换热管输送介质与管壳材料相容性

  不相容引起的后果主要有二个：一个是腐蚀材料，另一个是产生不凝结气体。如果换热管管壳或管芯材料溶解于工质中，则在冷凝段和蒸发段之间多半要发生传质。溶解的固体材料沉积到蒸发段内，这将导致或者产生局部热点或者堵住管芯的毛细孔，产生不凝结气体。这些是热管出故障最常见的迹象。由于不凝结气体趋向于聚集到冷凝段，便冷凝段逐渐被气体堵塞。这种现象，可从不凝结气体与蒸气界面处的急剧温降上鉴别出来。

 很多实验室进行过寿命试验，但是，一个实验室取得的寿命试验数据可能得到令人满意的相容性。而另一个实验室由于采用不同的组装方法，例如采用非标准的材料处理过程，就可能得出不同的腐蚀特性或产生不凝结气体的特性。因此，无论是改变清洗方法或者是改变热管组装方法，都应重新取得相容性的数据，这一点是很重要的。

  从相容性的观点看，以丙酮、氨和金属为工质时，不锈钢适于作管壳和管芯材料，其缺点是热导率低。而铜和铝则可用于需要热导率高的地方。铜特别适合于做批量生产的水热管的材料。塑料也可被用来做管壳材料，而且已认真考虑过在非常高的温度下采用陶瓷这类耐熔材料做热管管壳。为了使管壳产生一定的挠性，采用了不锈钢波纹管。在要求电绝缘的情况下，采用陶瓷或玻璃与金属封接材料做管壳。当然，这种管壳必须和不导电的管芯和工质配合使用。

  对中等温度范围内材料的组合作过综合性评述，归纳如下。表2-1中列出一些液体与材料的组合。

 有人对表2-1中热管作了最新寿命试验，试验结果表明，铜水热管可以长期运行，现在已超过20000小时，性能不降低。但是对不锈钢-水热管观察到的结果产生了严重的不凝结气体。而对丙酮铜、丙酮-不锈钢的组合提出了某些保留条件，即必须适当注意丙酮和金属两者的纯度，才能使其相容。对采用甲醇的情况也有同样的看法。

 对不锈钢-水热管进行了破坏性试验，试验的蒸气温度高达250℃.发现在250℃下产生的氢气量大为减少，可是，这既不是因为改变了加工参数，也不是因为在气体中加入了大比率的氧。某些情况下，只在启动两小时以内产生氢气。结果发现在钢上所形成的一层氧化膜制止了进一步产生氢气。

 热管的寿命试验主要是鉴定工质与管芯和外壳材料之间可能出现的任何不相容性。然而，基本的寿命试验应是在实际运行条件下进行长期的性能试验。假如显著增加蒸发段的热通量，使热管在超过其设计能力下运行，就可能引起烧毁。因此，难以用增加蒸发段热通量的办法来加快寿命试验。

 加快寿命试验另一种可能的途径是加快任何降低热管性能过程的速度。如果设计允许，可提高热管运行温度。此法的缺点是升高温度可能影响到工质本身的稳定性。例如，丙酮的分解可能是产生金属氧化物的一个因素，生成双丙酮醇。其沸点比纯丙酮的高很多。显然，制定寿命试验方案时要考虑很多因素，包括热管用阀门的必要性或者像试验热管一样把试验热管全部密封起来等。这个课题很重要。

 在国际热管会议上提出了大量新的相容性资料。有关相容性的建议如表2-2所示。

 在作管壳与工质相容性的试验时，有的人成功了，有的人不成功，这可能与温度有关。

 几年来，对于水-不锈钢的组合进行了相当多的研究，并且存在着争论。有人用347型不锈钢作水热管的管壳，铜作管芯的水热管，在165℃C下，没有出现产生气体的迹象（347型不锈钢不含钛，但含钽。它是一种吸氢剂）。意外的是，若用347型不锈钢作管芯却会引起迅速地产生气体。在制作热管时，必须强调用严格和正确的清洗方法进行清洗，并且指出在充装工质时把清洗剂和溶剂排净同样是重要的。

 用一种新工质-硫作硫热管在200 ~ 600℃范围内运行这一范围内最难找到合适的工质）。纯硫的熔点为112℃，沸点为44℃临界温度为1040℃，然而，硫有些性质尤其是黏度对温度格外敏感，致使它不适于在较宽的温度范围内作热管工质。

 在硫中加入少量的碘就可以显著改变硫的动力黏度。在不加碘时，硫在187℃下的流动黏度很大。不过，加热到300℃时，黏度迅速降低到与120℃C左右测得的黏度处于同一个数量级。在硫中加入3%5%及10%（质量分数）的碘，对黏度的影响是黏度显著降低，并且完全消除了纯硫时出现的值，即消除了在热管容许运行温度范围内的不连续现象。