Základní součástí tepelného výměníku je tepelná trubice

Základní součástí tepelného výměníku je tepelná trubice

Tepelná trubice je nový typ vysoce účinného prvku přenosu tepla s fázovou změnou a jeho jedinečné vlastnosti přenosu tepla vzbudily velký zájem. Oblasti použití se rozšířily z vesmíru na zem a z průmyslu do civilního využití. V dnešním rychle se rozvíjejícím vývoji technologie tepelných trubic však stále existují určité problémy v její průmyslové aplikaci, které omezí použití a hloubkový rozvoj technologie tepelných trubic. Autor provedl výzkum těchto problémů a navrhl rozumná řešení.

1. Kompatibilita tepelných trubic

První výzkumníci tepelných trubic si všimli problému chemické kompatibility mezi materiály pláště a pracovními kapalinami. Rané průmyslové tepelné trubice obecně používaly měděné trubkové stěny nebo ocelové měděné kompozitní trubky, které měly vysoké výrobní náklady a omezovaly široké použití technologie tepelných trubek v průmyslu. Ocelové tepelné trubice jsou široce uznávány pro svou nízkou cenu, vysokou pevnost, jednoduchý výrobní proces a přizpůsobivost širokému teplotnímu rozsahu a jsou široce používány v průmyslu. Životnost ocelových tepelných trubek je však kratší než 0,5 roku, což nemůže splnit požadavky průmyslových aplikací. Během let výzkumu bylo zjištěno, že v roztavených ocelových tepelných trubkách dochází k chemickým a elektrochemickým reakcím, které jsou nevyhnutelné a nemožné eliminovat procesy koroze kovů. Lze je pouze potlačit nebo oddálit. Řešením problémů s kompatibilitou u tepelných trubic z roztavené oceli může být pouze prodloužení životnosti tepelných trubic.

1.1 Mechanismus koroze

V důsledku chemické nekompatibility mezi materiálem potrubí a pracovní tekutinou dochází uvnitř tepelné trubky roztavené oceli ke korozi, která vytváří nekondenzovatelný plyn vodíkový plyn. Čím více je vodíku, tím horší je účinek přenosu tepla. Akumulace vodíku do určité míry může způsobit, že tepelná trubice zcela ztratí svou funkci přenosu tepla.

1.1.1 Chemická reakce koroze

Když tepelná trubice pracuje po dlouhou dobu při vysokých teplotách, dochází v roztavené oceli k chemickým reakcím, které způsobují změny uvnitř trubky. Hlavní chemické reakční procesy jsou následující:

Fe+H2O=FeO+H2 ↑

2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2 ↑

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 ↑

Výše uvedená reakce má za následek korozi stěny potrubí, produkující FeO, Fe2O3 a Fe3O4, přičemž také produkuje určité množství nekondenzovatelného plynného vodíku.

Kromě Fe3O4 nemohou další dvě oxidové vrstvy (FeO a Fe2O3) zabránit pronikání vody a stále potřebují reagovat se železem za vzniku plynného vodíku.

1.1.2 Elektrochemické reakce

V roztavené ocelové tepelné trubici tvoří železo, nečistoty a voda primární baterii. Mezi nimi je železo anodou a nečistoty jsou katodou. Mezi nečistoty obecně patří FeC3, grafit atd., které jsou obsaženy v uhlíkové oceli a vodě. I když je stupeň ionizace vody malý, stále se zde vytváří malé množství OH - a H+. Hlavní elektrochemické reakční procesy uvnitř trubice jsou následující:

2H++2e=H2 ↑

Poplatek-2=Poplatek2+

Fe2++2OH -=Fe (OH) 2 ↓

3Fe (OH) 2=Fe3O4+2H2O+H2 ↑

www.superbheater.com