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熱管換熱器應用中熱管問題分析及對策

2018-11-19

熱管換熱器的中心元件是熱管。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,使用領域從空間擴大到地面,從工業擴展到民用[1]。但是,在熱管技能蓬勃發展的今天,其在工業使用中仍然存在一些問題,會約束熱管技能的使用和深入發展。筆者對這些問題進行了研討,并提出了合理的解決辦法。


  1 熱管相容性


  前期的熱管研討人員就注意到了管殼資料與工質的化學相容性問題,前期工業使用的熱管一般選用銅材管壁或鋼銅復合管,產品成本很高,約束了熱管技能在工業上的廣泛使用。鋼 水熱管以其成本低、強度高、制造工藝簡單及習慣溫度范圍廣得到了大家的認同,在工業上得到廣泛的使用,但是鋼 水熱管的使用壽命不足0.5a,無法滿足工業使用的要求。經過多年的研討人們認識到,鋼 水熱管中存在著化學反響和電化學反響,這是一種不可避免也不可能消除的金屬腐蝕過程,只能按捺或推遲,因而,鋼 水熱管相容性問題的對策只能是延伸熱管的使用壽命[2]。


  1.1 腐蝕機理


  因為管材與工質的化學不相容性,使得鋼 水熱管內部發作腐蝕發生不凝氣體氫氣。氫氣越多,換熱作用越欠好,氫氣積累到必定程度可以使熱管完全喪失傳熱功用。


  1.1.1 化學反響腐蝕


  熱管長時間在較高的溫度下工作,鋼 水會發作化學反響,在管內發生變化,其主要的化學反響過程如下:


  Fe+H2O=FeO+H2↑


  2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2↑


  3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑


  上述反響的結果使管壁發作腐蝕,發生FeO、Fe2O3和Fe3O4,同時發生必定量的不凝氣體氫氣。


  除Fe3O4外,其他兩種氧化層(FeO和Fe2O3)不能阻止水的侵入,仍要與鐵持續反響生成氫氣。


  1.1.2 電化學反響


  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響過程如下:


  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響進行得很快,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 碳鋼管材外表鈍化

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