腾宇钛业谈钛制化工设备的应用与防护

引言

钛材因其优良的耐蚀性能、密度小、比强度大等特点被广泛应用于石油、化工、轻纺(化纤)、湿法冶金、制药、电力、海洋工程等领域。钛制设备的应用极大的减小了设备自重、减少了设备的停车检修，达到降低维修费用的目的。但随着钛制设备的广泛使用，发生的事故和暴露的问题也相应增加，这些问题大多与防护设计不合理有关。因此，如果采取适当的防护设计就能有效的减少事故，确保设备安全稳定运行，不致于昂贵的钛制设备过早的腐蚀或报废失效。

1、钛制化工设备的应用及出现的问题

钛制化工设备的主要应用行业和所出现的问题情况见表1

2、钛材选用

2.1选材和设计原则

钛材在化工设备上的应用，主要用到钛的耐蚀性，其次考虑高比强度、无磁、记忆功能等特性。

设计者应根据设备使用条件、加工程度、寿命、成本、重量、产品质量、环保等不同情况选用钛及钛合金材料，不能简单的用钛代替设备上已有材料。钛制设备设计时，应根据介质的压力、温度、流速、设备的外形及几何尺寸、操作情况等，经济、合理、可靠的选用不同结构型式。一般来说，压力、温度低的小型容器，可用全钛制，反之，可用复层结构。除此之外还应综合考虑钛材的焊接性能、导热性能、应力松弛性能、膨胀性能等，决定是否选用钛材，以确定设计结构。

2.2常用化工用钛材的性能

化工设备常用钛材的性能与使用范围见下表2

2.3钛材的使用范围

2.3.1.钛材可以在以下介质中使用

硝酸铬酸等氧化性介质，醋酸、对苯二甲酸等大多数有机酸、尿素、海水、盐类溶液、含氯离子含溴离子介质、湿氯、稀碱、烯烃、油品。

2.3.2钛材在下列介质中有腐蚀，但加缓蚀剂或耐蚀钛合金可以使用盐酸、硫酸、高温65％硝酸、磷酸、高温高浓柠檬酸、草酸、葡糖酸、>10％甲酸、碱性溶液。

2.3.3钛不能用于以下的环境

2.3.3.1浓度>98％或含>6％游离二氧化氮的发烟硝酸，避免引起自然爆炸(即使现场挂片试验时，没有燃烧现象)。

2.3.3.2氯气中含水量(0.1％加.3％)的干氯气(如国内的钢瓶氯气，因钛与干氯气发生激烈的反应，生成四氯化钛，放出大量热，有着火的危险)，当处于高速转动时，干氯气的水含量应提高到1.5％。

2.3.3.3液氧和某些氧分压高的水溶液，因为钛在液氧中有冲击敏感性，如果钛存在新鲜表面，在0.35Mpa压力、室温时就会自燃。对含有氢的腐蚀介质，除了考虑介质的腐蚀外，应充分重视氢对钛的危害性。钛制设备要求避免受铁的污染，很重要的一点是为了避免钛的氢化作用。

2.3.3.4在氢氟酸、氟化物、醋酐、醛化液、浓碱、磷酸、草酸、不充气的沸腾甲酸等环境中不能使用；在N204、液氧、>30％H202、含卤化物的甲醇、<2％水>315OC的H2、液溴等环境中严禁使用。

2.4钛制设备经济效益分析

钛制化工设备的应用有两种情况。一种情况是，在某种腐蚀条件下，不锈钢与铝、铜等常用耐蚀金属不能耐蚀，只有钛才能耐蚀(锆钽等更贵重的金属除外)，这时只能采用钛制设备，不必与其他材料做经济上的比较。另一种情况是，在某种腐蚀条件下，可以用不锈钢或其它常用金属材料，但腐蚀率较高，使用寿命较短，而钛的耐蚀性好，使用可靠性高，寿命长，这时需要对钛和不锈钢等材料在经济性上进行比较与分析，这是设计人员在化工设备应用中必须认真对待的问题。由于钛优良的耐蚀性、比强度高、比重小，按单位体积计算与不锈钢价格相差不多，而且对钛一般不留腐蚀余量，这就节省了材料的用量，以及有效避免了设备的停车检修和降低了维修费用，具有长期安全稳定的使用寿命。因此，得到越来越多领域的广泛应用。

钛材与被取代材料的使用寿命对比见下表3

3、防护设计

钛制化工设备的防腐蚀设计有着极其重要的意义，这就需要设计人员从材料选择、经济效益、防腐技术(缓蚀剂、表面处理等)、加工方法(焊接、铸锻、热处理等)强度校核和操作工艺等方面综合考虑。除考虑到钛的诸多优点外也要认识到钛在某些方面的不足，例如热导率小、熔点高、线膨胀系数小、弹性模量低、抗摩擦性能差、熔融钛流动性大、钻孔攻丝困难、抗蠕变性能差、焊接需气体保护且焊接残余应力大等，在具体的设计时应扬长避短，才能避免不必要的腐蚀与损伤。

常见的钛设备的损坏类型与防护设计见表4

4、结语

纵观我国设计、制造与使用钛制设备的近40年里，在氯碱、化肥、化纤、无机合成、塑料、基本有机合成、精细化工等领域取得了巨大的成绩，解决了许多长期困扰企业生产的腐蚀问题，取得了显著的经济效益和社会效益，但同时也出现了一些问题，这就需要我们依靠科学的防护设计，充分发挥钛的特性和优势作用，提高设备可靠性与安全性，为钛的推广应用和社会作出更大的贡献。

参考文献：

[1]邹武装主编.钛手册.北京：化学工业出版社，2012.

[2]宇存烨.钛制化工设备防护设计.化工设备设计，1998.

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[6]钛材应用系列宝鸡有色金属加工厂.1995

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