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潤利熱管應用中熱管問題分析及對策

來源:潤利鍋爐     作者:余熱鍋爐    時間:2017/11/17 09:58:31

熱管鍋爐的核心元件是熱管。熱管是一種新型相變高效傳熱元件,其獨特的傳熱特性引起了人們的極大興趣,應用領域從空間擴大到地面,從工業擴展到民用

[1]。然而,在熱管技術蓬勃發展的今天,其在工業應用中仍然存在一些問題,會限制熱管技術的使用和深入發展。筆者對這些問題進行了研究,并提出了合理的解決辦法。

1 熱管相容性

早期的熱管研究人員就注意到了管殼材料與工質的化學相容性問題,早期工業應用的熱管一般采用銅材管壁或鋼銅復合管,產品成本很高,限制了熱管技術在工業上的廣泛應用。鋼 水熱管以其成本低、強度高、制造工藝簡單及適應溫度范圍廣得到了大家的認同,在工業上得到廣泛的應用,然而鋼 水熱管的使用壽命不足0.5a,無法滿足工業應用的要求。通過多年的研究人們認識到,鋼 水熱管中存在著化學反應和電化學反應,這是一種不可避免也不可能消除的金屬腐蝕過程,只能抑制或延緩,因此,鋼 水熱管相容性問題的對策只能是延長熱管的使用壽命

[2]。

1.1 腐蝕機理

由于管材與工質的化學不相容性,使得鋼 水熱管內部發生腐蝕產生不凝氣體氫氣。氫氣越多,換熱效果越不好,氫氣積聚到一定程度可以使熱管完全喪失傳熱功能。

1.1.1 化學反應腐蝕

熱管長時間在較高的溫度下工作,鋼 水會發生化學反應,在管內產生變化,其主要的化學反應過程如下:   Fe+H2O=FeO+H2↑   2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2↑   3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑   上述反應的結果使管壁發生腐蝕,產生FeO、Fe2O3和Fe3O4,同時產生一定量的不凝氣體氫氣。   除Fe3O4外,其余兩種氧化層(FeO和Fe2O3)不能阻止水的侵入,仍要與鐵繼續反應生成氫氣。   1.1.2 電化學反應   在鋼 水熱管內,鐵、雜質和水構成一種原電池。其中鐵為陽極,雜質為陰極。雜質一般為FeC3、石墨等,為碳鋼與水中所含。水的電離度雖小,但仍有少量的OH-和H+生成。管內主要的電化學反應過程如下:   2H++2e=H2↑   Fe-2e=Fe2+   Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓   3Fe(OH)2=Fe3O4+2H2O+H2↑   在高溫有水的條件下上述反應進行得很快,普遍認為這是導致碳鋼與水不相容的主要原因。   1.2 對策   1.2.1 碳鋼管材表面鈍化


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