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冷水机换热器选用钛换热管的理由

2019-10-29  来源:网络整理  发布者:小A

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钛被认为是一种“稀有金属”,因其具有耐腐蚀、密度小、强度高、可塑性 强等优良特性,广泛用于石油、化工、制盐、制药、冶金、电子、航空、航天、 海洋等相关领域 。

选用钛换热管的理由

据国际腐蚀工程师协会(NACE)调查显示,全球每年因金属锈蚀而损失的金额达 2.5 万亿美元,大约相当于全球生产总值的 3.4%,寻找耐腐蚀的替代材料已成为实际生产中的重中之重。而壳管式换热器几乎都是由钢、铜部件构成,对其做好充分的防腐措施必不可少。在这样一种形势下,如果将钛制部件应用于换热器,因腐蚀造成的损失将减小很多。

选用钛换热管的理由

以换热管为例,目前换热管仍是铜及铜合金的使用量大,但某些场合例如海水换热器仍使用铜管的话其使用寿命会很短。从下面折线图可看出,相同的使用环境下,钛换热管的腐蚀量最小,几乎可以忽略不计。这是由于钛是具有强烈钝化倾向的金属,在氧化性水溶液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。

选用钛换热管的理由

正是由于钛的这种性质,早在 70 年代美国在其油田中就使用了钛制造的近海石油平台支柱,同时用钛制造了列管式换热器和板式换热器,而我国钛工业于1954 年才起步,但进入新世纪以来在国家需求及改革开放政策的推动下,中国钛工业突飞猛进。

钛的密度为 4.5g/cm3 ,是钢的 57%,铜的 50%,这意味着在使用相同规格的换热管时,其总体质量将减轻许多。同时,钛的强度高,其比强度位于金属之首,在制作换热管时其壁厚可以更薄更优,节约材料。下表为铜镍合金与钛合金管的比较:

选用钛换热管的理由

将钛管用于换热器其换热性能与常用换热管相比如何呢?下表为它们在参数相同条件下换热性能对比:

选用钛换热管的理由

可以看出钛的导热系数λ比铜要小,通过公式:

选用钛换热管的理由

计算得到换热管传热系数 K,钛管与铜管相差不大。主要原因是换热管热阻主要存在于管壁两侧,也就是说从换热量方面考虑用钛管替换铜管完全可行。所以提出用钛管代替铜管,用在腐蚀较严重或对重量、强度等有要求的场合。

虽然钛换热管具有耐腐蚀、强度高、密度小等特性,但焊接时只能与纯钛或一些钛合金焊接,且对焊接环境要求较高。焊接过程中,液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用,而且在固态下,这些气体已与其发生作用。随着温度的升高,钛及钛合金吸收氢、氧、氮的能力也随之明显上升,大约在 250℃左右开始吸收氢,从 400℃开始吸收氧,从 600℃开始吸收氮,这些气体被吸收后,将会直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量极为重要的因素。钛及钛合金焊接时,气孔是经常碰到的问题,但焊缝一般不会产生裂纹。

选用钛换热管的理由

高昂的价格是制约钛大量使用的一个重要因素。其价格为铜管的几倍,比铜合金价格也高出不少,但考虑到使用年限及每年的维修费,这种差异会减小很多。钛被认为是一种“稀有金属”并不是因为它的存储量少,主要是由于它在自然界中其存在分散并难以提取,这也是它价格较高的一个主要原因。它的相对丰度在所有元素中居第十位,远高于铜、锌等金属,中国钛资源总量 9。65 亿吨,居世界之首,占世界探明储量的 38。85%。随着提炼技术的改进,钛的使用也将更加更普遍。

综上所述,钛管具有耐腐蚀、强度大、密度小等特点,换热性能与铜合金管几乎相同,受材料成本、焊接工艺的影响,换热器成品较高。考虑到其使用年限长、维护费用低等经济性能影响,在某些特殊行业或者项目中选用钛换热管是更有保障的。

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