钛材在定远盐矿制盐蒸发系统中的应用

钛材在定远盐矿制盐蒸发系统中的应用

1制盐蒸发系统钛材的研制安徽定远盐矿产水系统采用列管紫铜换热器，采用高效紫铜加热系统，采用紫铜加热室。虽然它的传热性能很好，但使用了4年后，加热管出现了穿孔现象。在生产过程中影响产量,有时因此停产试压、堵管。时间一长,堵管越来越多,每年大修不得不进行换管,长期下去,维修费用较高并且造成消耗增加,有效生产时间减少,设备急待更新。根据制盐行业材质使用情况,认定钛材在制盐行业上应用已成熟,为此,1994年我矿编制了《制盐蒸发系统钛技改项目建议书),省经贸委1994年11月批准立项,省轻工厅1995年9月批准了初步设计。该项目由于采用钛材,达到国家经贸委、国家钛办的大力支持,利用了国家钛专项贷款,1995年开始就陆续将列管式换热器、加热室改换为钛板式换热器、钛及钛合金加热室,并在1997年二期扩建20万吨精盐工程中采用此项技术,投入使用以来,成效显著。2钛制设备的蚀性能2.1钛具有优异的耐腐蚀性能,由于钛的比强度最高,在金属材料中,钛在氧化性气氛中极易在表面与氧形成一层坚固的氧化物薄膜,使其在氧化性、酸、碱、盐的介质中具有优异的抗腐蚀性能(见表1),所以钛制设备寿命长,基本上无维修费用,并能节约能耗,改善劳动条件,运行安全可靠,还可提高有效生产时间,提高产量。2.2钛设备的投资比较合理:由于钛比重小,约为普通钢的56%,铜的50%,所以制造同样大小的设备使用钛材要比使用钢材、铜材减少一半,另外由于钛材耐腐,导热系数小,无磁传热效果好,所以选用壁厚又较薄,在1.2-1.5mm,而钢、铜约3.5mm,从这一点看选用钛材其重量又减少约三分之一,所以钛材虽然价格是铜的十倍,但是由于比重小、强度大,投资仅是铜的二倍多。33.1腐蚀穿吸法原我矿卤水需加石灰调节pH值,使卤水中含有部分灰渣,卤水在列管换热器换热过程中堵管、结垢,影响传热。后来将五台分成二组倒换使用、冲洗,劳动强度大,管损大,环境差,腐蚀穿孔。而钛板式换热器是当前国内外所推广的最优换热设备之一,它具有耐腐蚀、传热效果好,并可调节,占地面积小,重量轻,结构紧凑,便于拆卸维修等特点。使用过程还可以根据换热效果进行冷热流体交替使用,定期倒换换热并冲洗、除垢,垢层因骤冷骤热而脱落,效果十分明显,充分地利用了热能。为此,选用钛板式换热器代替列管式换热器,十分必要。3.2钛在工业领域的应用原我矿采用紫铜加热室,传热性能虽好,耐磨耐腐性能差,壳体采用碳钢,使用过程中许多铁锈脱落造成冷凝水排放不畅,影响传热,管子下部由于磨蚀而穿孔,影响生产,影响加热面积。每次刷罐时还要进行试压、堵管,时间长,堵管多达100多根,被迫更换。因加热室是制盐蒸发系统的关键设备之一,加热管又是加热室的核心部件,制盐行业普遍使用铜管较多,在3～5年后给生产带来了一系列问题,产量受影响,消耗大,而钛材能克服长期以来困扰企业的腐蚀问题。工业纯钛的机械性能因含杂质如氧、氮的影响而有一定差异,杂质含量高,相应的强度亦高,但塑性、韧性有所降低。机械性能随温度的升高将会急剧降低,在250～300℃时,抗拉强度和屈服强度均为常温下的一半,而钛合金在若干还原介质中的耐腐蚀性比工业纯钛高得多,耐缝隙腐蚀用于设计温度不高于350℃,由于纯钛的强度在200℃时显著下降,而且其弹性模具又低,因此采用工业纯钛的压力容器的许用温度不得超过150℃,因Ⅰ效加热室壳程正好在150℃左右,管程料液达120℃,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效相应低得多,所以Ⅰ效加热室采用钛合金,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效加热室采用纯钛(见表2),较为经济实用。4钛材的经济效益4.1我矿使用钛材至今,多次打开检查未发现腐蚀现象,除有时更换钛板式换热器垫片,基本上无维修费用。因此年节约更换铜管材料费、施工维修费约5万元。4.2延长设备使用周期:铜加热室、换热器投资约370万元,使用寿命5年,年设备投资约74万元。而钛及钛合金加热室、换热器投资约556.25万元,使用寿命15年,年设备投资约37万元,年平均节约投资37万元。4.3提高了产量:由于使用钛材,节省了原设备因堵管、结垢、冲洗和更换加热管所需的时间;穿孔、堵管后又减少了有效加热面积,使用后有效生产时间延长,年提高产量约2万吨,经济效益600多万元。4.4卤、汽、水耗下降:由于使用铜管,生产后期有穿孔现象,造成卤、汽耗上升,冲洗、试压处理时又造成工业淡水浪费。使用钛材年节约卤、汽、水费约2万元。4.5改善了劳动条件:过去由于换热器、加热室堵管、结垢,停下来时要打开人孔或封头,用水冲洗,造成劳动强度大,增加了含盐废水量,造成污染,机械冲洗时管损大,另外穿孔后造成冷凝水含盐,对设备、管道有腐蚀。使用钛材解决此问题,还可减少“跑、冒、滴、漏”现象,年节约1万元。4.6综合经济效益可观:按对比折合费用方法公式确定:Q=Q由于蒸发系统是制盐的关键,不论从多项比较,还是从单项比较,都可以看出使用钛设备后获得的效果。尽管一次性投资偏大,但是年创经济效益约645万元,较短时间可回收,并且能给企业带来许多好处。因此我矿蒸发系统钛材应用效果十分显著,同时也为我矿带来了良好的经济效益。5管板的安装注意事项5.1选材时,因钛及钛合金管有两种国标,可选用GB3624-95作制盐加热管用。选材时要注意定尺,如不定尺可能在制造加热室过程中,有对接焊管现象,不易被发现。还有选材时由于钛材价格较贵,国标中允许壁厚偏差较大约±12.5%,如出现负公差的话,投机材料费约几万元。尽量在选材时明确标准及公差范围。管板由于要精加工、钻孔,选材要考虑整板及厚度余量。5.2设备加工采用招标方法进行,加工穿管前必须派人到现场监督制造。对每根管子要进行测厚,防止偷工减料,并对每根管子进行试压,确保合格。5.3针对加热室要求加热管与管板的连接考虑要强度高,密封性好,减缓缝隙腐蚀便于制造使用,特别是当温度和压力较高时连接头在使用中受到热变形冲起的作用和腐蚀受破坏,一定要采用先胀后焊。并且不允许欠胀或过胀。5.4焊接时,要求采用纯度在99.99%以上,最高露点为-50℃的氩气作保护气体,焊点颜色以银白色的保护气体为合格,成型后确保颜色为黄兰色以上。5.5设备在安装前必须水压试验壳程,否则安装后再进水试压,如有问题,因壳程下部排水不尽而增加处理难度,换热器板片的密封垫质量应注意。5.6应用时可以取消加热室人孔等,壳体上部用Q235钢板,下部用316L,以减少投资,另外必须严格按照压力容器及有关钛制设备制造规定进行。6钛材在制盐及盐化工业上的应用我矿自1995年应用钛材以来,