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润利热管应用中热管问题分析及对策

热管锅炉的核心元件是热管。热管是一种新型相变高效传热元件,其独特的传热特性引起了人们的极大兴趣,应用领域从空间扩大到地面,从工业扩展到民用

[1]。然而,在热管技术蓬勃发展的今天,其在工业应用中仍然存在一些问题,会限制热管技术的使用和深入发展。笔者对这些问题进行了研究,并提出了合理的解决办法。

1 热管相容性

早期的热管研究人员就注意到了管壳材料与工质的化学相容性问题,早期工业应用的热管一般采用铜材管壁或钢铜复合管,产品成本很高,限制了热管技术在工业上的广泛应用。钢 水热管以其成本低、强度高、制造工艺简单及适应温度范围广得到了大家的认同,在工业上得到广泛的应用,然而钢 水热管的使用寿命不足0.5a,无法满足工业应用的要求。通过多年的研究人们认识到,钢 水热管中存在着化学反应和电化学反应,这是一种不可避免也不可能消除的金属腐蚀过程,只能抑制或延缓,因此,钢 水热管相容性问题的对策只能是延长热管的使用寿命

[2]。

1.1 腐蚀机理

由于管材与工质的化学不相容性,使得钢 水热管内部发生腐蚀产生不凝气体氢气。氢气越多,换热效果越不好,氢气积聚到一定程度可以使热管完全丧失传热功能。

1.1.1 化学反应腐蚀

热管长时间在较高的温度下工作,钢 水会发生化学反应,在管内产生变化,其主要的化学反应过程如下： 　　Fe+H2O=FeO+H2↑ 　　2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2↑ 　　3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑ 　　上述反应的结果使管壁发生腐蚀,产生FeO、Fe2O3和Fe3O4,同时产生一定量的不凝气体氢气。 　　除Fe3O4外,其余两种氧化层(FeO和Fe2O3)不能阻止水的侵入,仍要与铁继续反应生成氢气。 　　1.1.2 电化学反应 　　在钢 水热管内,铁、杂质和水构成一种原电池。其中铁为阳极,杂质为阴极。杂质一般为FeC3、石墨等,为碳钢与水中所含。水的电离度虽小,但仍有少量的OH-和H+生成。管内主要的电化学反应过程如下： 　　2H++2e=H2↑ 　　Fe-2e=Fe2+ 　　Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓ 　　3Fe(OH)2=Fe3O4+2H2O+H2↑ 　　在高温有水的条件下上述反应进行得很快,普遍认为这是导致碳钢与水不相容的主要原因。 　　1.2 对策 　　1.2.1 碳钢管材表面钝化