ส่วนประกอบหลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อความร้อนคือท่อความร้อน

ส่วนประกอบหลักของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อความร้อนคือท่อความร้อน

ท่อความร้อนเป็นองค์ประกอบการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงในการเปลี่ยนเฟสรูปแบบใหม่และลักษณะการถ่ายเทความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้เกิดความสนใจอย่างมาก ขอบเขตการใช้งานได้ขยายจากอวกาศสู่พื้นดิน และจากอุตสาหกรรมไปสู่การใช้งานของพลเรือน อย่างไรก็ตาม ในการพัฒนาเทคโนโลยีท่อความร้อนที่กำลังเติบโตในปัจจุบัน ยังคงมีปัญหาบางประการในการใช้งานทางอุตสาหกรรม ซึ่งจะจำกัดการใช้และการพัฒนาเทคโนโลยีท่อความร้อนในเชิงลึก ผู้เขียนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับประเด็นเหล่านี้และเสนอแนวทางแก้ไขที่สมเหตุสมผล

1. ความเข้ากันได้ของท่อความร้อน

นักวิจัยท่อความร้อนในยุคแรกสังเกตเห็นปัญหาความเข้ากันได้ทางเคมีระหว่างวัสดุเปลือกและสารทำงาน ท่อความร้อนอุตสาหกรรมในยุคแรก ๆ โดยทั่วไปจะใช้ผนังท่อทองแดงหรือท่อคอมโพสิตทองแดงซึ่งมีต้นทุนผลิตภัณฑ์สูงและจำกัดการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีท่อความร้อนในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย ท่อความร้อนเหล็กกล้าได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่ามีต้นทุนต่ำ มีความแข็งแรงสูง กระบวนการผลิตที่เรียบง่าย และสามารถปรับให้เข้ากับช่วงอุณหภูมิได้กว้าง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานของท่อเหล็กความร้อนนั้นน้อยกว่า 0.5 ปี ซึ่งไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานทางอุตสาหกรรมได้ จากการวิจัยเป็นเวลาหลายปี เป็นที่ยอมรับว่ามีปฏิกิริยาทางเคมีและเคมีไฟฟ้าในท่อความร้อนที่ทำจากเหล็กหลอมเหลว ซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้และเป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดกระบวนการกัดกร่อนของโลหะ พวกเขาสามารถระงับหรือล่าช้าเท่านั้น ดังนั้นการแก้ปัญหาความเข้ากันได้ในท่อความร้อนที่ทำจากเหล็กหลอมเหลวจึงทำได้เพียงเพื่อยืดอายุการใช้งานของท่อความร้อนเท่านั้น

1.1 กลไกการกัดกร่อน

เนื่องจากความไม่เข้ากันทางเคมีระหว่างวัสดุท่อและสารทำงาน การกัดกร่อนจึงเกิดขึ้นภายในท่อความร้อนจากเหล็กหลอมเหลว ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนที่ไม่ควบแน่น ยิ่งมีไฮโดรเจนมากเท่าใด ผลการถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น การสะสมของไฮโดรเจนในระดับหนึ่งอาจทำให้ท่อความร้อนสูญเสียฟังก์ชันการถ่ายเทความร้อนโดยสิ้นเชิง

1.1.1 การกัดกร่อนของปฏิกิริยาเคมี

เมื่อท่อความร้อนทำงานที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานจะเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นในเหล็กหลอมเหลวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในท่อ กระบวนการปฏิกิริยาเคมีหลักมีดังนี้:

Fe+H2O=FeO+H2 ↑

2เฟ+3H2O=เฟ2O3+3H2 ↑

3เฟ+4H2O=เฟ3O4+4H2 ↑

ปฏิกิริยาข้างต้นส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนของผนังท่อ ทำให้เกิด FeO, Fe2O3 และ Fe3O4 ในขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนที่ไม่ควบแน่นในปริมาณหนึ่งด้วย

ยกเว้น Fe3O4 ชั้นออกไซด์อีกสองชั้น (FeO และ Fe2O3) ไม่สามารถป้องกันการบุกรุกของน้ำได้ และยังต้องทำปฏิกิริยากับเหล็กเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจน

1.1.2 ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

ในท่อความร้อนที่ทำจากเหล็กหลอมเหลว เหล็ก สิ่งเจือปน และน้ำจะก่อตัวเป็นแบตเตอรี่หลัก ในหมู่พวกเขาเหล็กเป็นขั้วบวกและสิ่งสกปรกเป็นแคโทด สิ่งเจือปนโดยทั่วไป ได้แก่ FeC3 กราไฟท์ ฯลฯ ซึ่งมีอยู่ในเหล็กกล้าคาร์บอนและน้ำ แม้ว่าน้ำจะมีระดับไอออไนเซชันน้อย แต่ก็ยังมี OH - และ H+ เกิดขึ้นเล็กน้อย กระบวนการปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าหลักภายในหลอดมีดังนี้:

2H++2e=H2 ↑

เฟ-2อี=เฟ2+

เฟ2++2OH -=เฟ (OH) 2 ↓

3Fe (OH) 2=Fe3O4+2H2O+H2 ↑

www.superbheater.com