Le composant central d’un échangeur de chaleur à caloduc est le caloduc

Le composant central d’un échangeur de chaleur à caloduc est le caloduc

Le caloduc est un nouveau type d’élément de transfert de chaleur à changement de phase à haut rendement, et ses caractéristiques uniques de transfert de chaleur ont suscité un grand intérêt. Ses domaines d’application se sont étendus de l’espace au sol, et de l’industrie au civil. Cependant, dans le contexte actuel de développement fulgurant de la technologie des caloducs, certains problèmes subsistent dans son application industrielle, ce qui limitera l'utilisation et le développement en profondeur de la technologie des caloducs. L'auteur a mené des recherches sur ces questions et proposé des solutions raisonnables.

1. Compatibilité des caloducs

Les premiers chercheurs sur les caloducs ont remarqué le problème de la compatibilité chimique entre les matériaux de coque et les fluides de travail. Les premiers caloducs industriels utilisaient généralement des parois de tubes en cuivre ou des tubes composites en acier et cuivre, ce qui présentait des coûts de produit élevés et limitait l'application généralisée de la technologie des caloducs dans l'industrie. Les caloducs en acier sont largement reconnus pour leur faible coût, leur haute résistance, leur processus de fabrication simple et leur adaptabilité sur une large plage de température, et ont été largement utilisés dans l'industrie. Cependant, la durée de vie des caloducs en acier est inférieure à 0,5 ans, ce qui ne peut pas répondre aux exigences des applications industrielles. Au fil des années de recherche, il a été reconnu qu'il existe des réactions chimiques et électrochimiques dans les caloducs en acier fondu, qui sont inévitables et impossibles à éliminer les processus de corrosion des métaux. Ils ne peuvent être que supprimés ou retardés. Par conséquent, la solution aux problèmes de compatibilité des caloducs en acier fondu ne peut être que de prolonger la durée de vie des caloducs.

1.1 Mécanisme de corrosion

En raison de l'incompatibilité chimique entre le matériau du tuyau et le fluide de travail, la corrosion se produit à l'intérieur du caloduc en acier fondu, produisant de l'hydrogène gazeux non condensable. Plus il y a d’hydrogène, plus l’effet de transfert de chaleur est mauvais. L'accumulation d'hydrogène dans une certaine mesure peut faire perdre complètement au caloduc sa fonction de transfert de chaleur.

1.1.1 Corrosion par réaction chimique

Lorsque le caloduc fonctionne à des températures élevées pendant une longue période, des réactions chimiques se produisent dans l'acier en fusion, provoquant des modifications à l'intérieur du tuyau. Les principaux processus de réaction chimique sont les suivants :

Fe+H2O=FeO+H2 ↑

2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2 ↑

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 ↑

La réaction ci-dessus entraîne une corrosion de la paroi du tuyau, produisant du FeO, Fe2O3 et Fe3O4, tout en produisant également une certaine quantité d'hydrogène gazeux non condensable.

À l’exception de Fe3O4, les deux autres couches d’oxydes (FeO et Fe2O3) ne peuvent pas empêcher l’intrusion d’eau et doivent quand même réagir avec le fer pour générer de l’hydrogène gazeux.

1.1.2 Réactions électrochimiques

Dans le caloduc en acier fondu, le fer, les impuretés et l’eau forment une batterie primaire. Parmi eux, le fer est l’anode et les impuretés sont la cathode. Les impuretés comprennent généralement le FeC3, le graphite, etc., contenus dans l'acier au carbone et l'eau. Bien que le degré d’ionisation de l’eau soit faible, une petite quantité de OH - et H+ est toujours générée. Les principaux processus de réaction électrochimique à l’intérieur du tube sont les suivants :

2H++2e=H2 ↑

Fe-2e=Fe2+

Fe2++2OH -=Fe (OH) 2 ↓

3Fe (OH) 2=Fe3O4+2H2O+H2 ↑

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