van lichte fracties, kan het verschil tussen bedrijfstemperatuur en vlampunt onveilig klein worden. Regelmatige vlampuntmeting is daarom essentieel.

‍

Open versus gesloten systemen

Het type systeem bepaalt mee welke olie geschikt is en welke oxidatiesnelheid optreedt.

Gesloten systemen

In gesloten systemen circuleert de olie in een volledig afgedicht circuit met een expansievat. Het expansievat is bij voorkeur afgedekt met een stikstofdeken (stikstofblanket) om contact met lucht te minimaliseren. Gesloten systemen vormen het overgrote deel van industriële installaties en zijn geschikt voor de hoogste temperaturen (tot 400 °C met synthetische aromatische olie).

Open systemen

In open systemen staat de olie in het expansievat in contact met buitenlucht, wat de oxidatie sterk versnelt. Standaard minerale thermische olie is hiervoor niet geschikt — bij lekkage of versproeiing kan hete olie bovendien spontaan ontbranden. Alleen specifiek oxidatie-geïnhibeerde minerale grades zijn voor open systemen bedoeld, met grade-afhankelijke limieten van ~150 °C tot ~275 °C bulktemperatuur. Siliconenoliën zijn door hun uitstekende oxidatiestabiliteit bij uitstek geschikt voor open of blootgestelde systemen.

‍

Hoe onderhoud je een thermisch oliesysteem?

Vijf onderhoudsregels verlengen de levensduur van zowel de olie als het systeem aanzienlijk.

1. Houd de temperatuur in het expansievat onder 60 °C, bij voorkeur onder 50 °C, om oxidatie te beperken.
2. Gebruik een stikstofdeken op het expansievat bij temperaturen boven 250 °C.
3. Voer minstens jaarlijks olieanalyse uit (vlampunt, viscositeit, zuurgetal, watergehalte en koolstofresidu).
4. Voorkom watercontaminatie en warm langzaam op na stilstand.
5. Voer lichte fracties af via ontluchting van het expansievat of een light-ends removal-unit, of vervang de olie tijdig.

Wanneer is olieverversing nodig?

Verversing wordt bepaald door olieanalyse, niet door een vast tijdschema. De belangrijkste signalen:

• Vlampunt: een daling van meer dan ~50 °C ten opzichte van verse olie wijst op thermisch kraken en vraagt om actie (boilout of verversing).
• Zuurgetal (TAN): boven ~0,5 mg KOH/g nauwlettend opvolgen; boven ~1,0 mg KOH/g is verversing aangewezen. Een plotse TAN-stijging kort na het bijvullen van verse olie duidt op een systeemoorzaak van versnelde oxidatie en verdient onderzoek.
• Viscositeit: een afwijking van meer dan ~15 % is een signaalwaarde, maar viscositeit is op zichzelf een zwakke indicator — bij kraken ontstaan zowel lichte als zware fracties die elkaars effect deels opheffen. Beoordeel viscositeit daarom altijd samen met vlampunt en zuurgetal.
• Koolstofresidu: een sterke stijging duidt op cokevorming en verouderingsproducten.

Bij tekenen van cokevorming op de verwarmingsoppervlakken is naast verversing ook een reiniging (boilout) van het systeem aan de orde.

‍