冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

鈦被認為是一種“稀有金屬”,因其具有耐腐蝕、密度小、強度高、可塑性 強等優良特性,廣泛用於石油、化工、製鹽、製藥、冶金、電子、航空、航天、 海洋等相關領域 。

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

據國際腐蝕工程師協會(NACE)調查顯示,全球每年因金屬鏽蝕而損失的金額達 2。5 萬億美元,大約相當於全球生產總值的 3。4%,尋找耐腐蝕的替代材料已成為實際生產中的重中之重。而殼管式換熱器幾乎都是由鋼、銅部件構成,對其做好充分的防腐措施必不可少。在這樣一種形勢下,如果將鈦制部件應用於換熱器,因腐蝕造成的損失將減小很多。

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

以換熱管為例,目前換熱管仍是銅及銅合金的使用量大,但某些場合例如海水換熱器仍使用銅管的話其使用壽命會很短。從下面折線圖可看出,相同的使用環境下,鈦換熱管的腐蝕量最小,幾乎可以忽略不計。這是由於鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬,在氧化性水溶液能迅速生成一層穩定的氧化性保護膜,即使因為某些原因膜遭破壞,也能迅速自動恢復。

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

正是由於鈦的這種性質,早在 70 年代美國在其油田中就使用了鈦製造的近海石油平臺支柱,同時用鈦製造了列管式換熱器和板式換熱器,而我國鈦工業於1954 年才起步,但進入新世紀以來在國家需求及改革開放政策的推動下,中國鈦工業突飛猛進。

鈦的密度為 4。5g/cm3 ,是鋼的 57%,銅的 50%,這意味著在使用相同規格的換熱管時,其總體質量將減輕許多。同時,鈦的強度高,其比強度位於金屬之首,在製作換熱管時其壁厚可以更薄更優,節約材料。下表為銅鎳合金與鈦合金管的比較:

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

將鈦管用於換熱器其換熱效能與常用換熱管相比如何呢?下表為它們在引數相同條件下換熱效能對比:

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

可以看出鈦的導熱係數λ比銅要小,透過公式:

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

計算得到換熱管傳熱係數 K,鈦管與銅管相差不大。主要原因是換熱管熱阻主要存在於管壁兩側,也就是說從換熱量方面考慮用鈦管替換銅管完全可行。所以提出用鈦管代替銅管,用在腐蝕較嚴重或對重量、強度等有要求的場合。

雖然鈦換熱管具有耐腐蝕、強度高、密度小等特性,但焊接時只能與純鈦或一些鈦合金焊接,且對焊接環境要求較高。焊接過程中,液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用,而且在固態下,這些氣體已與其發生作用。隨著溫度的升高,鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升,大約在 250℃左右開始吸收氫,從 400℃開始吸收氧,從 600℃開始吸收氮,這些氣體被吸收後,將會直接引起焊接接頭脆化,是影響焊接質量極為重要的因素。鈦及鈦合金焊接時,氣孔是經常碰到的問題,但焊縫一般不會產生裂紋。

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

高昂的價格是制約鈦大量使用的一個重要因素。其價格為銅管的幾倍,比銅合金價格也高出不少,但考慮到使用年限及每年的維修費,這種差異會減小很多。鈦被認為是一種“稀有金屬”並不是因為它的儲存量少,主要是由於它在自然界中其存在分散並難以提取,這也是它價格較高的一個主要原因。它的相對丰度在所有元素中居第十位,遠高於銅、鋅等金屬,中國鈦資源總量 9。65 億噸,居世界之首,佔世界探明儲量的 38。85%。隨著提煉技術的改進,鈦的使用也將更加更普遍。

冷水機換熱器選用鈦換熱管的理由

綜上所述,鈦管具有耐腐蝕、強度大、密度小等特點,換熱效能與銅合金管幾乎相同,受材料成本、焊接工藝的影響,換熱器成品較高。考慮到其使用年限長、維護費用低等經濟效能影響,在某些特殊行業或者專案中選用鈦換熱管是更有保障的。