Нагревательных установках

Первые, т. е. нихрс:.:ы представляют собой сплавы никеля и хрома или никеля, хрома и железа с минимальным содержанием углерода и других элементов, которые могли бы образовывать вторые фазы. Структура этих сплавов представляет собой твердый раствор этих элементов в никеле (гранецентри-рованная кубическая решетка). Гомогенный твердый раствор ие облагает высокой прочностью и жаростойкостью. Сплавы этого типа, как правило, не используют для ненагруженных деталей, г. е. не применяют ^ак жаропрочный материал, а использую г как материал высокой жаростойкости, а также как материал для электрических нагревательных элементов сопротивления, о чем будет сказано в гл. XXIV, где приведены со-ст?"1^ нихромов и некоторые их свойства.

Для элементов электросопротивления требуется низкая электропроводность, поэтому в данном случае применяют не чистые металлы, а сплавы. Применяются э.ти сплавы для изготовления реостатов (так называемые реостатные сплавы) и для нагревательных элементов различных электрических приборов и электрических печей (сплавы высокого электросопротивления).

3. Сплав должен обладать высокой окалиностойкостью. Для реостатного сплава, проволока из которого не нагревается выше 300—500СС, это свойство не имеет существенного значения. Для нагревательных элементов печей и приборов, рабочая температура которых значительно выше, окалино-стойкость сплава определяет срок службы нагревательного элемента.

2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением для нагревательных элементов.............................. 310

Образование твердых растворов сопровождается увеличением электросопротивления и уменьшением его температурного коэффициента. Это объясняется искажением электрического поля решетки металла-растворителя атомами растворенного компонента. В связи с этим сплавы-твердые растворы широко применяют „. для изготовления проволоки (ленты) электро- и нагревательных элементов и реостатов. ^

2. Стали и сплавы с высоким электросопротяь\\? .лем для нагревательных элементов

Изделия из ZrO2 используют в качестве нагревательных элементов в высокотемпературных печах и отражателей в атомных реакторах. Порошкообразный ZrO2 с жидким стеклом используют для обмазки корундовых и шамотных изделий.

Назначение — различные детали, работающие при умеренных напряжениях, при 1100—1200°С (может применяться для нагревательных элементов сопротивления).

Для изготовления нагревательных элементов обычно используют сплав 20 % Сг—Ni или различные сплавы, содержащие Сг—Al—Fe. Для достижения еще более высокой температуры (до 1400 °С) на воздухе применяют сплав 10 % Rh—Pt. Этот сплав превосходит чистую платину по механической прочности и имеет более низкую скорость роста зерен. Монокристалл того же сечения, что и проволока спирали, хуже работает на срез и разрушается.

Карбиды бора и кремния обладают высокой твердостью, приближающейся к твердости алмаза. Их используют как абразивы и для изготовления режущих инструментов. Карбид кремния — полупроводник и используется для нагревательных элементов металлургических печей. Карбиды этих элементов очень устойчивы, кроме карбида АЦСз, разлагающегося разбавленными кислотами.

Сплавы системы Ni - Cr получили название нихромов. К ним относятся сплавы типа Х10Н90, Х20Н80 и др. Их используют для изготовления нагревательных элементов электрических печей сопротивления, печной арматуры, защитных трубок термопар и др.

о необходимости предварительной дегазации теплоносителя при использовании его в нагревательных установках. Анализ имеющихся опытных данных по термической стойкости МИПД показывает:

Четыреххлористый титан весьма бурно взаимодействует с водой, -при этом Образуется объемистый желтый осадок и выделяется большое количество тепла. При взаимодействии соли с парами аоды при температурах 300—400° С образуются двуокись титана и соляная кислота. Способность соли дымить во влажном воздухе объясняется ее гидратацией с последующим гидролизом паров. Следовательно, в нагревательных установках, работающих «а четыреххло-ристом титане, должен 'быть полностью исключен контакт теплоносителя с водой и влажным воздухом, так как в противном случае произойдут быстрая коррозия конструкционного материала и его разрушение.

Так, при работе полупромышленной установки под давлением 8 ата (температура 370° С) после 6-месячной эксплуатации не наблюдалось видимого разложения, ди-фенилыной смеси: ее температура кипения и удельный вес оставались практически постоянными. При непрерывной 3-месячной работе промышленного парогенератора производитель'ностью 2,8 Мккал/ч при температуре в нем дифияильной смеси 360—380° С было установлено, что удельный вес теплоносителя оставался постоянным и равным 1050 кг/м3, температура плавления понизилась с 11 до 2, температура кипения с 254 до 250° С и вязкость по Энглеру (при 50° С) с 1,32 до 1,08 Э; в то же время содержание кокса увеличилась с 0,0244 до 0,0247%. Таким образом, можно считать, что дифенильмая омесь, применяемая в жидком и парообразном состояниях, термически устойчива при непрерывной продолжительной работе—'До. 380—385°С и при кратковременной — до 400° С. Как было показано нами раньше [Л. 106], увеличение скорости циркуляции смеси в установке, а также создание в ней (в случае работы на кипящей смеси) буфера из инертных газов можно значительно удлинить сроки службы теплоносителя. Для замедления разложения паров дйфенильной смеси необходимо избегать примесей в них воздуха. Отделение последнего от дйфенильной смеси в нагревательных установках достигается путем устройства воздушников в верхней части системы. Дифенильная смесь горюча, но практически невзрывоопасна. Хотя температура вспышки жидкой смеси невысока (102°С), однако без подвода тепла извне горение ее при этой температуре исключается. Подожженная дифенильная смесь горит медленно с образованием большого количества копоти. Если случайно пары дйфенильной смеси просочатся в топку, то происходит их вое -96

Высокие требования, предъявляемые к теплоносите-ЛЯ'М атомных реакторов, дают основание для рекомендации смеси НВ-40, как и терфенильной смеси, в промышленных нагревательных установках до температур 'порядка 400°С, так как при температурах более 426°С наблюдается их разложение.

Эрозия конструкционных материалов способствует развитию их разрушений посредством коррозии, а коррозия, ослабляя структуру поверхностного слоя материала, увеличивает интенсивность его разрушения посредством эрозии. Чтобы практически исключить эрозионное воздействие жидкометаллических теплоносителей на конструкционные материалы, нами на основании анализа опубликованного материала {Л. 65] рекомендуются следующие максимально допустимые скорости этих теплоносителей в нагревательных установках: для истинных металлов и их сплавов 8 м/сек я для тяжелых металлов и их сплавов 3 м/сек.

По этой же причине растворенные в теплоносителе вещества, попадая в холодную зону нагревательной установки, выпадают из него в виде шлама, который может закупорить трубы установки и тем самым вывести ее из строя. Это положение является еще одним недостатком теплоносителей рассматриваемой группы. Кроме этого, в нагревательных установках, работающих с жидкометаллическими теплоносителями, нередко наблюдается перенос каких-либо компонент, входящих в "состав конструкционного материала, из одного участка установки в другой. Причиной этого является разнородность металлов, из которых изготовлены отдельные установки, и наличие электрических потенциалов между теплоносителем и стенками труб установки.

4. По причине хорошей взаимной растворимости не _ могут быть применены в качестве конструкционных материалов следующие металлы: алюминий, висмут, кадмий, свинец, магний, серебро, олово, цинк, а также сплавы, содержащие заметные количества их,— в ртутных нагревательных установках, марганец, олово, медь, цинк, монель-металл, алюминий, сплавы на основе меди, вольфрам и платина—в свинцовых нагревательных установках, нержавеющие стали, алюминий, медь, сплавы на основе меди, никель, платина, серебро, золото и стекло «пирекс» —в кадмиевых нагревательных установках.

5. Из жидкометаллических теплоносителей наибольшей агрессивностью против конструкционных материалов обладает галлий. Железо, углеродистая сталь, нержавеющая сталь (при температурах более 200°С), алюминий, медь, титан, никель, марганец, магний, кадмий, олово, ванадий, цирконий, платина, индий, германий, серебро, золото не могут быть применимы в галлиевых нагревательных установках. В качестве конструкцион-

6. Олово обладает значительно меньшей агрессивностью, чем галлий, ,но большей, нежели висмут и тем более чем остальные жидчшметалличеокие теплоносители. Исключается применение в нагревательных установках, работающих на жидком олове, следующих металлов и их сплавов: цинка, сурьмы, свинца, алюминия, меди, магния, кадмия, никеля, кобальта, селена, платины, серебра, индия и золота. Ограниченно устойчивы против жидкого олова: углеродистые стали, чугун, цирконий (до 500° С), аустен'итные и ферритные нержавеющие стали (до 400° С), достаточно устойчив при температурах до 500° С бериллий, а в статических условиях (по данным Рида {Л. 65]) — вольфрам и стекло «в'икор» (до 1 000°С), рений (до 1 500°С), окись алюминия (до 1750° С) и графит (до 1 500—2000°С).

Обычно в нагревательных установках с естественной циркуляцией масла теплонапряжение в трубчатой печи не превышает 5— 8 тыс. ккал/ч • м2. В тех случаях, когда высота помещения не 'позволяет расположить обогреваемый аппарат над трубчатой печью на высоте, достаточной для обеспечения заданной тепловой нагрузки, следует остановиться на схеме нагревательной установки с принудительной циркуляцией масла. Принципиальная схема такой установки представлена на рис. 7-3. Требуемая по условиям надежности работы установки скорость циркуляции масла обеспечивается циркуляционным насосом 8, расположенным между генератором тепла / и сборником-хранилищем 7.

В нагревательных установках с принудительной циркуляцией . минерального масла температуру нагрева его ( можно регулировать в широких пределах, изменяя скорость циркуляции теплоносителя в системе. На рис. 7-4 изображена схема нашревательной установки при помощи глицерина, работающая на одном из московских заводов в цехе вулканизации резины. Подогрев глицерина до температуры 170—250° С осуществляется в котле Лешапеля с поверхностью нагрева 3,15 -и2. Котел работает на твердом топливе и имеет теплопроизводительность 55 000—60 000 ккал/ч, обеспечивая работу двух вулканизационных прессов 3 и вулканизационного котла 2. Циркуляция глицерина в системе осуществляется при помощи ше-