钛管换热器

1、定义

钛管换热器是一种以钛或钛合金管为核心传热元件的管壳式换热设备，通过钛管内外介质的流动实现热量交换。其设计专为高腐蚀性介质（如含Cl⁻、酸性或碱性流体）和高温高压环境，广泛应用于化工、海洋工程、制药等领域，是管壳式换热器中耐腐蚀性能最优的类别之一。

2、性能

耐腐蚀性：钛在氧化性介质（如湿氯气、海水）中形成稳定的TiO₂钝化膜，抗Cl⁻点蚀能力优于不锈钢（316L寿命的5~10倍）。

传热效率：钛导热系数15~20 W/(m·K)，通过薄壁钛管（壁厚0.5~2.0 mm）设计，传热系数可达200~600 W/(m²·K)。

耐温耐压：工作温度-50~250℃，设计压力≤10 MPa（高压型），适用饱和蒸汽或高温油介质。

机械强度：抗拉强度≥340 MPa（TA2），可承受高流速冲刷（如海水流速≤3 m/s）。

3、材质

1）纯钛管：

TA1（Gr.1）：纯度≥99.5%，用于高洁净度介质（如制药、电子化学品）。

TA2（Gr.2）：通用材质，占钛管换热器用量的90%以上（如氯碱化工）。

2）钛合金管：

Ti-0.2Pd（Gr.11）：添加钯元素，提升还原性酸（如10% HCl）中的耐蚀性。

Ti-3Al-2.5V（Gr.9）：高强度合金，用于高压、高振动场景（如舰船冷却系统）。

4、特点

1）优势：

寿命长达20年以上（氯碱环境下），维护成本仅为不锈钢的1/3；

重量轻（密度4.5 g/cm³），比钢制换热器减重50%；

表面光滑（Ra≤0.8 μm），减少结垢风险。

2）局限性：

成本高（钛管价格约为316L不锈钢管的5~8倍）；

对氢氟酸（HF）、浓磷酸（>10%）敏感，需严格避免接触。

5、执行标准

1）国内标准：

GB/T 3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》

NB/T 47011-2010《钛制压力容器》

2）国际标准：

ASTM B338《无缝及焊接钛管》

ASME BPVC Section VIII（压力容器规范）

3）行业认证：

需通过PED（欧盟）、ASME U钢印认证，核工业需满足NQA-1标准。

6、应用领域

氯碱化工：湿氯气冷却（80℃→40℃）、浓碱液（50% NaOH）加热；

海水淡化：多级闪蒸（MSF）装置中的冷凝器与预热器；

石油化工：酸性原油换热（含H₂S、CO₂）；

制药行业：高纯度介质（如疫苗培养液）的温度控制；

核电：海水循环冷却系统（抗海水腐蚀）。

7、制造工艺

1）钛管成型：

无缝钛管：热挤压+冷轧（ASTM B338），壁厚公差±10%；

焊接钛管：钛带卷制+等离子焊（TIG焊），成本低但承压能力较弱。

2）管板连接：

胀接：机械胀管或液压胀管，适用于低压（≤4 MPa）；

焊接：TIG焊或激光焊，用于高压或腐蚀性强介质（需100% RT检测）。

3）质量控制：

管材超声波探伤（UT）检测缺陷；

壳程水压试验（1.25倍设计压力保压30分钟）。

8.、与其他钛设备的区别（具体对比）

9、采购方法与注意事项

1）采购流程：

技术参数确认：

明确介质成分（Cl⁻浓度、pH值）、流量（壳程/管程）、允许压降（≤0.1 MPa）。

供应商评估：

核查压力容器制造资质（A1/A2级）、钛管来源（宝钛、VSMPO等品牌）；

要求提供同类项目案例（如氯碱厂钛管换热器运行5年以上证明）。

技术协议签订：

明确传热系数（K值）保证值（如≥450 W/(m²·K)）；

要求提供FEA应力分析报告、焊接工艺评定（WPS/PQR）。

2）注意事项：

防污染控制：

钛管加工时禁用含铁工具，防止铁离子污染（制药行业需达ASTM B338标准）；

安装前需酸洗钝化（10% HNO₃ + 1% HF溶液，浸泡20分钟）。

成本优化：

低压工况可选用焊接钛管（成本比无缝管低30%）；

非腐蚀侧壳体采用钛-钢复合板（复层钛厚≥3 mm）。

运行维护：

每半年化学清洗（5%柠檬酸循环2小时）；

监测壳程/管程压差，超过设计值20%需停机检查。

钛管换热器凭借其不可替代的耐Cl⁻腐蚀能力，成为氯碱、海水淡化等领域的核心设备。与板式换热器相比，其承压能力更强，但传热效率略低；与普通管式换热器相比，钛材质大幅延长了设备寿命。采购时需重点审核供应商的钛管质量（无缝/焊接）和制造工艺（胀接/焊接），并在运行中定期维护钝化膜完整性，以最大化设备的经济性与可靠性。