淺談鈦在海水冷卻換熱器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

全迪鋒

（茂名市茂港電力設(shè)備廠有限公司，廣東 茂名 525021）

淺談鈦在海水冷卻換熱器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

全迪鋒

（茂名市茂港電力設(shè)備廠有限公司，廣東 茂名 525021）

海水容易對(duì)傳統(tǒng)的換熱器產(chǎn)生腐蝕作用，縮短設(shè)備的使用壽命。長時(shí)間的腐蝕，不僅增加設(shè)備維護(hù)工作，造成經(jīng)濟(jì)損失，而且容易造成設(shè)備漏泄，產(chǎn)生安全事故，具有極大的安全隱患，尋找一種適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)，從源頭上防止海水腐蝕勢(shì)在必行。通過大量的研究，鈦因其具有的特殊性能從眾多的材質(zhì)中脫穎而出，成為海水冷卻換熱器的首選。

鈦；海水；換熱器

換熱器是在具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電力、化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門。

基于水資源、節(jié)能、安全等因素的綜合考慮，我國許多在用或新建核電站及火電站選址在沿海地區(qū)，便于充分利用海水為介質(zhì)，通過換熱器設(shè)備將海水應(yīng)用于核島、常規(guī)島等系統(tǒng)的除鹽水和飽和蒸汽的冷卻。然而，眾所周知，海水具有極強(qiáng)的腐蝕性，容易對(duì)傳統(tǒng)的換熱器產(chǎn)生腐蝕作用，縮短設(shè)備的使用壽命。長時(shí)間的腐蝕，不僅增加設(shè)備維護(hù)工作，造成經(jīng)濟(jì)損失，而且容易造成設(shè)備漏泄，產(chǎn)生安全事故，具有極大的安全隱患。綜上所述，尋找一種適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)，從源頭上防止海水腐蝕勢(shì)在必行。通過大量的研究，鈦因其具有的特殊性能從眾多的材質(zhì)中脫穎而出。

1 鈦與傳統(tǒng)材料相比，其特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)

鈦?zhàn)鳛橐环N新型金屬，因其特殊的性能而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，與不銹鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金相比較有明顯優(yōu)勢(shì)。

（1）抗海水及氯化物點(diǎn)蝕。鈦耐蝕性最突出的優(yōu)點(diǎn)是抗海水及氯化物點(diǎn)蝕。

（2）良好的抗縫隙腐蝕性能。易鈍化金屬（鎳、鋁、不銹鋼、鈦）在一定的環(huán)境中都有可能發(fā)生縫隙腐蝕。但鈦相對(duì)具有較高的抗縫隙腐蝕性能。

（3）焊接接頭耐蝕性好。不銹鋼常易發(fā)生晶間腐蝕，而在焊接熔合線處表現(xiàn)為刀口狀腐蝕，成為不銹鋼一種主要的腐蝕問題。鈦不會(huì)發(fā)生晶間腐蝕，在母材適用的環(huán)境中，其焊縫及母材熱影響區(qū)通常有同樣的耐蝕性。

（4）腐蝕疲勞強(qiáng)度高。鈦的腐蝕疲勞現(xiàn)象比較罕見。鈦在海水中的腐蝕疲勞極限等于或稍高于空氣中的疲勞極限。鈦比常用金屬的抗腐蝕疲勞性能好。

（5）抗應(yīng)力腐蝕破裂 。鈦在化工裝置中，一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞。鈦的應(yīng)力腐蝕通常只在極為特殊的條件下生產(chǎn)。含溴的甲醇、沸騰的硝酸幾乎是唯一會(huì)引起鈦應(yīng)力腐蝕破壞的介質(zhì)。而不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕破裂比較敏感。

（6）耐磨蝕。鈦表面由于有一層致密的氧化性保護(hù)膜，在一定環(huán)境中氧化膜還有迅速生長和修復(fù)能力，因而在鈦能處于鈍態(tài)的環(huán)境，如海水、中性鹽溶液、氧化性酸中，鈦具有良好的抗磨蝕性能。

（7）換熱能力。雖然鈦的導(dǎo)熱系數(shù)低，但因其比強(qiáng)度高，且具有良好的耐蝕性，在保證同等機(jī)械強(qiáng)度條件下，用鈦制作的換熱管其管壁厚僅為1mm～2mm，且不需要進(jìn)行涂敷處理，而鋼制的換熱管壁厚則為4mm～5mm，且表面還要涂敷防腐涂層，增加了涂料膜層阻熱。因此，在相同使用環(huán)境下，鈦換熱管的外冷傳熱系數(shù)可達(dá)2500kJ/m2·h·oC～3350 kJ/m2·h·oC，而鋼換熱管的外冷傳熱系數(shù)僅為630kJ/m2·h·oC～840 kJ/m2·h·oC。

2 利用鈦的特殊性能對(duì)傳統(tǒng)換熱器進(jìn)行改進(jìn)

海水冷卻換熱器主要由前后水室、管板、換熱管、殼體、芯體等組成，改進(jìn)后的海水冷卻換熱器在結(jié)構(gòu)、外形上沒有任何變化，但是其與海水接觸的所有部件全部用鈦來替代，以下分別詳細(xì)說明這些部件的改進(jìn)。

（1）換熱管。海水冷卻換熱器的換熱管材質(zhì)是工業(yè)純鈦，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ASTMB338 Gr.2，以此來替代傳統(tǒng)的不銹鋼及碳鋼換熱管。與不銹鋼相比，鈦的傳熱性能更好，密度更小，強(qiáng)度更高，而且更耐海水腐蝕，是目前最好的換熱器之一。另外，其管頭與管板之間采用的是強(qiáng)度脹加密封焊的連接方式，徹底解決了管頭的泄漏及間隙腐蝕兩大難題，大大地提高了海水冷卻換熱器的使用壽命。

（2）水室。傳統(tǒng)的海水冷卻換熱器水室是通過涂層來實(shí)現(xiàn)防腐，即是在水室內(nèi)壁與海水接觸的地方貼上橡膠整體硫化融合達(dá)到防腐的效果，但由于襯膠在海水里時(shí)間長了會(huì)老化，容易造成泄漏，增加維護(hù)成本。經(jīng)過長時(shí)間的研究，對(duì)水室進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的水室采用的是鈦鋼復(fù)合板，與海水接觸的內(nèi)層為鈦，外層為普通碳鋼，兩者經(jīng)過爆炸焊接復(fù)合而成。采用該材質(zhì)的水室，所有與海水接觸的地方均有鈦層保護(hù)，既保證了水室的強(qiáng)度，又能耐海水腐蝕，一勞永逸，徹底解決水室襯膠老化、泄漏等問題。

（3）管板。傳統(tǒng)的海水冷卻換熱器為了防腐，管板通常選用的是不銹鋼等材料，但是當(dāng)管板厚度較大時(shí)，整體不銹鋼管板的價(jià)格昂貴，而且，對(duì)海水而言，不銹鋼的防腐能力不能達(dá)標(biāo)。改進(jìn)后的海水冷卻換熱器選用的管板為鈦鋼復(fù)合板，與海水接觸的薄層為鈦，不與海水接觸的厚層為普通碳鋼，兩者經(jīng)過爆炸焊接復(fù)合而成。采用該材質(zhì)的管板，所有與海水接觸的地方均有鈦層保護(hù)，既保證管板不被海水腐蝕，又相對(duì)節(jié)約了成本。

海水冷卻換熱器經(jīng)過以上三個(gè)部件的改進(jìn)后，海水從前水室進(jìn)入換熱器，與管板相接觸，再途經(jīng)鈦換熱管，最后從后水室排出，整個(gè)過程，海水都是與鈦相接觸，從而徹底解決了海水腐蝕的問題。

3 改進(jìn)后的海水冷卻換熱器取得的成果及前景

經(jīng)過十幾年的研究，茂名市茂港電力設(shè)備廠有限公司利用以上改進(jìn)后的海水冷卻換熱器申請(qǐng)了十幾項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，其中外導(dǎo)流折流桿海水-工業(yè)水換熱器和錯(cuò)位折流桿換熱器兩項(xiàng)專利獲得了廣東省優(yōu)秀專利獎(jiǎng)，海水-工業(yè)水換熱器水室獲得了廣東省茂名市優(yōu)秀專利獎(jiǎng)，該技術(shù)得到了沿海地區(qū)的核電、火電站的大量應(yīng)用和推廣。其中包括陽江核電、秦山核電、方家山核電、廣西防城港中華電力公司、華能汕頭電廠，神華臺(tái)山電廠等，為我國的電力發(fā)展事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。而且，從第一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行至今已有十幾年，設(shè)備從未發(fā)生泄漏現(xiàn)象，運(yùn)行效果良好，得到了廣大客戶的好評(píng)的同時(shí)，也為企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，鈦管海水冷卻換熱器因其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用前景必將更加廣闊。

4 結(jié)束語

以鈦管、鈦鋼復(fù)合板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳鋼、不銹鋼制造海水冷卻換熱器是解決海水腐蝕的最有效方法之一，但缺點(diǎn)就是進(jìn)口鈦管、鈦鋼復(fù)合板的訂貨時(shí)間周期長而且成本偏高，但是從長遠(yuǎn)來看，鈦管海水冷卻換熱器的維護(hù)成本低，換熱性能好，使用壽命長，安全性能高，綜合這幾方面考慮，其還是有比較大的優(yōu)勢(shì)。隨著電力事業(yè)在沿海地區(qū)的加速發(fā)展，鈦在海水冷卻換熱器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)必將更加明顯。

[1] 馬麗欣,高興國,楊建軍,等.鈦管材在換熱器中的應(yīng)用[J].鈦工業(yè)進(jìn)程,2003,(5):109-110.

[2] 束國剛,上官斌,何大波.核電設(shè)備國產(chǎn)化推進(jìn)工作實(shí)踐[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),2009,(3):7-12.

[3] 張洪軍,孫介蘭,董志貴.鈦制管殼式換熱器的設(shè)計(jì)[J].科技資訊,2009,(22):78.

Introduction to the application advantages of titanium in sea water cooling heat exchanger

Water easy to have corrosion effects on traditional heat exchanger, shorten the service life of equipment. Corrosion for a long period of time, not only increase the equipment maintenance work, caused economic losses, but also easy to cause leakage of equipment, safety accidents, has a great potential safety problems, to find an appropriate material, it is imperative to prevent sea water corrosion from the source. Through a lot of research, the titanium material because of its special performance from many stand out, be the first choice of the sea water cooling heat exchanger.

Titanium ;sea;Heat exchanger

O611

A

1008-1151(2015)04-0067-02

2015-03-11

全迪鋒（1988-），男，廣東茂名人，茂名市茂港電力設(shè)備廠有限公司工程師，研究方向?yàn)閾Q熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)。