Il componente principale di uno scambiatore di calore a tubi di calore è il tubo di calore

Il componente principale di uno scambiatore di calore a tubi di calore è il tubo di calore

Il tubo di calore è un nuovo tipo di elemento di trasferimento di calore ad alta efficienza a cambiamento di fase e le sue caratteristiche uniche di trasferimento di calore hanno suscitato grande interesse. I suoi campi di applicazione si sono estesi dallo spazio alla terra e dall’industria all’uso civile. Tuttavia, nell'attuale boom dello sviluppo della tecnologia dei tubi di calore, ci sono ancora alcuni problemi nella sua applicazione industriale, che limiteranno l'uso e lo sviluppo approfondito della tecnologia dei tubi di calore. L'autore ha condotto ricerche su questi problemi e ha proposto soluzioni ragionevoli.

1. Compatibilità dei tubi di calore

I primi ricercatori sui tubi di calore hanno notato il problema della compatibilità chimica tra i materiali del guscio e i fluidi di lavoro. I primi tubi di calore industriali utilizzavano generalmente pareti di tubi di rame o tubi compositi in acciaio-rame, che avevano costi di prodotto elevati e limitavano l'applicazione diffusa della tecnologia dei tubi di calore nell'industria. I tubi di calore in acciaio sono stati ampiamente riconosciuti per il loro basso costo, l'elevata resistenza, il processo di produzione semplice e l'adattabilità ad un ampio intervallo di temperature e sono stati ampiamente utilizzati nell'industria. Tuttavia, la durata utile dei tubi termici in acciaio è inferiore a 0,5 anni, il che non può soddisfare i requisiti delle applicazioni industriali. Attraverso anni di ricerca, è stato riconosciuto che esistono reazioni chimiche ed elettrochimiche nei tubi di calore in acciaio fuso, che sono inevitabili e impossibili da eliminare, processi di corrosione del metallo. Possono solo essere soppressi o ritardati. Pertanto, la soluzione ai problemi di compatibilità nei tubi di calore in acciaio fuso può essere solo quella di prolungare la durata dei tubi di calore.

1.1 Meccanismo di corrosione

A causa dell'incompatibilità chimica tra il materiale del tubo e il fluido di lavoro, all'interno del tubo di calore in acciaio fuso si verifica la corrosione, producendo gas idrogeno non condensabile. Più idrogeno c'è, peggiore è l'effetto del trasferimento di calore. L'accumulo di idrogeno in una certa misura può far sì che il tubo termico perda completamente la sua funzione di trasferimento di calore.

1.1.1 Corrosione da reazione chimica

Quando il tubo termico funziona a temperature elevate per un lungo periodo, si verificano reazioni chimiche nell'acciaio fuso, causando cambiamenti all'interno del tubo. I principali processi di reazione chimica sono i seguenti:

Fe+H2O=FeO+H2 ↑

2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2 ↑

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 ↑

La reazione di cui sopra provoca la corrosione della parete del tubo, producendo FeO, Fe2O3 e Fe3O4, producendo anche una certa quantità di idrogeno gassoso non condensabile.

Ad eccezione di Fe3O4, gli altri due strati di ossido (FeO e Fe2O3) non possono impedire l'intrusione di acqua e devono comunque reagire con il ferro per generare gas idrogeno.

1.1.2 Reazioni elettrochimiche

Nel tubo di calore in acciaio fuso, ferro, impurità e acqua formano una batteria primaria. Tra questi, il ferro è l'anodo e le impurità sono il catodo. Le impurità generalmente includono FeC3, grafite, ecc., che sono contenute nell'acciaio al carbonio e nell'acqua. Anche se il grado di ionizzazione dell'acqua è piccolo, viene comunque generata una piccola quantità di OH - e H+. I principali processi di reazione elettrochimica all'interno del tubo sono i seguenti:

2H++2e=H2 ↑

Fe-2e=Fe2+

Fe2++2OH -=Fe (OH) 2 ↓

3Fe(OH) 2=Fe3O4+2H2O+H2 ↑

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