浅谈钛在海水冷却换热器中的应用优势

全迪锋

（茂名市茂港电力设备厂有限公司，广东 茂名 525021）

浅谈钛在海水冷却换热器中的应用优势

全迪锋

（茂名市茂港电力设备厂有限公司，广东 茂名 525021）

海水容易对传统的换热器产生腐蚀作用，缩短设备的使用寿命。长时间的腐蚀，不仅增加设备维护工作，造成经济损失，而且容易造成设备漏泄，产生安全事故，具有极大的安全隐患，寻找一种适当的材质，从源头上防止海水腐蚀势在必行。通过大量的研究，钛因其具有的特殊性能从众多的材质中脱颖而出，成为海水冷却换热器的首选。

钛；海水；换热器

换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备，广泛应用于电力、化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门。

基于水资源、节能、安全等因素的综合考虑，我国许多在用或新建核电站及火电站选址在沿海地区，便于充分利用海水为介质，通过换热器设备将海水应用于核岛、常规岛等系统的除盐水和饱和蒸汽的冷却。然而，众所周知，海水具有极强的腐蚀性，容易对传统的换热器产生腐蚀作用，缩短设备的使用寿命。长时间的腐蚀，不仅增加设备维护工作，造成经济损失，而且容易造成设备漏泄，产生安全事故，具有极大的安全隐患。综上所述，寻找一种适当的材质，从源头上防止海水腐蚀势在必行。通过大量的研究，钛因其具有的特殊性能从众多的材质中脱颖而出。

1 钛与传统材料相比，其特点、优势

钛作为一种新型金属，因其特殊的性能而被广泛应用于各个领域，与不锈钢、铝合金、铜合金、镍合金相比较有明显优势。

（1）抗海水及氯化物点蚀。钛耐蚀性最突出的优点是抗海水及氯化物点蚀。

（2）良好的抗缝隙腐蚀性能。易钝化金属（镍、铝、不锈钢、钛）在一定的环境中都有可能发生缝隙腐蚀。但钛相对具有较高的抗缝隙腐蚀性能。

（3）焊接接头耐蚀性好。不锈钢常易发生晶间腐蚀，而在焊接熔合线处表现为刀口状腐蚀，成为不锈钢一种主要的腐蚀问题。钛不会发生晶间腐蚀，在母材适用的环境中，其焊缝及母材热影响区通常有同样的耐蚀性。

（4）腐蚀疲劳强度高。钛的腐蚀疲劳现象比较罕见。钛在海水中的腐蚀疲劳极限等于或稍高于空气中的疲劳极限。钛比常用金属的抗腐蚀疲劳性能好。

（5）抗应力腐蚀破裂 。钛在化工装置中，一般不发生应力腐蚀破坏。钛的应力腐蚀通常只在极为特殊的条件下生产。含溴的甲醇、沸腾的硝酸几乎是唯一会引起钛应力腐蚀破坏的介质。而不锈钢对应力腐蚀破裂比较敏感。

（6）耐磨蚀。钛表面由于有一层致密的氧化性保护膜，在一定环境中氧化膜还有迅速生长和修复能力，因而在钛能处于钝态的环境，如海水、中性盐溶液、氧化性酸中，钛具有良好的抗磨蚀性能。

（7）换热能力。虽然钛的导热系数低，但因其比强度高，且具有良好的耐蚀性，在保证同等机械强度条件下，用钛制作的换热管其管壁厚仅为1mm～2mm，且不需要进行涂敷处理，而钢制的换热管壁厚则为4mm～5mm，且表面还要涂敷防腐涂层，增加了涂料膜层阻热。因此，在相同使用环境下，钛换热管的外冷传热系数可达2500kJ/m²·h·ºC～3350 kJ/m²·h·ºC，而钢换热管的外冷传热系数仅为630kJ/m²·h·ºC～840 kJ/m²·h·ºC。

2 利用钛的特殊性能对传统换热器进行改进

海水冷却换热器主要由前后水室、管板、换热管、壳体、芯体等组成，改进后的海水冷却换热器在结构、外形上没有任何变化，但是其与海水接触的所有部件全部用钛来替代，以下分别详细说明这些部件的改进。

（1）换热管。海水冷却换热器的换热管材质是工业纯钛，其标准号为ASTMB338 Gr.2，以此来替代传统的不锈钢及碳钢换热管。与不锈钢相比，钛的传热性能更好，密度更小，强度更高，而且更耐海水腐蚀，是目前最好的换热器之一。另外，其管头与管板之间采用的是强度胀加密封焊的连接方式，彻底解决了管头的泄漏及间隙腐蚀两大难题，大大地提高了海水冷却换热器的使用寿命。

（2）水室。传统的海水冷却换热器水室是通过涂层来实现防腐，即是在水室内壁与海水接触的地方贴上橡胶整体硫化融合达到防腐的效果，但由于衬胶在海水里时间长了会老化，容易造成泄漏，增加维护成本。经过长时间的研究，对水室进行了改进，改进后的水室采用的是钛钢复合板，与海水接触的内层为钛，外层为普通碳钢，两者经过爆炸焊接复合而成。采用该材质的水室，所有与海水接触的地方均有钛层保护，既保证了水室的强度，又能耐海水腐蚀，一劳永逸，彻底解决水室衬胶老化、泄漏等问题。

（3）管板。传统的海水冷却换热器为了防腐，管板通常选用的是不锈钢等材料，但是当管板厚度较大时，整体不锈钢管板的价格昂贵，而且，对海水而言，不锈钢的防腐能力不能达标。改进后的海水冷却换热器选用的管板为钛钢复合板，与海水接触的薄层为钛，不与海水接触的厚层为普通碳钢，两者经过爆炸焊接复合而成。采用该材质的管板，所有与海水接触的地方均有钛层保护，既保证管板不被海水腐蚀，又相对节约了成本。

海水冷却换热器经过以上三个部件的改进后，海水从前水室进入换热器，与管板相接触，再途经钛换热管，最后从后水室排出，整个过程，海水都是与钛相接触，从而彻底解决了海水腐蚀的问题。

3 改进后的海水冷却换热器取得的成果及前景

经过十几年的研究，茂名市茂港电力设备厂有限公司利用以上改进后的海水冷却换热器申请了十几项国家实用新型专利，其中外导流折流杆海水-工业水换热器和错位折流杆换热器两项专利获得了广东省优秀专利奖，海水-工业水换热器水室获得了广东省茂名市优秀专利奖，该技术得到了沿海地区的核电、火电站的大量应用和推广。其中包括阳江核电、秦山核电、方家山核电、广西防城港中华电力公司、华能汕头电厂，神华台山电厂等，为我国的电力发展事业作出了贡献。而且，从第一台设备运行至今已有十几年，设备从未发生泄漏现象，运行效果良好，得到了广大客户的好评的同时，也为企业取得了良好的经济效益。随着我国电力事业的进一步发展，钛管海水冷却换热器因其独有的优势，其应用前景必将更加广阔。

4 结束语

以钛管、钛钢复合板代替传统的碳钢、不锈钢制造海水冷却换热器是解决海水腐蚀的最有效方法之一，但缺点就是进口钛管、钛钢复合板的订货时间周期长而且成本偏高，但是从长远来看，钛管海水冷却换热器的维护成本低，换热性能好，使用寿命长，安全性能高，综合这几方面考虑，其还是有比较大的优势。随着电力事业在沿海地区的加速发展，钛在海水冷却换热器中的应用优势必将更加明显。

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[3] 张洪军,孙介兰,董志贵.钛制管壳式换热器的设计[J].科技资讯,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

全迪锋（1988-），男，广东茂名人，茂名市茂港电力设备厂有限公司工程师，研究方向为换热器优化设计。