Siltuma caurules siltummaiņa galvenā sastāvdaļa ir siltuma caurule

Siltuma caurules siltummaiņa galvenā sastāvdaļa ir siltuma caurule

Siltuma caurule ir jauna veida fāzes maiņas augstas efektivitātes siltuma pārneses elements, un tā unikālās siltuma pārneses īpašības ir izraisījušas lielu interesi. Tās pielietojuma jomas ir paplašinājušās no kosmosa uz zemi un no rūpniecības līdz civilai lietošanai. Tomēr mūsdienu plaukstošajā siltumcauruļu tehnoloģiju attīstībā joprojām pastāv dažas problēmas tās rūpnieciskajā pielietojumā, kas ierobežos siltuma cauruļu tehnoloģijas izmantošanu un padziļinātu attīstību. Autors ir veicis pētījumu par šiem jautājumiem un piedāvājis saprātīgus risinājumus.

1. Siltuma cauruļu saderība

Agrīnie siltuma cauruļu pētnieki pamanīja jautājumu par ķīmisko saderību starp apvalka materiāliem un darba šķidrumiem. Agrīnās rūpnieciskās siltumcaurules parasti izmantoja vara cauruļu sienas vai tērauda vara kompozītmateriālu caurules, kurām bija augstas produktu izmaksas un kas ierobežoja siltumcauruļu tehnoloģiju plašo pielietojumu rūpniecībā. Tērauda siltumcaurules ir plaši atzītas par zemām izmaksām, augstu izturību, vienkāršu ražošanas procesu un plašu temperatūras diapazona pielāgošanās spēju, un tās ir plaši izmantotas rūpniecībā. Tomēr tērauda siltumcauruļu kalpošanas laiks ir mazāks par 0,5 gadiem, kas neatbilst rūpnieciskā lietojuma prasībām. Gadu gaitā veiktie pētījumi ir atklājuši, ka izkausētās tērauda siltuma caurulēs notiek ķīmiskas un elektroķīmiskas reakcijas, kas ir neizbēgamas un neiespējamas novērst metālu korozijas procesus. Tos var tikai nomākt vai aizkavēt. Tāpēc kausēta tērauda siltuma cauruļu saderības problēmu risinājums var būt tikai siltuma cauruļu kalpošanas laika pagarināšana.

1.1. Korozijas mehānisms

Caurules materiāla un darba šķidruma ķīmiskās nesaderības dēļ izkausētā tērauda siltuma caurules iekšpusē notiek korozija, radot nekondensējamu gāzi, ūdeņraža gāzi. Jo vairāk ir ūdeņraža, jo sliktāks ir siltuma pārneses efekts. Ūdeņraža uzkrāšanās zināmā mērā var izraisīt siltuma caurules pilnīgu siltuma pārneses funkcijas zaudēšanu.

1.1.1. Ķīmiskās reakcijas korozija

Siltuma caurulei ilgstoši darbojoties augstā temperatūrā, izkausētajā tēraudā notiek ķīmiskas reakcijas, izraisot izmaiņas caurules iekšpusē. Galvenie ķīmiskās reakcijas procesi ir šādi:

Fe+H2O=FeO+H2 ↑

2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2 ↑

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 ↑

Iepriekš minētā reakcija izraisa caurules sienas koroziju, veidojot FeO, Fe2O3 un Fe3O4, vienlaikus radot arī noteiktu daudzumu nekondensējamās gāzes ūdeņraža.

Izņemot Fe3O4, pārējie divi oksīda slāņi (FeO un Fe2O3) nevar novērst ūdens iekļūšanu, un tiem joprojām ir jāreaģē ar dzelzi, lai radītu ūdeņraža gāzi.

1.1.2. Elektroķīmiskās reakcijas

Izkausētajā tērauda siltuma caurulē dzelzs, piemaisījumi un ūdens veido primāro akumulatoru. Starp tiem dzelzs ir anods un piemaisījumi ir katods. Piemaisījumos parasti ietilpst FeC3, grafīts utt., kas ir oglekļa tēraudā un ūdenī. Lai gan ūdens jonizācijas pakāpe ir maza, joprojām veidojas neliels daudzums OH un H+. Galvenie elektroķīmiskās reakcijas procesi caurules iekšpusē ir šādi:

2H++2e=H2 ↑

Fe-2e=Fe2+

Fe2++2OH -=Fe (OH) 2 ↓

3Fe (OH) 2=Fe3O4+2H2O+H2 ↑

www.superbheater.com