通過大量實驗和應用實例證明,鈦管在電站凝汽器中的應用在技術和經(jīng)濟上都具有很大的優(yōu)越性。從經(jīng)濟角度來看,以1983年日本1000mw凝汽器的核電機組管道(約5萬條凝汽器管)價格為例,根據(jù)凝汽器的使用時間為40年,鋁黃管年平均漏液量為40年。鈦管廠家生產(chǎn)的鈦管應用于發(fā)電站應解決的三個問題:1.腐蝕問題,海水用作沿海電站冷凝器的冷卻水。由于海水中含有大量的泥沙、懸浮物、海洋生物和各種腐蝕性物質(zhì),在海水和河水交替出現(xiàn)的微咸水中,情況更加嚴重。傳統(tǒng)銅平臺金屬管的腐蝕方式有:整體腐蝕(均勻腐蝕)、沖蝕、應力腐蝕等。鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性,鈦管凝氣器因腐蝕而消除海水泄漏事故,但耐腐蝕性好,不像銅合金管那樣表面產(chǎn)生含毒物質(zhì),鈦管內(nèi)壁容易附著海生物,影響傳熱效果,需要相應的清洗裝置。2.吸氫問題,雖然鈦表面有致密的鈍化膜,在許多強腐蝕介質(zhì)中非常耐腐蝕,但鈦與氫的親和力很高。非常容易吸氫。在常溫時就發(fā)生,高溫時(如100℃)吸氫迅速。氫在鈦中的固熔限很小(約為20ppm),超過限量就會在鈦表面上析出氫化物(TtH2)。隨著表面TiH2含量的增加,4j時鈦的沖擊值和延伸率迅速下降。此外,舊機組改造時,由于管板采用銅合金,冷凝管采用鈦,因此需要采用陰極保護裝置,防止電化學腐蝕。比如日立電廠的冷凝器是海水冷卻,鈦管和銅合金板組成熱電偶。當保護電位低于0.75V(SCE)時,出口鈦管端吸收氫氣,氫氣含量達到650ppm使用一年后;如果電位為0.5~0.75V(SCE),鈦在常溫下不會吸氫。3.震動問題,由于鈦管的耐腐蝕性好。鈦制凝固器不會因腐蝕而泄漏。但是,鈦管有可能因振動而損壞。為了避免鈦管的振動問題,在制造屏蔽鈦凝固器時,鈦管廠家必須確定適當?shù)母舭彘g隔的舊單元改造時,必須檢查原來的隔板間隔是否適用。
工業(yè)純鈦是一種熱力學不穩(wěn)定的金屬。如果可以通過溶解產(chǎn)生Ti2+,則鈦離子化的標準電極電勢為-1.63V,這使鈦可溶于水并釋放氫。然而,在各種腐蝕性介質(zhì)中,鈦具有很強的耐腐蝕性,鈦管廠家因為鈦具有很強的鈍化作用。它的鈍化度超過了鈷,鎳和不銹鋼的鈍化度。在眾多活性介質(zhì)中,尤其是氧化性介質(zhì)、氯化物介質(zhì)中,具有優(yōu)異的耐腐蝕性,但鈦在硫酸和鹽酸中的穩(wěn)定性較差。為了解決常規(guī)鈦及鈦合金對硫酸、鹽酸等還原性介質(zhì)的耐蝕性差的問題,在鈦合金中加入鉬(10%~32%)可以大大提高鈦合金對還原性介質(zhì)的耐蝕性。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。合金的強化是其主要性能,對其應用有一定的影響。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以滿足要求,而且由于抗氯化物能力強,特別適合采用海水脫硫的電廠。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。主要性能是合金的強化,在一定程度上影響合金的應用。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。鉬含量越高,耐腐蝕性越好,但冶煉和加工難度越大。鈦管廠家的產(chǎn)品主要性能是合金的強化,在一定程度上影響合金的應用。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。Ti-Mo合金的耐腐蝕性如表2所示。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護。Ti-20MO及以上的鈦鉬合金可以滿足要求,并且由于它們具有很強的耐氯化物性能,因此特別適用于使用海水脫硫的發(fā)電廠。鈦鉬合金比純鈦更適合鋼煙囪的腐蝕防護。Ti-20MO及以上的Ti-Mo合金可以滿足要求,而且由于抗氯化物能力強,特別適合采用海水脫硫的電廠。
鈦設備在石油行業(yè)的應用:尿素不僅是優(yōu)質(zhì)肥料,也是石化工業(yè)的原料。自1963生產(chǎn)的襯鈦尿素合成塔投產(chǎn)以來,目前已有近萬臺設備在全世界運行,鈦管廠家實踐表明襯鈦合成塔無明顯腐蝕。而316L不銹鋼的折算腐蝕速度為4.1—4.5mm/a。因此,鈦比不銹鋼具有更好的經(jīng)濟效益。除了襯鈦尿素合成塔外,國內(nèi)從70年代以來,先后使用了C02汽提塔、換熱器、混合器和泵閥等。在含硫和鹽高的原油煉制中,鈦制設備是理想的。國外在常壓蒸餾裝置、污水處理設備、脫硫分離塔的冷凝器和汽提塔的散熱器等許多工序都成功選用鈦制設備多年。我國也已在該系統(tǒng)中采用鑄鈦海水泵、催化裂化分餾中的鈦制冷凝器、深冷分離鈦冷凝器和多孔鈦板等,都已正常操作運行十年以上。氯化碳氫化合物是石化工業(yè)中常用的品種之一。由于涉及到氯化反應,不銹鋼設備已難勝任。鈦在國外已用于制造二氯甲烷蒸餾塔、三氯乙烷換熱器、冷凝塔和分餾塔、三氯乙烯冷凝塔、四氯乙烯換熱器和多氯盤管加熱器。我國在氯乙烯生產(chǎn)中,冷卻塔、廢水汽提塔和廢水貯罐的塔板支承架、接管、法蘭密封面,采用了Ti-0.2Pd的襯里,已使用近十年未見腐蝕。而鈦管道、接頭和氣體分布器等都已采用鈦材多年。苯酚是石油化工的重要原料,以丙烯和苯為原料,從異丙苯和過氧化異丙酯中提取苯酚和丙酮是一種新的工藝。國外在十幾年前就采用鈦設備,我國此項工藝尚在開發(fā)之中。在舊工藝中,苯磺化堿溶液生產(chǎn)苯酚,鈦管廠家采用鈦反應器、鈦線圈冷卻器和離子化氮化鈦攪拌軸套及鈦靶。
鈦管在哪些領域遇到了瓶頸?我國鈦管廠家生產(chǎn)的鈦管、鈦合金管在冷卻器領域的應用瓶頸,國外鈦管與管板之間的連接采用常規(guī)的膨脹接頭,膨脹接頭長度為管板厚度的90%,管板長度的10%為鈦管與管板的1mm間隙,這種結(jié)構用于高鹽、高濕空氣環(huán)境,管板采用復合材料(降低產(chǎn)品成本),鈦管與管板容易發(fā)生電化學腐蝕,從而導致管板腐蝕,從而導致鈦管與管板的連接失效,以及漏水、渦輪發(fā)電機故障。鈦管廠家的該項目核電動輪發(fā)電機空氣冷卻器的制造技術和重要技術參數(shù),國外目前處于保密階段,國外空氣冷卻器中國獨資企業(yè)也無法制造同類鈦管空氣冷卻器。
鈦的焊接,清潔是至關重要的,焊接鈦焊管需要極其清潔的母材、填充金屬和焊接環(huán)境必須完善。焊工擦身體乳液,例如手霜、成型和拉伸過程中的潤滑脂、車間塵埃、油漆、污垢、切割液和潤滑劑都會導致脆性和焊接失效。清潔工作區(qū)域,清除各種雜物,鈦管廠家保證選擇氣流較小的地方,盡量保證環(huán)境無風,避免焊接時干擾保護氣體。接下來,清潔加油桿和母材上的油污:戴上專門用于此目的的腈手套,以防止操作者手上的護手霜或附著在其他手上的油污摩擦到待焊接的鈦管上。然后將甲基乙基酮(MEK)涂在干凈的無絨布上并擦拭鈦以去除任何殘留的表面污染物。在這個時候把填料棒放在一個密封的容器里以防止進一步污染。去除焊接前鈦與氧在管道表面反應形成的氧化皮。這種氧化物層為鈦提供了顯著的耐腐蝕性。然而,它必須在焊接前去除,因為它在高于鈦的溫度下熔化,并可以進入熔化的焊接池產(chǎn)生夾雜物,削弱夾層。無論是帶硬質(zhì)合金去毛刺工具的模具磨床,還是專門用于鈦合金的硬質(zhì)合金銼刀,都可以較好地去除焊接接頭上的氧化層。建議不要使用天鵝絨和磨料。因為有污染。請鈦管廠家記住使用低磨削速度以防止過熱。氧化層被磨掉之后,再用MEK或丙酮浸濕的布擦一遍接頭。有些溶劑有低閃點,溶劑在撞擊電弧前必須完全蒸發(fā)。對鈦管來說,組裝可能比任何其他金屬管都重要,因為這是防止氧進入焊縫的關鍵。接頭應為方形(不得形成v形差距),有助于減少填充接頭所需的熱量和焊接金屬量,反而降低了燒傷和污染的可能性。在定位器或工作臺上夾緊部件,以確保兩端盡可能緊密、精準對接。大多數(shù)薄壁鈦管和管道不需要預熱。但是,如果您計劃焊接厚度超過1/3英寸的鈦管,請咨詢您的焊接設備供應商,因為某些預熱和后加熱可能是有益的。