鈦合金冷卻器選材的若干建議

1、鈦合金冷卻器選材的若干建議銅管具有良好的熱傳導(dǎo)性和一定的抗腐蝕性能，具有足夠的強(qiáng)度、彈性和耐磨性，且易于與管板連接，價(jià)格又較便宜，使整臺熱交換器造價(jià)較低，所以銅合金管一直是發(fā)電廠凝汽器、閉式冷卻器、油冷卻器等熱交換器的首選管材。但由于其抗沖刷性能有限、抵御污染物腐蝕的性能差、易于誘發(fā)沉積物下腐蝕等原因，因此其廣泛應(yīng)用也收到一定的局限。同時(shí)，在濕度較高、腐蝕性介質(zhì)(如含SO2的空氣、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN-、NH4+等能與銅形成絡(luò)合離子的液體中)，以及大量微生物存在的情況下，銅則發(fā)生較為嚴(yán)重的腐蝕。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，美國和歐洲則大量使用不銹鋼管替代銅管作為冷凝管。但由于管材生產(chǎn)工藝和導(dǎo)熱等原

2、因，我國很少考慮不銹鋼管作為凝汽器冷凝管，目前在我國電廠等方面的應(yīng)用僅處于初步階段。不銹鋼優(yōu)良的耐蝕性主要?dú)w功于表面的鈍化膜。但冷卻水中含有多種可溶性物質(zhì)，其中一些離子對不銹鋼鈍化膜具有破壞作用。Cl-是破壞不銹鋼鈍化膜的最重要的侵蝕性離子。在城市污水和污染水體中，也常有Cl-存在，Cl-電負(fù)性較強(qiáng)，對金屬表面鈍化膜的破壞性極大。另一方面，水質(zhì)受到污染后其中所含的硫離子對鈍化膜也有很強(qiáng)的破壞作用。此外，水中常見的 SO42-、Cu2+、Fe3+、Zn2+對腐蝕性能都有不同程度的影響，且濃度高時(shí)腐蝕性都增加。與之相比，鈦具有良好的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱率比不銹鋼高50%作用；而且，鈦具有強(qiáng)烈鈍化傾向性，

3、在空氣中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一層穩(wěn)定的氧化性保護(hù)膜，即使因?yàn)槟承┰蚰ぴ馄茐?，也能迅速自動恢?fù)。因此鈦在氧化性、中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性。因此，鈦及鈦合金作為耐蝕材料在腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用越來越廣，這使得鈦成為一海水、堿水和污水作為冷卻介質(zhì)的熱交換器的首選材料。鈦一般用于銅、奧氏體不銹鋼抗蝕性不夠的場合。圖1為鈦合金在耐腐蝕行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例。 (a) 板狀；(b)管道型圖1 不同外型的鈦熱交換器（德國Essen的DTG公司）表1 鈦在部分化工介質(zhì)中的耐腐蝕性數(shù)據(jù)腐蝕介質(zhì)濃度，%(重量)溫度, 腐蝕速度，毫米/年硝酸3895<0.1氮的氧化物-200<0.001硫酸106

4、50.01鹽酸0.010.02450.033水0.030.05氨100450<0.001水蒸氣105000.02氟化氨4260<0.1氯化銨46.51150.001被氯飽和的水(或被酚、硫化氫、溴等所飽和的水)-20<0.05鍋爐用堿性水-360<0.05含水(6%)、SO2(5%)和SO3(1%)的潮濕空氣-2200.025硫酸亞鐵50100<0.05硫酸鐵飽和室溫<0.01氯化亞鐵301000.001三氯化鐵50100<0.016080<0.001磷酸鉀1075<0.05氯化鉀36111<0.13氫氟酸鉀50500.006亞硝酸鈉

5、0.01200.02據(jù)文獻(xiàn)可知，全世界數(shù)百萬米焊管和無縫鈦管（用于發(fā)電廠、精煉廠、化工廠、脫鹽和蒸汽壓縮廠、化工廠）為鈦的使用壽命和可靠性提供了證明，其使用壽命和可靠性與使用的Cu-Ni合金和不銹鋼不相上下。例如，日本冷凝管用鈦占全國鈦用量的20%左右。鈦及鈦合金在淡水、海水和高溫水蒸氣中都是很耐蝕的。實(shí)驗(yàn)表明其腐蝕速度很小，可忽略不計(jì)。表2為鈦及其合金在淺海和深海中的腐蝕速度，在淡水中的腐蝕速度更低。 鈦在干氯氣、純氧中會發(fā)生自燃爆炸，在氫中由于吸氫而發(fā)生氫脆，除此之外，鈦在其它的工業(yè)氣體中都是耐蝕的。如表3所示。一般而言，鈦在氧化性酸（如硝酸、鉻酸）中有很好的腐蝕性，而在還原性酸（如鹽酸、

6、稀硫酸等）中腐蝕較嚴(yán)重，并隨溫度和濃度的升高而增大，耐蝕鈦合金比工業(yè)純鈦的耐蝕性要好。鈦離子及一些重金屬離子度是鈦在酸中腐蝕的抑制劑，如表4和表5所示。同時(shí)，研究表明，含鐵量對某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能有影響，比如在使用鐵件支撐鈦設(shè)備時(shí)，鐵鈦接觸面上的鐵沾污幾乎是不可避免的在鐵沾污區(qū)腐蝕加速，特別是在有氫存在的情況下。當(dāng)沾污表面的鈦氧化膜發(fā)生機(jī)械損壞時(shí)，氫就滲入金屬，根據(jù)溫度、壓力等條件，氫發(fā)生相應(yīng)的擴(kuò)散，這使鈦產(chǎn)生不同程度的氫脆。因此鈦在中等溫度和中等壓力和含氫系統(tǒng)中使用要避免表面鐵污染。鈦合金在堿性介質(zhì)中因處于鈍化狀態(tài)，受表面氧化膜的保護(hù)而具有很好的耐蝕性，但是沸騰的pH值大于12的堿性溶液中

7、，因鈦吸氫可能會導(dǎo)致氫脆發(fā)生。鈦合金在絕大多數(shù)鹽類溶液中都具有很好的腐蝕性，尤其是在氧化性溶液中。盡管工業(yè)純鈦在一些氯化物鹽類溶液中可能會發(fā)生縫隙腐蝕，但Ti-Ni-Mo等耐蝕鈦合金可以改進(jìn)鈦的耐縫隙腐蝕性能，如表6所示。表7為文獻(xiàn)報(bào)道的耐蝕鈦合金的試驗(yàn)結(jié)果。表2 鈦及其合金在海水中的腐蝕速度表3 工業(yè)純鈦在含硫氣體中的腐蝕表4 溶解的鈦對工業(yè)純鈦在沸騰HNO3中腐蝕速度的影表5 重金屬離子對工業(yè)純鈦在還原性酸中腐蝕速度的影響表6 工業(yè)純鈦在充氣的氯化物溶液中的耐蝕性由以上各述表中的數(shù)據(jù)可知，鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)；對堿、

8、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。鈦及鈦合金已在一般工業(yè)中得到應(yīng)用，用于制作發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置。表8為鈦及鈦合金在石油與化工等部門的應(yīng)用。表7 耐蝕鈦合金腐蝕試驗(yàn)結(jié)果(毫米/年)表8 鈦及鈦合金在石油、化工等部門的應(yīng)用使用部門用途石油化工反應(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。 化學(xué)工業(yè)蒸餾塔、反應(yīng)器、壓力容器、熱交換器、過濾器、測量儀器、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。 造紙工業(yè)攪拌器、漂白塔、加熱鍋、反應(yīng)塔配管。 紡織工業(yè)連續(xù)漂白機(jī)、蒸餾塔、反應(yīng)槽、冷凝器、熱交換管、離心分離機(jī)、噴絲頭、閥、泵。