专利名称：碳钢-水热管除氢复合剂及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用化学方法的金属材料表面处理的技术领域。
热管以其高效的传热性能为工程行业所瞩目，而碳钢-水热管由于其成本低，制造简单，适应温度范围宽等优点，在工业上得到日益的广泛的应用。但由于用作为管材的碳钢与工作介质-水的不相容性，使得在热管内缺氧的条件下，水和钢产生电化学反应，生成四氧化三铁和氢气，生成的氢气积累在热管内，阻碍工质蒸汽的流动和放热，导致热管内的传热性能逐渐下降，以致最终完全失效。以前工业上使用的碳钢-水热管，为避免管壁与工作液的不相容性，一般采用铜材管壁或铜铁复合管，这样使得产品的生产成本大大提高，限制了该产品在工业上的广泛使用。目前针对碳钢-水热管与水的不相容问题上，采用的方法有两种一种在碳钢管壁内用化学液钝化，即在钢管内壁生成一层四氧化三铁钝化膜，同时也可在工作液中加缓蚀剂;另一种是在热管的冷端装上排氢气的阀，定期地排放非凝结气体。以上两种方法都不理想;钝化和工作液中加缓蚀剂，虽然可使氢气产生速度降低103-106倍，使得碳钢-水热管通常可正常使用三年左右，但仍不能满足工业上对换热器的长寿命的要求。
由于钝化膜的不稳定性，随着长时间的使用，管内会越来越多地积累非凝结的氢气，为了克服上述技术存在的缺点，本发明的目的，在现有的化学液钝化技术的基础上，提供一种与氢气发生快速反应的除氢复合剂，使非凝结的氢气能够迅速不断地除去，从而使碳钢-水热管工作寿命大大延长，为工业上广泛地使用这种低成本的换热器提供了可靠的技术保证。
用化学药剂钝化过的碳钢管内壁，形成了一层均匀的四氧化三铁的薄膜，虽该膜能较好地阻止水与钢的电化学反应，但由于该膜仍有细微的缝隙，仍能使一小部分碳钢与水有接触的机会，从而产生氢气，在热管的冷端(上端)的氢气与四氧化三铁薄膜在180℃以上应发生化学反应
，可使氢气得以消除。但实际应用中，由于冷端温度不可能保持在180℃以上(热管的温度一般在80-250℃)，使上述化学反应进行得非常缓慢，况且四氧化三铁薄膜在冷端的量有限，显然仅靠钝化膜达不到明显的除氢效果。因此还必需增加更有效的除氢剂，新的除氢剂必须具备以下条件(1)在碳钢-水热管正常工作温度范围内(80-250℃)不能自行分解，但易被氢还原;(2)还原后产物无毒、无腐蚀，且不影响热管的正常工作;(3)不与水和蒸气发生反应;(4)容易得到价格便宜。基于上述考虑和大量的科学实验研究，本发明选用了在热管最低工作温度(80℃)以上可与氢气快速反应的以CuO为主要成份的复合除氢剂，而且完全满足上述条件。本发明的碳钢-水热管除氢剂是一种除氢复合药柱，其组成(重量)为CuO65-81%Cu15-25%Fe2O34-10%本发明的除氢复合药柱是通过以下工艺步骤制取的首先按上述组成比称取粉状的CuO(纯度99.0%、50～100目)、Cu(纯度80%以上、100目)Fe2O3(纯度90%以上、50～100目)混匀，将混合好的药粉，在预先设计加工好的药柱模具中，将混合药粉模压成型，成型压力6-8Kg/cm2，然后将已成型的复合药柱在600-760℃温度下，烧结15-35分钟，取出后，自然冷却即得到热管中使用的除氢复合药柱。然后将所制得的除氢复合药柱，放置在经化学钝化技术处理后的碳钢-水热管冷凝端的端头上，该碳钢-水热管即具有较好除氢效果，从而大大提高其热交换性能和使用寿命。
本发明的除氢复合药柱的较好组成为CuO72%，Cu18%，Fe2O310%;最佳组成为CuO75%，Cu20%，Fe2O35%。经实验表明本发明的除氢复合药柱在热管中的理想用药量为0.5-0.6克CuO/100cm2内表面积。本发明除氢复合药柱的外型可以是圆柱型、星柱型、多棱柱型等中任一种。但考虑到加工制造方便;保证药柱的强度(不易断裂);安装方便及固定难易等因素，仍以圆柱型较好。设计复合药柱模具时，其药柱的长(Lo)与直径(do)范围应为
do＝1/2(d管内径-d充液管外径)×(50-75%)Lo＝W14πd02p]]>W药柱质量 P药柱密度根据上述参数设计不同规格碳钢-水热管所需的除氢复合药柱的模具，通过用所述混合药粉经模压、烧结即可制得与之相适应的除氢复合药柱。本发明的制作除氢复合药柱的最佳烧结温度为600-620℃，烧结时间为20分钟。
大量的实验证明，用本发明除氢复合药柱安放的碳钢-水热管，其除氢效果非常明显(图1)，它的工作寿命可达6-8年(用加速试验推算法Arrhenius曲线)，已接近或达到铜材热管的防腐、与工作液相容的性能。此外，由于碳钢管壁的耐压强度比等厚度的铜材要高，所以它更能适应较高的使用温度，再加之碳钢-水热管加工方便、成本低廉等特点，其应用前景极其可观。
实例1称取粉状CuO(99.0%，100目)72g，Cu(85%100目)18g，Fe2O3(95%100目)10g混合均匀，在模具(如图2)中模压成型得到直径为4-5mm长为30mm的圆柱形药柱，放入炉中在620℃烧结20分钟，取出自然冷却得到除氢复合药柱。
使用时，安装在热管的冷端(图3)，使用4320小时，冷端壁未见变化(图1)。
图1-热管冷管温度与沿管长的变化图(试验时间4320小时)1使用本发明的除氢复合剂2管壁经化学钝化3未经任何处理图2-加工药柱模具图1压杆端2模蕊3压力图3-除氢复合药柱在热管冷端的安装示意图。
1热管充液管2热管冷端头3固定药柱安装座4除氢复合药柱5固定螺钉6热管壁
权利要求
1.一种碳钢-水热管除氢剂，其特征是一种除氢复合药柱，其组成(重量)为；CuO 65-81%Cu15-25%Fe2O34-10%。
2.如权利要求1所述的碳钢-水热管除氢剂，其特征在于复合药柱的较好组成(重量)为CuO72%Cu18%Fe2O310%
3.如权利要求1所述的碳钢-水热管除氢剂，其特征在于复合药柱的最佳组成(重量)为CuO75%Cu20%Fe2O35%
4.如权利要求1所述的碳钢-水热管除氢剂，其特征在于除氢复合药柱的外型可以是圆柱型、星柱型、多棱柱型中任一种。
5.如权利要求1所述的碳钢-水热管除氢剂，其特征在于除氢复合药柱的外型最好是圆柱型。
6.一种制作权利要求1所述的碳钢-水热管除氢剂的方法，其特征在于制作工艺步骤是按所述组成比称取粉状的CuO、Cu、Fe2O3混匀，将混合好的药粉在药柱模具中模压成型，成型压力6-8kg/cm2，然后将已成型的复合药柱在600-760℃烧结15-35分钟，取出自然冷却。
7.如权利要求6所述的制作碳钢-水热管除氢剂的方法，其特征在于复合药柱最好在600-620℃烧结20分钟。
全文摘要
本发明涉及一种以CuO为主要成分的除氢复合药柱。将其与化学钝化技术结合使用，可有效地克服热管中钢与水的不相容性，提高碳钢-水热管的工作稳定性，从而大大延长其使用寿命，由原来的3—4年的使用期可提高到6—8年。
文档编号F28D15/02GK1103945SQ9312001
公开日1995年6月21日 申请日期1993年12月14日 优先权日1993年12月14日
发明者肖树成, 徐业鹏 申请人:肖树成, 徐业鹏