淺談鈦在海水冷卻換熱器中的應用優勢

全迪鋒

（茂名市茂港電力設備廠有限公司，廣東 茂名 525021）

淺談鈦在海水冷卻換熱器中的應用優勢

全迪鋒

（茂名市茂港電力設備廠有限公司，廣東 茂名 525021）

海水容易對傳統的換熱器產生腐蝕作用，縮短設備的使用壽命。長時間的腐蝕，不僅增加設備維護工作，造成經濟損失，而且容易造成設備漏泄，產生安全事故，具有極大的安全隱患，尋找一種適當的材質，從源頭上防止海水腐蝕勢在必行。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備，廣泛應用于電力、化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業部門。

基于水資源、節能、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，便于充分利用海水為介質，通過換熱器設備將海水應用于核島、常規島等系統的除鹽水和飽和蒸汽的冷卻。然而，眾所周知，海水具有極強的腐蝕性，容易對傳統的換熱器產生腐蝕作用，縮短設備的使用壽命。長時間的腐蝕，不僅增加設備維護工作，造成經濟損失，而且容易造成設備漏泄，產生安全事故，具有極大的安全隱患。綜上所述，尋找一種適當的材質，從源頭上防止海水腐蝕勢在必行。通過大量的研究，鈦因其具有的特殊性能從眾多的材質中脫穎而出。

1 鈦與傳統材料相比，其特點、優勢

鈦作為一種新型金屬，因其特殊的性能而被廣泛應用于各個領域，與不銹鋼、鋁合金、銅合金、鎳合金相比較有明顯優勢。

（1）抗海水及氯化物點蝕。鈦耐蝕性最突出的優點是抗海水及氯化物點蝕。

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

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

（4）腐蝕疲勞強度高。鈦的腐蝕疲勞現象比較罕見。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）抗應力腐蝕破裂 。鈦在化工裝置中，一般不發生應力腐蝕破壞。鈦的應力腐蝕通常只在極為特殊的條件下生產。含溴的甲醇、沸騰的硝酸幾乎是唯一會引起鈦應力腐蝕破壞的介質。而不銹鋼對應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膜，在一定環境中氧化膜還有迅速生長和修復能力，因而在鈦能處于鈍態的環境，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。雖然鈦的導熱系數低，但因其比強度高，且具有良好的耐蝕性，在保證同等機械強度條件下，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，在相同使用環境下，鈦換熱管的外冷傳熱系數可達2500kJ/m2·h·oC～3350 kJ/m2·h·oC，而鋼換熱管的外冷傳熱系數僅為630kJ/m2·h·oC～840 kJ/m2·h·oC。

2 利用鈦的特殊性能對傳統換熱器進行改進

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，改進后的海水冷卻換熱器在結構、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，以下分別詳細說明這些部件的改進。

（1）換熱管。海水冷卻換熱器的換熱管材質是工業純鈦，其標準號為ASTMB338 Gr.2，以此來替代傳統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。傳統的海水冷卻換熱器水室是通過涂層來實現防腐，即是在水室內壁與海水接觸的地方貼上橡膠整體硫化融合達到防腐的效果，但由于襯膠在海水里時間長了會老化，容易造成泄漏，增加維護成本。經過長時間的研究，對水室進行了改進，改進后的水室采用的是鈦鋼復合板，與海水接觸的內層為鈦，外層為普通碳鋼，兩者經過爆炸焊接復合而成。采用該材質的水室，所有與海水接觸的地方均有鈦層保護，既保證了水室的強度，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，但是當管板厚度較大時，整體不銹鋼管板的價格昂貴，而且，對海水而言，不銹鋼的防腐能力不能達標。改進后的海水冷卻換熱器選用的管板為鈦鋼復合板，與海水接觸的薄層為鈦，不與海水接觸的厚層為普通碳鋼，兩者經過爆炸焊接復合而成。采用該材質的管板，所有與海水接觸的地方均有鈦層保護，既保證管板不被海水腐蝕，又相對節約了成本。

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

3 改進后的海水冷卻換熱器取得的成果及前景

經過十幾年的研究，茂名市茂港電力設備廠有限公司利用以上改進后的海水冷卻換熱器申請了十幾項國家實用新型專利，其中外導流折流桿海水-工業水換熱器和錯位折流桿換熱器兩項專利獲得了廣東省優秀專利獎，海水-工業水換熱器水室獲得了廣東省茂名市優秀專利獎，該技術得到了沿海地區的核電、火電站的大量應用和推廣。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，神華臺山電廠等，為我國的電力發展事業作出了貢獻。而且，從第一臺設備運行至今已有十幾年，設備從未發生泄漏現象，運行效果良好，得到了廣大客戶的好評的同時，也為企業取得了良好的經濟效益。隨著我國電力事業的進一步發展，鈦管海水冷卻換熱器因其獨有的優勢，其應用前景必將更加廣闊。

4 結束語

以鈦管、鈦鋼復合板代替傳統的碳鋼、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，但缺點就是進口鈦管、鈦鋼復合板的訂貨時間周期長而且成本偏高，但是從長遠來看，鈦管海水冷卻換熱器的維護成本低，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勢。隨著電力事業在沿海地區的加速發展，鈦在海水冷卻換熱器中的應用優勢必將更加明顯。

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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，茂名市茂港電力設備廠有限公司工程師，研究方向為換熱器優化設計。