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(钛合金冷却器选材的若干建议
钛合金冷却器选材的若干建议
铜管具有良好的热传导性和一定的抗腐蚀性能,具有足够的强度、弹性和耐磨性,且易于与管板连接,价格又较便宜,使整台热交换器造价较低,所以铜合金管一直是发电厂凝汽器、闭式冷却器、油冷却器等热交换器的首选管材。但由于其抗冲刷性能有限、抵御污染物腐蚀的性能差、易于诱发沉积物下腐蚀等原因,因此其广泛应用也收到一定的局限。在湿度较高、腐蚀性介质(如含SO2的空气、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN-、NH4+等能与铜形成络合离子的液体中),铜则发生较为严重的腐蚀。42-、Cu2+、Fe3+、Zn2+对腐蚀性能都有不同程度的影响,且浓度高时腐蚀性都增加。
与之相比,钛具有良好的导热性,其导热率比不锈钢高50%作用;而且,钛具有强烈钝化倾向,在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜,即使因为某些原因膜遭破坏,也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性。
(a) 板状;(b)管道型
图1 不同外型的钛热交换器(德国Essen的DTG公司)
表1 钛在部分化工介质中的耐腐蚀性数据
腐蚀介质 浓度,%(重量) 温度, ℃ 腐蚀速度,毫米/年 硝酸 38 95 0.1 氮的氧化物 - 200 0.001 硫酸 10 65 0.01 盐酸 0.01~0.02 45 0.033 水 0.03~0.05 氨 100 450 0.001 水蒸气 10 500 0.02 氟化氨 42 60 0.1 氯化铵 46.5 115 0.001 被氯饱和的水(或被酚、硫化氢、溴等所饱和的水) - 20 0.05 锅炉用碱性水 - 360 0.05 含水(6%)、SO2(5%)和SO3(1%)的潮湿空气 - 220 0.025 硫酸亚铁 50 100 0.05 硫酸铁 饱和 室温 0.01 氯化亚铁 30 100 0.001 三氯化铁 50 100 0.01 60 80 0.001 磷酸钾 10 75 0.05 氯化钾 36 111 0.13 氢氟酸钾 50 50 0.006 亚硝酸钠 0.01 20 0.02
据文献可知,全世界数百万米焊管和无缝钛管(用于发电厂、精炼厂、化工厂、脱盐和蒸汽压缩厂、化工厂)为钛的使用寿命和可靠性提供了证明,其使用寿命和可靠性与使用的Cu-Ni合金和不锈钢不相上下。例如,日本冷凝管用钛占全国钛用量的20%左右。
钛及钛合金在淡水、海水和高温水蒸气中都是很耐蚀的。实验表明其腐蚀速度很小,可忽略不计。表2为钛及其合金在浅海和深海中的腐蚀速度,在淡水中的腐蚀速度更低。
铁量介质中的耐腐蚀性能有影响,使用铁件支撑钛设备时,铁钛接触面上的铁沾污几乎是不可避免的在铁沾污区腐蚀加速,特别是在有氢存在的情况下。当沾污表面的钛氧化膜发生机械损坏时,氢就渗入金属,根据温度、压力等条件,氢发生相应的扩散,这使钛产生不同程度的氢脆。因此钛在中等温度和中等压力和含氢系统中使用要避免表面铁污染。
表2 钛及其合金在海水中的腐蚀速度
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢;对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强;对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。发电站的冷凝器,石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置表7 耐蚀钛合金腐蚀试验结果(毫米/年)
表8 钛及钛合金在石油、化工等部门的应用
石油化工反应器、压力容器、热交换器、分离器配管、蒸馏塔顶凝缩器内衬等。 化学工业蒸馏塔、反应器、压力容器、热交换器、过滤器、测量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其它耐酸设备内衬。 造纸工业搅拌器、漂白塔、加热锅、反应塔配管。 纺织工业连续漂白机、蒸馏塔、反应槽、冷凝器、热交换管、离心分离机、喷丝头、阀、泵。冶金工业炼钢吸气剂、合金添加剂、超导合金材料、电解高纯金属(如钠、镍、钴)的阴极板和电镀槽等。海水淡化和发电厂热交换器、冷凝器、供水加热器、管道、其它接触海水的设备。舰艇工业舰艇外壳、甲板、阀、翼、快艇推进器、传动轴、蒸汽机、深潜艇压力舱、开发海洋设备。
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