Радиационную стойкость

Паро-паровой теплообменник (ППТО) нашел применение благодаря особенностям теплообмена в радиационных и конвективных поверхностях. Если перегреватель высокого давления имеет развитую радиационную поверхность, то температура в нем при уменьшении нагрузки котла будет расти. Получающийся избыток теплоты в тракте высокого давления передается промежуточному пару в паро-паровом теплообменнике.

Паро-паровой теплообменник (ППТО) нашел применение благодаря особенностям теплообмена в радиационных и конвективных поверхностях. Если перегреватель высокого давления имеет развитую радиационную поверхность, то температура в нем при уменьшении нагрузки котла будет расти. Получающийся избыток теплоты в тракте высокого давления передается промежуточному пару в паро-паровом теплообменнике.

тем расчётным путём необходимую радиационную поверхность нагрева Нр.

Теплопроизводительность экономайзеров и температура нагреваемой ими воды недостаточны для горячего водоснабжения. В то же время установка в котельных контактных котлов для горячего водоснабжения не полностью исчерпывает все возможности повышения эффективности, так как отопительные котлы имеют относительно низкий КПД. Целесообразным является установка контактных экономайзеров, имеющих собственные горелки. Одной из современных конструкций такого комбинированного котла-экономайзера является контактно-поверхностный котел-экономайзер КПГВ-1 теплопронзводительностью 1 МВт (рис. 5-12) [10]. Котел имеет две контактные ступени нагрева воды: первая ступень — нагрев смесью газов соседних отопительных котлов и собственной топки, оборудованной инжекционной горелкой; вторая ступень — нагрев только горячими продуктами сгорания собственной топки. Имеется и третья, поверхностная, ступень нагрева воды через радиационную поверхность топки, имеющую водяную рубашку. Вода нагревается до 100°С при КПД, равном 97 %. В котлах применены уложенные в шахматном порядке кольца Рашига 50 X 50 X 5 мм, а также седла «Инталокс», которые имеют некоторое теплотехническое преимущество перед кольцами Рашига за счет увеличения аэродинамического сопротивления. Котлы КПГВ-1 подсоединены к системе горячего водоснабжения через промежуточные теплообменники. Сопоставление котлов КПГВ-1 с чугунными секционными водогрейными котлами «Энергия» показывает, что себестоимость горячей воды снижается на 10 %, металлоемкость— в 1,5—2 раэа, а КПД увеличивается на 15—20%, что говорит о перспективности контактных котельных агрегатов

Длительных эксплуатационных наблюдений за работой котла по причинам организационного характера провести не удалось. Тем не менее проведенные многократные пуски, наладочные работы и теплотехнические испытания позволили определить особенности эксплуатации котла и его фактические параметры и наметить пути улучшения конструкции. Вместо корытчатого водораспределителя для первой ступени целесообразно применять перфорированные трубы с расположением отверстий, обеспечивающим равномерное распределение воды по сечению и полное смачивание стенок корпуса котла. Для орошения насадки второй ступени следует также применять более эффективно работающий водораспределитель» чтобы исключить влияние неточной установки корыт на распределение воды. Для увеличения объема топки и обеспечения возможности ее ремонта необходимо устроить вместо внутренней топки выносную. Вместо радиационного зонта для обеспечения должного подогрева воды от температуры мокрого термометра до расчетной следует предусмотреть в топке радиационную поверхность в виде водяной рубашки.

Как показывают многочисленные опытные данные, в топках больших размеров при горизонтальном расположении горелок максимальная температура факела пламени обычно наблюдается на уровне расположения горелочных устройств. В этой связи при постановке задачи о температуре газов на выходе из топки можно в первом приближении ограничиться рассмотрением одномерной схемы процесса, которая предполагает, что основное тепловыделение в топке происходит на уровне расположения горелок (//г = #макс), где, как уже упоминалось выше, наблюдается также максимальная температура факела пламени вмакс. В рассматриваемых условиях, при мгновенном сгорании топлива на уровне расположения горелок, обозначая через Н текущую радиационную поверхность нагрева, можно записать уравнение теплового баланса элементарного слоя пламени в виде:

тельностью от 4 до 30 Гкал/ч выполнены в транспортабельном изготовлении таким образом, что могут поставляться одним транспортабельным блоком (теплопроиз-водительностью до 6,5 Гкал/ч) и двумя транспортабельными блоками (теплопроизводительностью от 10 до 30 Гкал/ч). Топочная камера в этой серии котлов имеет горизонтальную компоновку и полностью экранирована трубами, образующими радиационную поверхность нагрева. Котлы отличаются лишь глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной конвективной шахте. Газомазутные котлы типа КВ-ГМ-50 и КВ-ГМ-100 выполнены по П-образ-ной схеме. Котлы типа КВ-ГМ-180 выполнены по Т-образной схеме. Все котлы новой серии для удаления наружных отложений с труб конвективной поверхности нагрева снабжаются дробеочисти-тельными установками. При разработке конструкции котлов новой серии преследовались следующие основные положения: обеспечение максимальной степени заводской блочности с целью удешевления стоимости и сроков проведения монтажных работ и максимальная однотипность деталей элементов и отдельных узлов для котлов различной теплопроизводительности при сжигании различных видов топлива.

ют большую эффективную радиационную поверхность. Неравномерное приращение энтальпии не устраняется в нижнем коллекторе, так как в нем не происходит перемешивания и пар как бы замыкается на соседнюю трубу. Соответствующие расчеты и измерения показали, что по ширине панели образовался температурный перекос, достигающий 75° С, который затем переходил на подключенную без перемешивания потолочную панель. Указанный недостаток был ликвидирован разделением панели на два потока с полным перемешиванием в нижнем и верхнем коллекторах.

Топочные экраны прямоточных котлоагрегатов образуют радиационную поверхность нагрева, которая в котлоагрегатах большой производительности разбивается на нижнюю радиационную часть (НРЧ), верхнюю радиационную часть (ВРЧ) и среднюю радиацион-

в эксперименте (в пересчете на радиационную поверхность) был равен <7Н=131 кДж/(м2-с). Возмущения давались в пределах х=0,36-^4,5. Здесь также наблюдается вполне удовлетворительное согласование результатов опытов и расчета, даже при высоких возмущениях (х= =4,5).

При сравнительно высокой температуре перегретого пара и наличии вторичного пароперегревателя завод установил радиационную поверхность натрева пароперегревателя на верхней половине фронтовой стены и на наклонном потолке топочной камеры (рис. 1-5). Эта настенная часть пароперегревателя была изготовлена в виде всего трех широких трубных пакетов, внутри которых в отдельных трубах пар нагревается в 2—3 раза 'больше, чем

водностьР тДермРиечИроУЩеСТВ: ВЫС°КуЮ теплоемкость и теГопро Дность, термическую и радиационную стойкость, химическую

Прогресс в некоторых новейших областях техники определяется в значительной степени способностью материалов работать в условиях облучения. При этом практика диктует необходимость испытывать уже разработанные материалы на радиационную стойкость для выяснения не только пределов их применимости, но и возможности использовать излучение как технологический фактор для улучшения свойств материалов.

1 — мономерное звено в структурной формуле полистирола, который является одним и» наиболее стойких к облучению полимеров без наполнителей; 2 — мономерное звено анилин-формальдегидного полимера (как и для полистирола, его радиационная стойкость определяется большими боковыми группами, содержащими бензольные кольца); з — мономерное-звено, встречающееся во многих эластомерах (так как стойкость эластомеров, по-видимому, не чувствительна к величине ненасыщенности, то эту группу можно расценивать наравне со следующей группой); 4 — мономерное звено полиэтилена; 5 — мономерное звено нейлона, радиационная стойкость которого подобна полиэтилену; 6 — мономерное звено силиконового каучука, который имеет такую же радиационную стойкость, как и большинство других эластомеров; 7 — мономерное звено фенолформальдегидного полимера (считается, что наличие бензольного кольца в главной цепи способствует разрыву цепей; это приводит к разрушению фенольных смол без наполнителей при дозах, при которых прочность полиэтилена не уменьшается, в отличие от полистирола, у которого бензольное кольцо находится в боковой группе); 8 — мономерное звено полимера, имеющего меньшую радиационную стойкость по сравнению с полиэтиленом (полиаллилдигликолькарбонат, поливинилформаль и поливинилбутираль размягчаются, полиэфирная смола «Селектрон» 5038 (Selection») твердеет, однако этот пластик в исходном состоянии является очень мягким и характеризуется высокой скоростью сшивания); 9 — мономерное звено полисульфидного эластомера «Тиокол» («Thiokol») у которого наблюдающееся равновесие между процессами разрыва цепей и сшивания вызывает небольшое изменение твердости, но уменьшает предел прочности; 10 — мономерное звено полиэфирного волокна «Дакрон» («Dacron») (при облучении появляется хрупкость); 11 — мономерное звено поливинил-хлорида (непластифицированный поливинилхлорид размягчается в результате разрыва цепей, хотя высокопластифицированные формы твердеют); 12 — мономерное звено целлюлозы (быстрое развитие хрупкости целлюлозных пластиков свидетельствует о том, что такая структура чувствительна к разрыву цепей); 13 — мономерное звено тефлона и политрифторхлорэтилена (флюоротен), которые становятся хрупкими и разрушаются при относительно малых дозах (стойкость по отношению к деструкции мала); 14 — мономерное звено в полимерах с четвертичными атомами углерода (полиметилметакрилат, бутилкаучук и поли-а-метилстирол).

Не все свойства полимеров в одинаковой степени подвержены воздействию облучения. Поэтому при решении вопроса о том, какой каучук или пластик лучше для конкретного применения, необходимо иметь в виду две стороны вопроса, связанные с влиянием облучения. Во-первых, нужно учесть общую радиационную стойкость материала и, во-вторых, рассмотреть влияние облучения на те свойства, которые важны в каждом конкретном случае. Например, два эластомера могут иметь хорошую общую радиационную стойкость, но у одного при облучении быстрее падает прочность при разрыве, в то время как у другого более быстро падает прочность при сжатии. Первый выгоднее использовать в тех случаях, когда одним из важных требований является прочность при сжатии, например в прокладках и уплотнениях. Последний может хорошо работать в тех случаях, когда важно сохранить прочность при растяжении. В конечной счете стойкость полимера зависит от его химической природы. Ароматические структуры, благодаря резонансному характеру их свойств, способствуют повышению стойкости полимеров. Поэтому полистирол является одним из наиболее стойких в радиационном поле полимеров. Некоторые из мономерных звеньев показаны на рис. 2.1, где они расположены, по данным Зисмана и Боп-па [89], в соответствии с их стойкостью. Реакции, происходящие в облученных полимерах, в общем виде можно рассматривать либо как сшивание, либо как деструкцию. Ниже эти реакции будут рассмотрены более подробно.

Метилметакрилат и полиэфиры без наполнителей имеют относительно низкую радиационную стойкость по сравнению с другими пластиками. Однако по сравнению с эластомерами они больше приближаются к бута-диенстирольному каучуку (SBR) — одному из наиболее радиационно-стойких синтетических каучуков. Материалами, имеющими низкую радиационную стойкость, являются целлюлозы, полиамиды и тефлон.

Введение наполнителей, в частности минеральных, увеличивает стойкость фенольных смол. Фенолформальдегидная смола с асбестовым наполнителем «Хейвиг» 41 имеет превосходную радиационную стойкость и является одним из наиболее радиационноустойчивых пластиков. Без заметных изменений его можно облучать до доз 3,9-1010 эрг/г, а повреждение на 25% происходит при дозе 3,9 • 1011 эрг/г. Уместно отметить, что такие комбинации смол и наполнителей повышают и термостойкость материалов. Интересен тот факт, что асбест улучшает радиационную стойкость фенольных смол, но не влияет на стойкость каучуков.

Колихман и Стронг [26] показали также, что свойства отвердителя и активного наполнителя оказывают большое влияние на радиационную стойкость эпоксидных смол. Наилучшая радиационная стойкость была получена при использовании в качестве отвердителей таких ароматических соединений, как метафенилендиамин и диангидрид пиромелитовой кислоты. Данные, полученные Колихманом и Стронгом, показывают, что эпоксидные пластики с высокой температурой термического разрушения более устойчивы по отношению к излучению, чем пластики с более низкой температурой термического разрушения. Использование отвердителей, содержащих диангидрид пиромелитовой кислоты, способствует образованию эпоксидных пластиков с высокой температурой термического разрушения (260—302° С). Облучение такой системы максимальной дозой 1010 эрг!г понижает температуру термического разрушения с 302° С примерно до 288° С.

Диаминдифенилметан и метафенилендиамин являются наиболее радиа-щионностойкими, коммерчески доступными отвердителями, причем первый из них лучше выдерживает длительное облучение. Судя по неполным экспериментальным данным, бензидин, из-за отсутствия активных мети-леновых мостиков между фенильными группами, по-видимому, имеет более высокую радиационную стойкость, чем диаминдифенилметан.

Колихман и Скарбороу изучали радиационную стойкость полиэфирных смол без наполнителей [27]. Они нашли, что предел прочности на разрыв и модуль Юнга у полиэфирной смолы «Селектрон» 5003 увеличивается примерно на 20% и менее. Другие материалы значительных изменений не претерпевали. При дозах от 9,0-107 до 4,5-10е эрг /г не было обнаружено заметных изменений твердости и температуры термического разру-

Введение минеральных наполнителей увеличивает радиационную стойкость полиэфиров примерно в 100 раз. Бонн и Зисман [8] нашли, что физические свойства полиэфира на основе алкидных смол «Пласкон»-с минеральным наполнителем начинают быстро ухудшаться при дозах выше 8,6-109 эрг/г.

Слоистые полиэфирные пластики имеют хорошую радиационную стойкость. Джонсон и Сицилио [58] облучали несколько типов слоистых полиэфирных пластиков с наполнителем из стекловолокна, используемых в самолетостроении, интегральными экспозиционными дозами 2,4-Ю9 эрг/г (6,0-Ю14 б. нейтрон/см2, 6-Ю13 т. нейтрон/см2 и 5-Ю18 у-квант/см2). После такого облучения существенных изменений физических свойств слоистых пластиков не было обнаружено.