钛合金冷却器选材的若干建议

1、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。同时，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)，以及大量微生物存在的情况下，铜则发生较为严重的腐蚀。据文献报道，美国和欧洲则大量使用不锈钢管替代铜管作为冷凝管。但由于管材生产工艺和导热等原

2、因，我国很少考虑不锈钢管作为凝汽器冷凝管，目前在我国电厂等方面的应用仅处于初步阶段。不锈钢优良的耐蚀性主要归功于表面的钝化膜。但冷却水中含有多种可溶性物质，其中一些离子对不锈钢钝化膜具有破坏作用。Cl-是破坏不锈钢钝化膜的最重要的侵蚀性离子。在城市污水和污染水体中，也常有Cl-存在，Cl-电负性较强，对金属表面钝化膜的破坏性极大。另一方面，水质受到污染后其中所含的硫离子对钝化膜也有很强的破坏作用。此外，水中常见的 SO42-、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性，

3、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。因此，钛及钛合金作为耐蚀材料在腐蚀环境中的应用越来越广，这使得钛成为一海水、碱水和污水作为冷却介质的热交换器的首选材料。钛一般用于铜、奥氏体不锈钢抗蚀性不够的场合。图1为钛合金在耐腐蚀行业中的应用实例。 (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3895<0.1氮的氧化物-200<0.001硫酸106

4、50.01盐酸0.010.02450.033水0.030.05氨100450<0.001水蒸气105000.02氟化氨4260<0.1氯化铵46.51150.001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-2200.025硫酸亚铁50100<0.05硫酸铁饱和室温<0.01氯化亚铁301000.001三氯化铁50100<0.016080<0.001磷酸钾1075<0.05氯化钾36111<0.13氢氟酸钾50500.006亚硝酸钠

5、0.01200.02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。 钛在干氯气、纯氧中会发生自燃爆炸，在氢中由于吸氢而发生氢脆，除此之外，钛在其它的工业气体中都是耐蚀的。如表3所示。一般而言，钛在氧化性酸（如硝酸、铬酸）中有很好的腐蚀性，而在还原性酸（如盐酸、

6、稀硫酸等）中腐蚀较严重，并随温度和浓度的升高而增大，耐蚀钛合金比工业纯钛的耐蚀性要好。钛离子及一些重金属离子度是钛在酸中腐蚀的抑制剂，如表4和表5所示。同时，研究表明，含铁量对某些介质中的耐腐蚀性能有影响，比如在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。钛合金在碱性介质中因处于钝化状态，受表面氧化膜的保护而具有很好的耐蚀性，但是沸腾的pH值大于12的碱性溶液中

7、，因钛吸氢可能会导致氢脆发生。钛合金在绝大多数盐类溶液中都具有很好的腐蚀性，尤其是在氧化性溶液中。尽管工业纯钛在一些氯化物盐类溶液中可能会发生缝隙腐蚀，但Ti-Ni-Mo等耐蚀钛合金可以改进钛的耐缝隙腐蚀性能，如表6所示。表7为文献报道的耐蚀钛合金的试验结果。表2 钛及其合金在海水中的腐蚀速度表3 工业纯钛在含硫气体中的腐蚀表4 溶解的钛对工业纯钛在沸腾HNO3中腐蚀速度的影表5 重金属离子对工业纯钛在还原性酸中腐蚀速度的影响表6 工业纯钛在充气的氯化物溶液中的耐蚀性由以上各述表中的数据可知，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、

8、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。钛及钛合金已在一般工业中得到应用，用于制作发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置。表8为钛及钛合金在石油与化工等部门的应用。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、化工等部门的应用使用部门用途石油化工反应器、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。