鈦及鈦合金防腐應(yīng)用

1、鈦及鈦合金的防腐應(yīng)用鈦的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是耐腐蝕性強(qiáng)，這是由于它對(duì)氧的親合力特別大，能在其表面上生成一層致密的氧化膜，可保護(hù)鈦不受介質(zhì)腐蝕。金屬鈦在大多數(shù)水溶液中，都能在表面生成鈍化氧化膜。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好，甚至可與鉑比美。但是，如果在某種介質(zhì)中，能連續(xù)溶解鈦表面氧化膜時(shí)，則鈦在這種介質(zhì)中便會(huì)受到腐蝕。例如，鈦在氫氟酸、濃的或熱的鹽酸、硫酸和磷酸中，由于這些溶液溶解鈦表面氧化膜，所以鈦被腐蝕。如果在這些溶液中加入氧化劑或某些金屬離子時(shí)，則鈦表面氧化膜便會(huì)受到保護(hù)，此時(shí)鈦的穩(wěn)定屬于增加。一化學(xué)工業(yè)在化工生

2、產(chǎn)中，用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料,這對(duì)增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、減少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。 近年來(lái)，我國(guó)化工用鈦的范圍不斷擴(kuò)大，用量逐年增加，鈦已成為化工裝備中主要的防腐蝕材料之一。其主要應(yīng)用于蒸餾塔、反應(yīng)器、壓力容器、熱交換器、過(guò)濾器、測(cè)量?jī)x器、汽輪機(jī)葉片、泵、閥、管道、氯堿生產(chǎn)電極、合成塔內(nèi)襯、其它耐酸設(shè)備內(nèi)襯等。鈦?zhàn)鳛橐环N優(yōu)良的用于化工裝置中的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)確立了它的地位，也愈來(lái)愈引起工程技術(shù)人員的重視。1氯堿工業(yè) 鈦在各種酸、堿、鹽介質(zhì)中，除上述四種無(wú)機(jī)酸和腐蝕性很強(qiáng)的氯化鋁

3、外，都具有很好的穩(wěn)定性。所以，鈦是化學(xué)工業(yè)中優(yōu)良的抗腐蝕材料，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如，在氯堿工業(yè)中使用鈦金屬陽(yáng)極和鈦制濕氯氣冷卻器，收到很好的經(jīng)濟(jì)效果，被譽(yù)為氯堿工業(yè)中的一大革命。氯堿工業(yè)是重要的基本原料工業(yè)，其生產(chǎn)和發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響很大。這是因?yàn)殁亴?duì)氯離子的耐腐蝕性能優(yōu)于常用的不銹鋼和其它有色金屬。目前氯堿工業(yè)中廣泛采用鈦來(lái)制造金屬陽(yáng)極電解槽、離子膜電解槽、濕氯冷卻器、精制鹽水預(yù)熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。這些設(shè)備的主要零部件過(guò)去多采用非金屬材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金屬材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和加工工藝性能不夠理想，造成設(shè)備笨重、能耗大、壽命短，并影響產(chǎn)品質(zhì)量和污染環(huán)

4、境。因此，我國(guó)自70年代以來(lái)，開(kāi)始陸續(xù)用金屬陽(yáng)極電槽和離子膜電槽代替石墨電槽，用鈦制濕氯冷卻器代替石墨冷卻器，均取得良好的效果。 例如：鈦制濕氯冷卻器的應(yīng)用。食鹽電解生產(chǎn)燒堿要產(chǎn)生大量的高溫濕氯氣，溫度一般在7595，需要經(jīng)過(guò)冷卻和干燥才能使用。 我國(guó)食鹽電解制取氯氣的生產(chǎn)，以前因?yàn)槔鋮s工藝不合理或因冷卻設(shè)備的腐蝕問(wèn)題影響了氯氣產(chǎn)量和質(zhì)量，而且還嚴(yán)重地污染了環(huán)境。耐高溫濕氯氣腐蝕的鈦制冷卻器投入生產(chǎn)，改變了氯堿工業(yè)中制取氯的生產(chǎn)面貌。鈦在高溫濕氯氣的環(huán)境中極耐腐蝕，鈦在常溫時(shí)的氯水中，腐蝕速率為0.000565mm/a；在80時(shí)的氯水中，鈦的腐蝕速率為0.00431mm/a；在含95%濕氯氣中

5、，常溫下鈦的腐蝕速率為0.00096mm/a。許多氯堿廠使用了鈦制濕氯氣冷卻器后，有的使用了將近20年，至今仍然完好無(wú)損。2純堿工業(yè)純堿是最基本的化工原料之一，它直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。純堿生產(chǎn)過(guò)程中，氣體介質(zhì)多為NH3和CO2, 液體介質(zhì)多為NaCl、NH4Cl、NH4HCO3和Cl- 濃度較高的溶液，使用碳鋼、鑄鐵材質(zhì)進(jìn)行碳酸化反應(yīng)的碳化塔小管、熱母液冷卻器、冷卻器、結(jié)晶外冷器等主體設(shè)備，均不耐腐蝕，腐蝕泄漏嚴(yán)重，使用壽命不超過(guò)三年。1975-1977年，天津堿廠和大連化學(xué)工業(yè)公司建廠進(jìn)行了鈦應(yīng)用示范工作，碳化塔冷卻管63×2mm、鈦平板換熱器、鈦外冷器、鈦泵、CO2透平壓縮機(jī)

6、轉(zhuǎn)子、Ti-6Al-4V合金葉輪等的應(yīng)用效果很好，這為全行業(yè)進(jìn)行用鈦技術(shù)改造和新建三個(gè)年產(chǎn)60萬(wàn)噸純堿廠起到了樣板作用。例如：某純堿廠蒸餾塔頂部氨冷凝器應(yīng)用純鈦管代替鑄鐵管。氨冷凝器是純堿生產(chǎn)過(guò)程中,將蒸餾塔蒸出的氨氣進(jìn)行冷凝的設(shè)備，它由兩個(gè)鑄鐵冷卻箱組成,每個(gè)箱的直徑2.5m,高1.2m，箱內(nèi)原裝有63×6×2986mm鑄鐵小管214根,兩個(gè)箱共428根。管內(nèi)外均用熱固性酚醛清漆防腐,管外介質(zhì)為NH3、CO2、H2O蒸氣，溫度95左右。管內(nèi)走NH4Cl母液，與管外介質(zhì)進(jìn)行換熱。在此條件下，鑄鐵管腐蝕嚴(yán)重，使用一年即有部分管子腐蝕穿孔，2年已腐蝕損壞嚴(yán)重，停止使用。為解決氨

7、冷凝器內(nèi)鑄鐵管?chē)?yán)重腐蝕問(wèn)題，將鑄鐵管全部替換為T(mén)A2鈦管，規(guī)格為60×2×3010mm，鈦管管端與鑄鐵花板間用O型橡膠圈密封。這是我國(guó)純堿工業(yè)第一臺(tái)蒸餾塔的冷卻小管采用純鈦管。投產(chǎn)使用二年多，曾抽管進(jìn)行宏觀檢查，未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)20年以上，可比鑄鐵管延長(zhǎng)10倍。由于鈦管耐腐蝕，傳熱效率保持良好（鑄鐵管在3年一個(gè)大修期間，其傳熱效率前期好，中期差，后期就失效），管內(nèi)NH4Cl母液預(yù)熱回收熱量，提高母液進(jìn)入蒸餾塔的溫度，可節(jié)約大量蒸汽，經(jīng)濟(jì)效益明顯。大連化學(xué)工業(yè)公司堿廠年產(chǎn)純堿量為72萬(wàn)t，采用氨堿法和聯(lián)合制堿法進(jìn)行生產(chǎn)。從70年代后期開(kāi)始，為改變?cè)O(shè)備落后狀況，

8、一些主要設(shè)備逐步用鈦材及釷設(shè)備進(jìn)行更新。1983年后，又進(jìn)一步擴(kuò)大了鈦材的應(yīng)用范圍，現(xiàn)將應(yīng)用情況簡(jiǎn)述如下。2.1用鈦管代替氨冷凝器中鑄鐵管氨冷凝器是純堿生產(chǎn)過(guò)程中，將蒸餾塔蒸出的氨氣冷凝的設(shè)備。由兩個(gè)冷卻箱組成，箱內(nèi)裝有63mm*6mm*2986mm鑄鐵管214根。管內(nèi)外均用熱固性酚醛清漆防腐，管外介質(zhì)為NH3，C02、H2O蒸汽，溫度在95左右，管內(nèi)介質(zhì)NH4Cl母液，與管外介質(zhì)換熱。在此條件下，鑄鐵管腐蝕嚴(yán)重，使用1年即有部分管子腐蝕穿孔，兩年時(shí)間，已腐蝕損壞嚴(yán)重, 在蒸餾塔3年大修時(shí)，氨冷凝器內(nèi)的鑄鐵管全部換新。1977年大連化學(xué)工業(yè)公司堿廠把解決氨冷凝器內(nèi)鑄鐵管?chē)?yán)重腐蝕問(wèn)題列入科研項(xiàng)目

9、，向?qū)氹u有色金屬加工廠訂購(gòu)了規(guī)格為60mm*2mm*3010mm TA2管，于1979年安裝。這是該廠第一臺(tái)鈦列管設(shè)備，也是我國(guó)純堿工業(yè)蒸餾塔首次采用純鈦管。1979年12月投人生產(chǎn)，已用了14年，至今未發(fā)現(xiàn)腐蝕泄漏，效果良好。根據(jù)1982年9月(投產(chǎn)2年零10個(gè)月)抽管檢查鑒定，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)20年以上。由于鈦管耐腐蝕，傳熱效率保持良好(鑄鐵管在3年期間，其傳熱效率前期好，中期差，后期失效)，管內(nèi)NH4Cl母液預(yù)熱回收熱量，提高了母液進(jìn)入蒸餾塔的溫度，可節(jié)約大量蒸汽，經(jīng)濟(jì)效益明顯(見(jiàn)表1)。 表1 冷凝器采用鈦管與鑄鐵管經(jīng)濟(jì)效益比較項(xiàng) 目鈦 管鑄鐵管設(shè)備費(fèi)使用壽命每年折舊費(fèi)全年節(jié)約1800

10、00元預(yù)計(jì)20年9000元3000元24000元2年120000 全年生產(chǎn)能力全年節(jié)約蒸汽蒸汽單價(jià)全年節(jié)約價(jià)值全年收益14.6萬(wàn)t4.38萬(wàn)t7元/t30.66萬(wàn)元15.33萬(wàn)元14.6萬(wàn)t2.17萬(wàn)t7元/t15.33萬(wàn)元0 全年總收益15.63萬(wàn)元0由表1可見(jiàn)，用鈦管代替鑄鐵管，運(yùn)轉(zhuǎn)1年多即可收回鈦管的全部投資，并節(jié)約大量檢修工時(shí)。到1980年該廠4臺(tái)蒸餾塔頂部氨冷凝器全部采用了鈦管。另外，氮液蒸餾塔內(nèi)部的兩個(gè)水箱也安裝了428根鈦管，合計(jì)用鈦管8t。2.2用鈦管代替碳化塔冷卻鑄鐵管 碳化塔是純堿生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，塔下部有8個(gè)冷卻管，箱內(nèi)裝有鑄鐵管。管內(nèi)外均用熱固性酚醛清漆防腐。其接觸介質(zhì)，

11、管外是由塔上部下來(lái)帶有大量NaHC03結(jié)晶的氨鹽溶液和塔下部進(jìn)入的C02氣體向上流動(dòng)，管內(nèi)走海水，塔內(nèi)溫度為50-68。冷卻管僅使用兩年左右即有部分腐蝕穿孔，使用3年即需更換。而且管端鉛圈密封也經(jīng)常泄漏，嚴(yán)重結(jié)疤，對(duì)生產(chǎn)影響很大。 1979年以來(lái)，先后在7臺(tái)塔上應(yīng)用TF1回收純鈦管及TA2純鈦管代替鑄鐵管。1981年TF1回收純鈦管安裝于5#塔，每根重為5.192Kg，總重量為8.17t，每噸當(dāng)年價(jià)為7.35萬(wàn)示，共計(jì)60萬(wàn)元。1982年4月投產(chǎn)，至今未發(fā)現(xiàn)腐蝕泄漏，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)20年以上，如果使用壽命按20年計(jì)算，可節(jié)約大修費(fèi)20萬(wàn)元；因大修停產(chǎn)少創(chuàng)產(chǎn)值864萬(wàn)元，利潤(rùn)少收入316萬(wàn)元；

12、減少泄漏損失氨78.67t，鹽240t，轉(zhuǎn)化率提高節(jié)鹽800t，合計(jì)6.2萬(wàn)元。僅以上三項(xiàng)計(jì)算(不包括結(jié)疤造成減產(chǎn)、清掃管減產(chǎn)等)，20年可比鑄鐵管減少損失合計(jì)342.2萬(wàn)元。另外，還可以節(jié)約大量檢修工時(shí)，改善操作環(huán)境。1983年采用寶雞有色金屬加工廠生產(chǎn)的規(guī)格為63mm*2mm*3010mm TA2純鈦管，更換了13#塔4個(gè)冷卻箱內(nèi)鑄鐵管，共170t，當(dāng)年每噸價(jià)格6.3萬(wàn)元。該廠與大連制堿研究所共同進(jìn)行了TA2純鈦管在碳化塔內(nèi)插管試驗(yàn)，經(jīng)運(yùn)行406天和1149天兩次抽查，均未發(fā)現(xiàn)管子有任何腐蝕現(xiàn)象，管子仍閃光如新。2.3 TC4鈦合金葉輪代替C02透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子低合金鋼葉輪C02透平壓縮機(jī)葉

13、輪原用35CrMoV低合金鋼制造。使用過(guò)程中，葉輪1、3級(jí)葉片進(jìn)口受C02水霧腐蝕與沖蝕，短時(shí)間即不能使用。葉輪經(jīng)防腐處理，運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月則需進(jìn)行檢修，運(yùn)轉(zhuǎn)一年就需更換。 現(xiàn)用精鑄TC4合金替代35CrMoV低合金鋼(用鈦120 kg)，具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕，抗沖蝕，加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。此葉輪于1981年1月5日起連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，安全平穩(wěn)，維修工作量小。運(yùn)轉(zhuǎn)5年后，經(jīng)檢查各級(jí)葉輪葉片進(jìn)口完好，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)20年以上。改變了原來(lái)檢修頻繁狀況，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著(參見(jiàn)表2)。目前大連化學(xué)工業(yè)公司堿廠氨堿法4臺(tái)、聯(lián)合制堿法1臺(tái)透平轉(zhuǎn)子采用了TC4鈦合金。表2 鈦合金與低合金鋼轉(zhuǎn)子經(jīng)濟(jì)效益比較項(xiàng) 目低合金鋼葉

14、輪鈦合金葉輪轉(zhuǎn)子費(fèi)使用壽命設(shè)備折舊節(jié)約費(fèi)用一年檢修次數(shù)每次檢修費(fèi)用全年檢修費(fèi)用全年節(jié)約費(fèi)用一年停機(jī)次數(shù)一次停機(jī)天數(shù)一次停機(jī)損失全年停機(jī)損失全年總節(jié)約價(jià)值50000元一年50000元/年033000元9000元0320天48000元144000060000元預(yù)計(jì)10年6000元/年44000元/年11000元1000元8000元120天48000元48000元148000元2.4用鈦制外冷器代替鋼制外冷器 外冷器是用于冷卻結(jié)晶器內(nèi)氯化銨母液的設(shè)備，原系碳鋼制造。外冷器內(nèi)列管雖經(jīng)防腐處理，但因氯化銨母液腐蝕性強(qiáng)，使用壽命僅為4年左右。如果防腐蝕層質(zhì)量低劣，使用壽命僅1年左右。1980年2月使用了純

15、鈦制外冷器，外冷卻器內(nèi)有規(guī)格為51mm*2mm*6000mm純鈦管511根。運(yùn)行5年，設(shè)備未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，僅有5根管子因振動(dòng)被隔板磨損致壞。至今已使用14年，預(yù)計(jì)使用壽命可達(dá)30年，經(jīng)濟(jì)效益比較見(jiàn)表3。鈦外冷器一次投資較高，當(dāng)時(shí)每噸鈦管14萬(wàn)元，但每年仍收益10595元。而鋼制外冷器檢修頻繁，還必須備有備用設(shè)備，以保證清洗和檢修。因此該廠14臺(tái)外冷器，已有11臺(tái)采用了鈦制外冷器。 表3 鈦制外冷器與鋼制外冷器經(jīng)濟(jì)效益比較項(xiàng) 目鈦外冷器鋼外冷器整臺(tái)設(shè)備使用壽命每年折舊全年節(jié)約全年增產(chǎn)全年利潤(rùn)全年收益96萬(wàn)元預(yù)計(jì)30年32000元500元336.5t氯化銨100095元10595元13萬(wàn)元4年32

16、500元0002.5用鈦板冷卻器代替淋灑式鑄鐵排管 氨堿法重堿車(chē)間將13#，18#，改用國(guó)產(chǎn)鈦傘板冷卻器，換熱板片用TA2板制造，每臺(tái)冷卻面積為60 m2。1臺(tái)鈦傘板式冷卻器可以代替1.5臺(tái)，冷卻面積為3602的淋灑式冷卻排管，換熱效率可提高6倍，并清除了海水蒸汽以及海水淋灑造成的環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕。其經(jīng)濟(jì)效益比較見(jiàn)表4。表4 鈦傘板冷卻器與淋灑排管經(jīng)濟(jì)效益比較項(xiàng) 目鑄鐵淋灑排管鈦傘板冷卻器整臺(tái)設(shè)備使用壽命每年折舊全年節(jié)約13元3年43333元015萬(wàn)元預(yù)計(jì)20年7500年35833元全年運(yùn)行時(shí)間海水用量節(jié)約海水節(jié)約電量節(jié)約價(jià)值7000h15755000m30007000h525000m310

17、50000m3262500kW·h13125元全年節(jié)約價(jià)值048958元2.6用鈦板式換熱器代替鋼鐵列管式CO2，透平壓縮機(jī)油冷卻器 C02透平壓縮機(jī)油冷卻器試用T62銅板冷卻器代替鋼制列管冷卻器，投產(chǎn)運(yùn)行后降低了高速軸承的運(yùn)行溫升和油溫1013，也節(jié)約了冷卻海水量，但因銅板片遭受腐蝕而泄漏。1984年安裝了兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)鈦扳式換熱器，試運(yùn)行效果良好。之后，氨堿法的透平壓縮機(jī)油冷卻器都采用了鈦板式換熱器，共8臺(tái)。2.7用鈦合金葉輪式代替8S堿泵鋁鑄鐵葉輪 8S堿泵是純堿生產(chǎn)中輸送堿液的設(shè)備，葉輪是鋁鑄鐵，不耐母液沖刷腐蝕，使用壽命極短。1973年在8S泵上試用TC4鈦合金葉輪，結(jié)果表明能耐

18、母液的沖刷腐蝕，且效果良好，預(yù)計(jì)使用壽命可提高40倍以上，其經(jīng)濟(jì)效益比較見(jiàn)表5。這是我國(guó)純堿工業(yè)，在堿泵上首次試用鈦合金葉輪，1977年開(kāi)始逐步推廣應(yīng)用。表5 兩種材質(zhì)葉輪經(jīng)濟(jì)效益比較項(xiàng) 目鑄TC4葉輪鋁鑄鐵葉輪備件費(fèi)使用壽命每年折舊全年節(jié)約2000元預(yù)計(jì)10年200元1000300元3個(gè)月1200元0每年檢修全年費(fèi)用全年節(jié)約2次200元200元4次400元0每臺(tái)泵全年總收益1200元02.8用鈦泵代替鋁鑄鐵泵 在8S泵試用TC4鑄鈦合金葉輪成功的基礎(chǔ)上，為進(jìn)步解決堿母液泵泵體腐蝕問(wèn)題，從1983年起逐步用鈦泵代替鋁鑄鐵泵，共計(jì)24臺(tái)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2.9鈦閥門(mén)應(yīng)用 原來(lái)所用閥門(mén)多為鑄

19、鐵的，其使用壽命極短，多不過(guò)半年，少則只有兩個(gè)月左右，不僅更換頻繁，浪費(fèi)很多的檢修工時(shí)，而且影響產(chǎn)量，污染環(huán)境。1989年首先在氨堿法重堿碳化塔出堿口應(yīng)用了100mm鈦截止閥(現(xiàn)已有15個(gè))。1992年又在聯(lián)絡(luò)管應(yīng)用了200mm的鈦閥(現(xiàn)已有12個(gè))。使用效果均良好，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，每年節(jié)約經(jīng)費(fèi)30萬(wàn)元左右。在聯(lián)合制堿中，出堿口膠膜閥座(12個(gè))、中和水膠膜閥座(5個(gè))都采用了鈦鑄閥座，其使用壽命是鑄鐵無(wú)法比擬的。總之，大連化學(xué)工業(yè)公司堿廠應(yīng)用鈦材的實(shí)踐表明，鈦是制堿工業(yè)設(shè)備最理想的材料之一，由它制成的制堿設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。天津堿廠聯(lián)堿煅燒爐氣冷凝器鈦質(zhì)換熱管項(xiàng)目山東?；瘓F(tuán)股

20、份有限公司3.在石化工業(yè)中的應(yīng)用 鈦在石化工業(yè)中，多用于制造化工設(shè)備?；ぴO(shè)備的選材相當(dāng)重要，大量的壓力容器、貯槽、塔器、換熱器、管道乃至緊固件和連接件等等在工作條件下不僅要承受一定的載荷，而且要受到許多介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕，工作條件十分苛刻。在這種情況下，許多設(shè)備的選材如僅在常用不銹鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，已不能適應(yīng)。而鈦及鈦合金的機(jī)械性能與不銹鋼相近，耐蝕性能則遠(yuǎn)為優(yōu)異。為此，在重要的化工設(shè)備中，鈦材逐漸以各種形式如襯鈦、鈦鋼復(fù)合以至全鈦得到應(yīng)用。 鈦在我國(guó)石化工業(yè)中的應(yīng)用源于80年代初，上海金山石化總廠的乙烯裝置和芳烴提取裝置以及蘭州煉油化工廠的苯胺鹽酸生產(chǎn)裝置，由于鈦材的應(yīng)用解決了長(zhǎng)期困擾企業(yè)生

21、產(chǎn)的腐蝕問(wèn)題。隨后上海高橋石化、巴陵石化公司等都相繼投入大量資金，在石化工業(yè)裝備中應(yīng)用鈦材，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。 二石油工業(yè) 鈦在有機(jī)化合物中，除了溫度較高下的五種有機(jī)酸（甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸）外，都具有非常好的穩(wěn)定性。因此，鈦是石油煉制和石油化工中優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，可以用來(lái)制作各種反應(yīng)器、壓力容器、熱交換器、分離器配管、蒸餾塔頂凝縮器內(nèi)襯等。油氣鉆采中，英國(guó)在深600m、262的含5H2S和25NaCl中，使用了鈦制鉆采設(shè)備。前蘇聯(lián)采用了鈦泵、鈦閥和鈦制沖洗鹽水設(shè)備。我國(guó)在天然氣井口為解決600700atm的高溫H2S、C02和水蒸汽的腐蝕，使用了Ti-6Al4V的

22、閥板、閥座和閥桿，長(zhǎng)期使用效果甚好。 海上油氣開(kāi)采要長(zhǎng)期承受海水腐蝕和應(yīng)力腐蝕。國(guó)外廣泛采用Ti-6Al4V作為石油平臺(tái)支柱、繩索支架、海水循環(huán)加壓系統(tǒng)的高壓泵、提升管及聯(lián)結(jié)器等。因?yàn)門(mén)i-6A1-4V不僅耐海水腐蝕，而且具有高韌性、高屈服強(qiáng)度和高疲勞極限。最近國(guó)外選擇鈦的預(yù)應(yīng)力采油管接頭，這種接頭組裝簡(jiǎn)便快捷、重量輕，并保持彈性密封性，鈦是最佳的優(yōu)選材料。我國(guó)的海洋石油工業(yè)正進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)階段，當(dāng)前平臺(tái)的結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵部件及設(shè)備均從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)內(nèi)材料很少應(yīng)用。但可以預(yù)期，鈦將會(huì)在這里找到廣闊的市場(chǎng)。三冶金工業(yè) 鈦屬活性金屬，具有良好的吸氣性能，是煉鋼工業(yè)中優(yōu)良的脫氣劑，它能化合鋼在冷卻時(shí)析出的

23、氧和氮。在鋼中加入少量的鈦（<0.1%）可使鋼堅(jiān)韌而富有彈性。鈦也是煉鋼，煉鋁等工業(yè)中重要的合金添加劑。鈦具有超導(dǎo)性，是一種常見(jiàn)的超導(dǎo)材料。另外，鈦在含有金屬離子的酸性溶液中具有很好的穩(wěn)定性，因此鈦在濕法冶金工業(yè)中，如銅、鎳、鈷、錳等有色金屬.從70年代初，云南冶煉廠、上海冶煉廠、葫蘆島鋅廠等有色冶金行業(yè)率先在電解銅、電解鎳及鉛鋅冶煉中使用鈦材，解決了嚴(yán)重困擾企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展的腐蝕問(wèn)題，鈦及鈦設(shè)備在這些企業(yè)成功的應(yīng)用，也大大地促進(jìn)了我國(guó)鈦工業(yè)民用推廣的使用。 自80年代后，國(guó)內(nèi)許多濕法冶金企業(yè)都開(kāi)始在技術(shù)改造中選用鈦材。金川有色金屬公司、沈陽(yáng)冶煉廠、銅陵有色金屬公司、大冶有色金屬公司。撫順

24、鋁廠等企業(yè)近十年來(lái)的用鈦量高達(dá)上百噸，這些新技術(shù)、新裝備的使用，使我國(guó)有色濕法冶金行業(yè)的裝備更接近世界先進(jìn)水平。鈦的電解生產(chǎn)中，有著十分廣泛的應(yīng)用。四化肥工業(yè) 尿素是重要的化肥，在生產(chǎn)過(guò)程中尿素、氨、氨基甲酸銨和它們的混合液，在高溫高壓的條件下腐蝕性很強(qiáng)，使用鈦取代不銹鋼后設(shè)備壽命大大增加，檢修時(shí)間大大減少。因此目前尿素生產(chǎn)中的主要設(shè)備都使用鈦材。五海水淡化和造船工業(yè) 鈦抗海水腐蝕的能力比其它所有金屬都好，無(wú)論是在靜止的或高速流動(dòng)的海水中鈦都具有特殊的穩(wěn)定性。因此，鈦是海水淡化裝置的理想材料。鈦在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)量將越來(lái)越大。鈦抗海水和海洋空氣腐蝕能力很強(qiáng)，而且強(qiáng)度大，重量輕，是造船工業(yè)的理想

25、結(jié)構(gòu)材料，已廣泛應(yīng)用在各種艦艇、深水潛艇的許多部件中。目前海水淡化已遍及全世界60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，全球有海水淡化廠600萬(wàn)多座，海水淡化日產(chǎn)量約3500萬(wàn)噸左右，并且以每年10以上的速度在增加。海水淡化已經(jīng)成為解決缺水問(wèn)題最佳方法之一。目前全球主流的海水淡化方法主要有多級(jí)閃蒸法（MSF）、低溫多效蒸餾法（LT-MED）和反滲透膜法（RO）三種。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用的條件和范圍也不同。我國(guó)主要是應(yīng)用LT-MED和RO 兩種方法，未來(lái)幾年當(dāng)時(shí)中國(guó)將有多個(gè)海水淡化項(xiàng)目啟動(dòng)。未來(lái)3-5年海水淡化將有很大發(fā)展空間。 取決于現(xiàn)今技術(shù)對(duì)于海水淡化大規(guī)模應(yīng)用已具備成本優(yōu)勢(shì)，相比較南水北調(diào)來(lái)說(shuō)噸水成本更低，

26、國(guó)家出臺(tái)一系列鼓勵(lì)政策，未來(lái)10年海水淡化規(guī)模將是現(xiàn)在的5倍。海水淡化設(shè)備用鈦合金取代銅合金是未來(lái)趨勢(shì)。鈦材多方位的優(yōu)勢(shì)決定了未來(lái)在海水淡化管領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用空間，預(yù)計(jì)未來(lái)十年，中國(guó)海水淡化鈦管需求量約為9500-23520噸，全球約為140.63-281.25萬(wàn)噸。雖然國(guó)內(nèi)初步測(cè)算需求量并不大，但國(guó)內(nèi)需求只占國(guó)際需求總量的1.6%，可以說(shuō)整體發(fā)展空間非常巨大。 5.1、鈦管用于海水淡化的主要特性：5.1.1、1 a! ; r* u5 z$ o; f' K6 h密度小，比強(qiáng)度（強(qiáng)度/比重）高金屬鈦的密度為4.51g/cm3，高于鋁而低于鋼、銅、鎳。但比強(qiáng)度位于金屬之首，是不銹鋼的3倍，是

27、鋁合金的1.3倍； 5.1.9 T5 V" r1 e, k7 C2、耐腐蝕性能好 鈦是一種非?；顫姷慕饘伲淦胶怆娢缓艿?，在介質(zhì)中的熱力學(xué)腐蝕傾向大。但實(shí)際上鈦在許多介質(zhì)中很穩(wěn)定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質(zhì)中是耐腐蝕的。這是因?yàn)殁伜脱跤泻艽蟮挠H和力，在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面生成一層致密的、附著力強(qiáng)、惰性大的氧化膜，保護(hù)了鈦基體不被腐蝕。即使由于機(jī)械磨損也會(huì)很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬。介質(zhì)溫度在315以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。 5.1.5 B- v" O" O( A8 P3 o3、換熱性能好 $ X6 G"

28、$ F! : 9 N& P- _金屬鈦的導(dǎo)熱系數(shù)雖然比碳鋼和銅低，但由于鈦優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以壁厚可以大大減薄，而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱組，太表面不結(jié)垢也可減少熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。5.1.4、耐熱性能好新型鈦合金可在600或更高的溫度下長(zhǎng)期使用。5.1.5、化工耐低溫性能好7 B2 c, D$ J( M0 X, y 鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強(qiáng)度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。 5.1.5 N9 B8 Y, T% f) W. w6、# W6 Z( Y&

29、#39; u5 T+ o- B/ g 8 i) G/ G抗拉強(qiáng)度與其屈服強(qiáng)度接近 P" N9 9 0 m鈦的這一性能說(shuō)明了其屈強(qiáng)比（抗拉強(qiáng)度/屈服強(qiáng)度）高，表示了金屬鈦材料在成形時(shí)塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時(shí)的回彈能力大。5.2. B# j# W; M7 $ c: o+ J0 P555555.2442442442442海水淡化設(shè)備中鈦管將逐漸替代原來(lái)的銅合金管，兩者相比，鈦管具有以下優(yōu)點(diǎn)：5.2.15 7 n7 W( y) L) _( 同樣作業(yè)條件下，鈦管的壁厚更薄，管材用量更少。一般，銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm；用鈦管代替，在腐蝕性小的地方

30、，可用壁厚為0.5mm的薄壁管。5.2.2、鈦管的導(dǎo)熱性好。鈦熱導(dǎo)率為17W(m·k)，鋁黃銅的為lOOW/（m·k），7030白銅的為29W(m·k)，鈦的熱導(dǎo)率最小但使用薄壁鈦管，導(dǎo)熱性雖然比鋁黃銅差，但與9010白銅相當(dāng) ，比70/30白銅的要好。5.2.3、使用鈦管的性價(jià)比更高。鈦管價(jià)格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時(shí)，同等長(zhǎng)度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50，當(dāng)鈦管壁厚為銅合金管的50時(shí)，相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量?jī)H為銅合金管的14可見(jiàn)，鈦管在價(jià)格方面是有競(jìng)爭(zhēng)力的。5.2.4、鈦管的使用壽命更長(zhǎng)。由于海水?；煊心嗌?、海生物，它們?cè)趥鳠峁軆?nèi)及管端附著，

31、會(huì)侵蝕銅合金管，銅合金還會(huì)受海水中B-的腐蝕。而鈦管就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，特別是為了殺死海水中的細(xì)菌，不得不注入氧時(shí)，更需使用耐蝕性好的鈦管。5.3 國(guó)外鈦材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 日立，三菱及東芝生產(chǎn)的電站冷凝器，使用了厚05mm的鈦焊管，三菱、川崎、日立，三井以及神戶制鋼等公司生產(chǎn)的海水淡化裝置，使用了厚0507的鈦焊管。到1983年，在16年的時(shí)間里，日本生產(chǎn)了用于世界各地海水淡化設(shè)備的薄壁鈦焊管4038，至今未發(fā)生因海水腐蝕而損壞的現(xiàn)象。 (1)通風(fēng)凝結(jié)器和噴射壓氣機(jī) 日本真正的海水淡化設(shè)備是1967年由松島碳礦株式會(huì)社建成的2650/海水淡化設(shè)備。該裝置的通風(fēng)凝結(jié)器及噴射壓氣機(jī)的傳熱管和管板，由

32、于受海水中B-的腐蝕，不能用銅合金，換用鈦后，沒(méi)發(fā)生過(guò)因腐蝕導(dǎo)致的故障。 (2)熱放出部冷凝器 多級(jí)閃蒸冷凝器是將海水作冷卻水，冷卻各級(jí)閃速室產(chǎn)生的水蒸氣，由于海水常混有泥沙、海生物，它們?cè)趥鳠峁軆?nèi)及管端附著，侵蝕銅合金管。因此，現(xiàn)在幾乎所有的MSF型海水淡化設(shè)備的傳熱冷凝器上都使用了鈦管。特別是為了殺死海水中的細(xì)菌，不得不注入氧時(shí)，更需使用耐蝕性好的鈦管。 (3)熱回收部冷凝器 熱回收部冷凝器傳熱面積較大，由于經(jīng)濟(jì)原因，現(xiàn)通常使用銅合金管，僅在特殊場(chǎng)合使用鈦管，如含有氨或硫化氫等污染物的介質(zhì)對(duì)銅合金的腐蝕劇烈。1977年，向德國(guó)出口的3600/的MSF型淡化裝置，由于它是氨的附屬設(shè)備，不能用

33、銅合金，而采用了鈦；由于硫化氧的腐蝕，秘魯?shù)?120/MSP型淡化設(shè)備，使用1年后鋁黃銅管就發(fā)生了腐蝕，最后將全部傳熱管換成了鈦管。 據(jù)報(bào)道，日產(chǎn)百噸的海水淡化裝置用鈦管達(dá)6萬(wàn)根從1967年至1994年，在近30年的時(shí)間里，共生產(chǎn)了52套原于能級(jí)火力發(fā)電用冷凝器和7套海水淡化設(shè)備，共計(jì)使用鈦焊管11000。 5.4 國(guó)內(nèi)涉及鈦管或者海水淡化鈦管的上市公司：攀鋼釩鈦(鈦資源儲(chǔ)量全國(guó)最大，生產(chǎn)鈦材和鈦精礦)，未來(lái)受益于鈦需求的大幅放量和鈦材的投產(chǎn)；久立特材(17.50,-0.30,-1.69%)(海水淡化鈦管1000噸)，受益于海水淡化鈦管的逐步應(yīng)用；寶鈦股份(25.53,-0.26,-1.01%

34、)(鈦材龍頭)，鈦材和鈦管綜合實(shí)力領(lǐng)先，受益于行業(yè)未來(lái)的快速發(fā)展。5.5造船工業(yè)隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)自然資源的需求越大，開(kāi)發(fā)與應(yīng)用海洋資源愈來(lái)愈受到重視，有人說(shuō)， 21 世紀(jì)是海洋開(kāi)發(fā)的世紀(jì)。開(kāi)發(fā)海洋需要各種裝備，而任何裝備功能的實(shí)現(xiàn)依賴于材料技術(shù)。鈦材具有適應(yīng)于海洋環(huán)境的特性，如耐蝕性、無(wú)磁性、高的綜合力學(xué)性能和機(jī)械加工性等，是一種天然的海洋裝備結(jié)構(gòu)材料。鈦材的這些特性，給研發(fā)新的船舶產(chǎn)品、海洋工程機(jī)械和裝置提供了重要的材料技術(shù)平臺(tái)，因此從上世紀(jì) 50 年代末開(kāi)始，鈦材在船舶和海洋工程中的應(yīng)用，不僅領(lǐng)域逐步拓寬，而且用量也隨之增大。中國(guó)船舶行業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)長(zhǎng)期應(yīng)用研究，已形成船用

35、鈦合金材料技術(shù)體系。在本行業(yè)中使用鈦材冶金半成品主要有各種不同規(guī)格的板材、鍛件、鑄件、絲材和管材，其中板材用量最大，約占 70 以上，鍛件次之，約為 15 ，鑄件 12 ，其余是絲材和管材。要保證船舶和海洋工程裝備的建造質(zhì)量，各類不同規(guī)格鈦材的各向同性、組織形態(tài)和晶粒大小適中、板材生產(chǎn)、彎曲、沖壓成型、焊接，鍛件與鑄件的制備，制造工藝技術(shù)是關(guān)鍵，此外，國(guó)內(nèi)船用鈦合金研發(fā)經(jīng)驗(yàn)還表明，一種新的鈦合金材料用于船舶制品，必須進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)模擬的驗(yàn)證性試驗(yàn)，以考察其使用性，建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 船用鈦材由于應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣泛，除要求耐海洋環(huán)境腐蝕的共性外，其它研究重點(diǎn)則是：高性能（較高強(qiáng)度、抗沖擊韌性、抗疲

36、勞性）、高功能（高透聲性），且適應(yīng)使用環(huán)境工況；材料建造工藝適應(yīng)性、使用安全可靠性；品種規(guī)格系列化、材料的配套性（如相應(yīng)的焊絲材料）、實(shí)用性；低成本。船舶及海洋工程是靠它的性能和質(zhì)量，更要看它的價(jià)格是否可以接受，低成本是當(dāng)前船用鈦合金材料及制造工藝研究的重要目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦合金低成本研究相當(dāng)活躍。六電力工業(yè) 鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強(qiáng)的熱水中具有較好的穩(wěn)定性，因此鈦已經(jīng)大量在火力發(fā)電廠中用作為熱交換器的冷卻管。用薄壁鈦管取代銅鎳合金管后，不僅大大提高了使用壽命，而且大大減少了檢修時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。鈦及鈦合金有良好的耐腐蝕性能，在鋼煙囪的防腐內(nèi)襯中也有應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)的福建漳州后石

37、電廠，采用無(wú)GGH、無(wú)旁路的海水脫硫系統(tǒng)中，濕煙囪采用鈦板作為鋼煙囪防腐內(nèi)襯。工業(yè)純鈦屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬，如果能通過(guò)溶解而生成Ti2 + ，則金屬鈦離子化時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為- 1. 63 V，這樣鈦易溶于水而釋出氫。然而在多種腐蝕性介質(zhì)中，鈦有非常強(qiáng)的耐腐蝕性，這是由于鈦具有極大的可鈍化性。它的鈍化性超過(guò)了鈷、鎳及不銹鋼。它在許多活性介質(zhì)中是極耐腐蝕的，尤其是對(duì)氧化性介質(zhì)及含氯、氯化物介質(zhì)，耐蝕性最佳，但鈦在硫酸、鹽酸中穩(wěn)定性較差。為了解決常規(guī)鈦及鈦合金耐硫酸及鹽酸等還原性介質(zhì)腐蝕能力不強(qiáng)的問(wèn)題，在鈦合金中加鉬元素（10% 32%），可大大提高鈦合金的抗還原性介質(zhì)的腐蝕能力。其中鉬含量愈高

38、，耐蝕性愈好，但熔煉、加工困難也愈大。主要表現(xiàn)在合金的強(qiáng)化上，這在一定程度上影響了該合金的應(yīng)用。鈦- 鉬合金的耐蝕性能如表2 所示。鈦- 鉬合金較之純鈦更適合作為鋼煙囪防腐材料。Ti - 20MO 及以上牌號(hào)的鈦- 鉬合金可滿足要求，而且由于鈦合金耐氯化物腐蝕性能較強(qiáng)，特別適合于采用海水脫硫的電廠。表2 鈦- 鉬合金的防腐性能數(shù)據(jù)介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/ 溫度/ C年腐蝕量（/ mm·年- 1）Ti-10MOTi-15MOTi-20MOTi-25MOTi-27.5MOTi-30MOTi-32MOHCI550000.0160.0090.013/HCI1050/0.0240.0080.008/HC

39、I20500.820.0410.070.0070.002/HCI10750.0750.0270.0210.0080.010/0.005HCI20754.980.890.900.0170.007/0.003HCI20100/0.350.131.600.065H2SO410500.0150.02300.0020/H2SO420500.0570.0300.0990.0030.003/H2SO440500.4980.0370.0090.0120/H2SO440752.111.773.10.0850.014/0.005濱海電站凝汽器用薄壁鈦管。60年代之前均采用鋁黃銅或B30白銅管，隨著海水污染日趨嚴(yán)重，使用壽命明顯下降。早在60年代英國(guó)就已使用全鈦凝汽器，70年代日本推出薄壁(0.30.5mm)焊接鈦管的凝汽器，成本大幅度下降。直至1987年，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已有30采用鈦凝汽器。由于核電站對(duì)于安全運(yùn)行可靠性要求特別高，所以尤其重視鈦凝汽器的使用，大部分采用薄壁焊接鈦管和無(wú)縫鈦管。我國(guó)在70年代后期開(kāi)始試驗(yàn)國(guó)產(chǎn)鈦管。1983年以來(lái)，先后在浙江臺(tái)州電廠、上海金山熱電廠、浙江鎮(zhèn)海電廠等9個(gè)電廠采用18臺(tái)全鈦凝汽器，共用鈦管700t，使用效果十分理想。七焦碳工業(yè)1概況我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展十分迅速，對(duì)焦碳的需求量越來(lái)越大。在焦?fàn)t生產(chǎn)焦碳時(shí)產(chǎn)生大量的煤氣，這些煤氣需要凈化處理