导热油在高温条件下运行若干年，炉内导热油经历复杂变化，导热油都是有机化合物组成的混合物。以矿物油为例，其组分的分子量在250～750范围内，热载体炉炉膛内燃料燃烧的火焰及烟气温度高达1200℃以上，热载体在炉管内经受长时间高温烘烤，各种组分会发生复杂化学反应，有的分子聚合成更大分子，有的分子分解为较小分子，形成分子量大于750的胶质与小于250的低沸点物。低沸点物在炉管内形成气泡需要在系统中排除到系统外，而胶质则进入炉管管壁附面层或液膜层形成焦质，这就是热载体炉炉管结焦的根本原因。

首先我们先来分析炉管内热载体流动，管内热载体以2米/秒的速度流动成为炉管内轴向主流。炉管在炉膛内受热，面向火焰一面管壁温度要比另一面高，炉管环向管壁存在温度差，热载体受热不均匀产生周向环流，热载体粘度使炉管内壁形成边界层，边界层内平均速度远小于流体主流，边界层底部称为层流底层，边界层与炉管内壁之间存在液膜层，液膜层流体速度为零。热载体通过炉管壁传热，炉管内存在热边界层。流体边界层和热边界层厚度之比决定于普朗特数Ｐr，热边界层内的温度梯度80%集中在层流底层。降低边界层厚度就是降低边界层层流底层和液膜层温度，提高热载体主流速度就是为了降低边界层厚度，说到底为了降低液膜层温度。热载体炉运行初期，边界层层流底层厚度约为100μm，液膜层厚度约为20μm，液膜和热载体主流温差在20℃左右，系统工作情况良好。随着时间推延，热载体中胶质和沥青质不断生成，在运行中不断进入边界层和液膜层，使两者厚度稍稍增加。我们再考察炉膛，燃料燃烧的火焰和烟气在炉管表面是不均匀的，极端辐射温度在1200℃左右，此处炉管金属温度会超过600℃，炉管内壁液膜温度也要比其他位置的液膜温度高，较高温度液膜层更容易吸附胶质使液膜层厚度迅速增加，同时此处边界层厚度也在增加。如此循环作用，液膜温度很快上升到360℃甚至400℃，胶质逐渐烘烤成焦质，炉管壁面局部结焦并向其他部位蔓延。热载体炉结焦过程是一个长期缓慢但又是一个不断增速的过程。