CN87103185A

CN87103185A - 还原式钢-水热管

Info

Publication number: CN87103185A
Application number: CN 87103185
Authority: CN
Inventors: 陈思; 林兆榕; 陈丽英
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 1987-04-26
Filing date: 1987-04-26
Publication date: 1988-11-16

Abstract

还原式长寿命钢水热管，属于热交换设备中的传热部件，本热管的壳体材料为钢或不锈钢，工质为水，在热管的冷凝段顶端放置有一种不溶于水的固态氧化剂，该氧化剂的作用在于把热管使用过程中生成的氢气转化为水，从而可有效地恢复该热管的传热性能，本发明结构简单，成本低，使用寿命比常用的钢水热管可长数倍，可在有关工业余热利用领域推广。

Description

本发明涉及热交换设备中传热部件的性能的改进。

以钢或不锈钢为管壳材料，水为工质的钢-水热管（包括重力式和带吸液芯等各种钢-水热管）广泛用于工业热交换设备，但在热管的工作温度下，钢和水会起一系列化学反应，生成不凝结气体氢气，生成的氢气在热管中积累起来，阻碍热管内的水（工质）的相变传热，使热管传热效率降低，最终导致热管失效，这是钢-水化学不相容的结果。工业上目前常用在热管的管壳内壁设保护层的办法防止钢和水起反应，如在管壳内壁镀上与水相容的金属层，或在管壳内壁进行钝化处理以生成保护膜，但由于工艺和保护层强度等原因，使水和钢彻底隔离是难以做到的，虽然反应速度大大减缓了，但热管在运行中氢气还是慢慢地积累起来，从而影响了热管的有效寿命，因此，除去热管在运行中积累的氢气成了提高热管寿命的技术关键之一。为此出现下列解决方案，一是在热管一端设排气阀，当热管中的氢气积累到一定体积时，打开排氢阀，把氢气排出，此法对延长热管寿命有一定作用，但实际操作比较困难;并且放氢气时会造成工质的损失，影响热管性能，缩短热管寿命。同时，在很多情况下，无法在运行状态下进行排气操作，给用户造成极大不便。国外还提出一种将金属钯或其他能吸收氢气的合金（如ZrMn₂等）置于热管内以吸收生成的氢气的技术方案，该法的缺点是所用的吸氢材料成本较高，并且此法只适于工作温度较低的热管，（如ZrMn₂只能用在40℃以下）不适于通常余热回收温度范围下的热管，其实用意义是较小的。上述方法都不能满意地克服钢-水的化学不相容性，使钢水热管热交换器的应用受到了限制。

本发明的目的是提出一种消除热管在使用过程中产生的氢气的新的技术方案，设计一种还原式长寿命钢-水热管，由放置于热管中的氧化剂和热管中生成的氢气的氧化还原反应，使氢气重新转化为水（工质），从而恢复热管的传热性能和有效寿命。

本发明即还原式钢-水热管（包括重力式，带吸液芯式，离心式）的管壳材料为钢或不锈钢，工质为水，其特征是在热管内装有一种氧化剂，该氧化剂的作用是能与热管在使用过程中生成的氢气进行氧化还原反应并使其转化为水，对该种氧化剂一般的要求是，该氧化剂在热管的工作温度下不自行分解，不溶于水，不与水或水蒸汽起反应，而与热管中生成的氢气进行氧化还原反应生成水和一种物理化学性质稳定的，在热管工作温度下，其饱和蒸汽压接近于零的物质。

这类氧化剂可采用金属氧化物，所说的金属氧化物的电极电位（或还原电位）应高于氢的电极电位（或还原电位），即该金属氧化物的电极电位（或还原电位）应为正电位（以氢为O电位）。以使该金属氧化物把氢气转化为水的反应能顺利单向进行。如CuO、PbO₂、MnO₂、HgO等金属氧化物均可采用。

含有上述金属氧化物的各种混合物，复合物或加热能分解出上述金属氧化物的各种化合物等制剂也可采用。

从效果和成本等因素考虑，比较理想的氧化剂可采用CuO或含有该氧化物的制剂。

为增加氧化剂与氢气的反应接触面积，放置于热管中的氧化剂可制成块状、粒状、线状、粉状等形状或某种利于固定的特定形状，并最好采用多孔结构（粉状物除外）。在本发明中，所说的氧化剂一般盛放在用性质稳定并具有足够强度的材料所做成的透气容器中（如致密的铜丝或钢丝网袋内）或者把氧化剂本身制成一种成形的块状物，将其固定置于热管冷凝段的顶端。

本发明可以辅以其它克服钢和水的化学不相容性的措施，如热管内表面进行钝化处理，在水中（工质）加缓蚀剂等等，这有利于进一步延长热管的寿命。

当热管工作在较低温度下，所用氧化剂与氢气反应速度可能过低，甚至不能起反应，本发明还可辅以将热管顶端（放置氧化剂的部位）加热的办法来使除氢过程得以进行或加快速度，以消除氢气在热管中的积累。

本发明结构简单，成本低廉，它与目前工业上使用的钢-水热管的主要区别仅在于热管里装上了少量的上述氧化剂，但却可使钢-水热管的有效寿命延长数倍，使钢-水热管在其管壳被腐蚀破损之前保持良好的传热性能，可谓事半而功倍。由本发明制成的热管换热器可广泛推广应用于有关工业余热利用领域。

附图为本发明的一种结构图（剖面图），图中〔1〕为保护帽、〔2〕为顶端堵头、〔3〕为氧化剂、〔4〕为翅片、〔5〕为管壳、〔6〕为隔环、〔7〕为工质、〔8〕为底端堵头。

本发明实施例如下：

碳钢-水重力热管，长2米，管壳〔5〕用φ25（毫米）×2.5（毫米）的20号锅炉无缝钢管外面焊以高12.5毫米，厚1毫米的螺旋翅片〔4〕，热管内表面经钝化处理。工质〔7〕采用蒸餾水，其中加有重铬酸盐等成份作为缓蚀剂。氧化剂〔3〕采用粒状氧化铜（CuO）25克，用一钢制多孔容器固定于热管顶部，该热管可用于利用烟气余热来加热需预热的空气的热管换热器中。

Claims

1、一种管壳材料为钢或不锈钢，工质为水的还原式钢-水热管(包括重力式，带吸液芯式，离心式)，其特征在于热管内装有一种不溶于水的氧化剂。

2、按权利要求1所述的钢-水热管其特征在于所说的氧化剂是一种金属氧化物或者含有该金属氧化物的混合物，复合物或者受热（在热管的工作温度下）能分解出该金属氧化物的化合物，所说的金属氧化物的电极电位（或还原电位）应高于氢元素的电极电位（或还原电位），即该金属氧化物的电极电位（或还原电位）应为正电位。

3、按权利要求2所述的钢-水热管，其特征在于所说的做为氧化剂的金属氧化物为CuO。

4、按权利要求1或2所述的钢-水热管，其特征在于所说的氧化剂是制成块状、粒状、线状、粉状或定型块状等形状，最好形成多孔结构（粉状物除外）。

5、按权利要求1或2所述的钢-水热管，其特征在于所说的氧化剂固定置于热管冷凝段的顶端。

6、按权利要求1所述的钢-水热管，其特征在于所说的热管管壳可辅以钝化处理，或在工质水中加缓蚀剂。

7、按权利要求1或5所述的钢-水热管，其特征在于可通过对热管冷凝段顶端加热的方法，使除氢过程加快。