Способ изготовления теплообменного оборудования с жидкометаллическим теплоносителем
Способ предназначен для использования в теплоэнергетике и атомной энергетике, а также может быть использован в металлургической, стекольной и других отраслях промышленности. Способ включает сборку теплообменного оборудования, дегазацию, промывку и заполнение теплоносителем, причем конструкционный материал на рабочих поверхностях, контактирующих с жидкометаллическим теплоносителем, обескислороживают до предельного оксида, промывают теплоносителем, обогащенным кислородом до окислительного потенциала выше потенциала предельного оксида, ополаскивают теплоносителем, обескислороживают до окислительного потенциала ниже потенциала предельного оксида, заполняют теплообменное оборудование этим обескислороженным теплоносителем в требуемом количестве, а затем герметизируют теплообменное оборудование. Изобретение обеспечивает увеличение ресурса работы теплообменного оборудования, улучшает его теплотехнические характеристики. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к атомной и теплоэнергетике и может быть использовано в металлургической, стекольной и других отраслях промышленности.
Известен способ заполнения тепловых труб жидкометаллическим теплоносителем, включающий дегазацию изделия, промывку его очищенным (например, дистиллированным) теплоносителем с протоком теплоносителя через изделие и сливом его в отдельную емкость и заполнение очищенным теплоносителем /1/. Такой способ заполнения не обеспечивает удаления окисных пленок с поверхности конструкционного материала и, следовательно, кислорода, связанного в этих пленках, так как чистый теплоноситель (например, натрий или сплав натрий-калий) слабо взаимодействует с окисными пленками. При последующей эксплуатации образуются сложные оксиды типа NaCrO2 в виде мелкодисперсного "коллоидного" раствора, которые не удаляются из теплоносителя известными методами очистки. В неизотермических контурах эти соединения распадаются в низкотемпературной части контура с высвобождением Na2О. Этот оксид натрия, попадая с теплоносителем в высокотемпературную часть контура, взаимодействует с конструкционным материалом, снова образует сложное соединение, усиливая таким образом коррозию. Это в конечном счете ограничивает ресурс работы изделия или установки. В тепловых трубах, содержащих мало теплоносителя и имеющих большую поверхность конструкционного материала в виде капиллярно-пористой структуры, этот недостаток многократно усиливается и резко ограничивает ресурс работы изделия. Кроме того, неполное смачивание чистым теплоносителем (угол смачивания около 30o) снижает теплопередающие свойства тепловых труб. Известен способ изготовления изотермического стеклоформующего инструмента, представляющего собой тепловую трубу сложной геометрической формы /2/, также включающий описанный выше способ заполнения тепловых труб и, соответственно, обладающий теми же недостатками. Задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков, резкое увеличение ресурса работы изделий и повышение их теплотехнических характеристик. Поставленная задача решается тем, что внутренняя полость изделия подвергается высокотемпературной вакуумной дегазации до состояния, при котором диссоциируют все оксиды конструкционных материалов (например, Fe3O4), кроме наиболее термодинамически прочного - предельного оксида (например, Cr2O3, в случае нержавеющей стали типа Х18Н10Т). Затем изделие промывают теплоносителем, обогащенным кислородом до окислительного потенциала выше потенциала предельного оксида. При этом образуются сложные оксиды (например, NaCrO2), существующие в виде коллоидного раствора в теплоносителе и не поддающиеся удалению известными методами очистки жидких металлов. Этот теплоноситель сливают из изделия и прополаскивают последнее чистым теплоносителем, обескислороженным до окислительного потенциала ниже потенциала предельного оксида. По окончании прополаскивания изделие заполняют обескислороженным теплоносителем в требуемом количестве для данного изделия и герметизируют его. Таким образом, достигается полное смачивание рабочей поверхности чистым теплоносителем, а отсутствие кислорода в теплоносителе и в конструкционном материале предотвращает коррозию и гарантирует длительный ресурс. Практическую реализацию способа изготовления теплообменного оборудования с жидкометаллическим теплоносителем проиллюстрируем на примере изготовления высокотемпературной натриевой тепловой трубы (ТТ). Материал корпуса и капиллярно-пористой структуры (КПС) - сталь 12Х18Н10Т. В качестве КПС использовался металловойлок с диаметром волокон 8 мкм и пористостью 0,99. Ниже приведена последовательность технологических операций по изготовлению ТТ. 1. Изготовление деталей и сборка ТТ. 2. Дегазация изделия. Процедура дегазации ТТ совмещалась с операцией спекания волокон металловойлока друг с другом и припекания его к подложке. Дегазация ТТ производилась при температуре 1150![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Формула изобретения
1. Способ изготовления теплообменного оборудования с жидкометаллическим теплоносителем, включающий его сборку, дегазацию, промывку и заполнение теплоносителем, отличающийся тем, что конструкционный материал на рабочих поверхностях, контактирующих с жидкометаллическим теплоносителем, обескислороживают до предельного оксида, промывают теплоносителем, обогащенным кислородом до окислительного потенциала выше потенциала предельного оксида, ополаскивают теплоносителем, обескислороженным до окислительного потенциала ниже потенциала предельного оксида, заполняют теплообменное оборудование этим обескислороженным теплоносителем в требуемом количестве, а затем герметизируют теплообменное оборудование. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сборку теплообменного оборудования включают операции спекания капиллярно-пористой структуры и соединения ее со стенками теплообменного оборудования, которые производят в тех же условиях, при которых обескислороживают до предельного оксида поверхности конструкционного материала, контактирующие с теплоносителем. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соединение капиллярно-пористой структуры со стенками производят с помощью пайки припоем, коррозионно-стойким в среде теплоносителя.РИСУНКИ
Рисунок 1