氯碱化工用钛换热器

1、氯碱化工用钛换热器

钛换热器是氯碱工业中专门用于处理含高浓度氯离子（Cl⁻）、湿氯气（Cl₂+H₂O）及强腐蚀性介质（如浓碱液、盐酸）的热量交换设备。其核心由钛或钛合金材料制成，利用钛在氧化性介质中形成的稳定二氧化钛（TiO₂）钝化膜，抵抗氯离子腐蚀和高温（≤250℃）环境，通过管壳式或板式结构实现工艺流体的高效加热、冷却或余热回收，是氯碱生产中保障工艺温度控制、延长设备寿命的关键耐腐蚀装备。

2、性能

耐腐蚀性：钛在湿氯气（Cl₂+H₂O）、高温碱液（如50% NaOH）中形成稳定的TiO₂钝化膜，抗点蚀和缝隙腐蚀能力显著优于不锈钢（如316L）和镍基合金（如哈氏合金C276）。

传热效率：钛的导热系数（15~20 W/(m·K)）适中，但通过薄壁设计（0.5~1.0 mm钛板）和波纹结构（板式换热器）可提升传热系数至3000~6000 W/(m²·K)。

耐温耐压：工作温度范围-50~250℃，设计压力≤4.0 MPa（管壳式）或≤2.5 MPa（板式）。

洁净性：表面光滑（Ra≤0.8 μm），避免结垢和介质残留，符合医药级洁净要求。

3、材质

1）纯钛（TA1/TA2）：

TA2（Gr.2钛）为通用材质，用于管壳式换热器的管束、板式换热器的板片。

TA1（Gr.1钛）用于高纯度介质（如电子级化学品）。

2）钛合金：

Ti-0.2Pd（Gr.11钛）用于含微量还原性杂质（如Fe³⁺、H₂S）的介质，抗缝隙腐蚀。

复合材质：钛-钢复合板用于非接触介质的支撑结构，降低成本。

4、特点

抗Cl⁻腐蚀：在饱和盐水和湿氯气中寿命可达15年以上，无需频繁更换。

轻量化设计：密度仅为钢的56%，便于安装和维护。

局限性：

对氢氟酸（HF）、浓磷酸（＞10%）敏感，需严格避免接触；

初始投资成本较高（约为不锈钢换热器的3~5倍）。

5、执行标准

1）国内标准：

NB/T 47011-2010《钛制压力容器》

GB/T 3625-2007《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》

2）国际标准：

ASME BPVC Section VIII（压力容器规范）

ASTM B338《无缝及焊接钛管》

3）行业认证：

需通过PED（欧盟）、ASME U钢印认证，出口设备需满足NACE MR0175（抗硫化物应力腐蚀）。

6、应用领域（氯碱化工）

氯气冷却：将电解产生的湿氯气（80~90℃）冷却至40℃以下，防止下游设备腐蚀。

碱液加热：预热50% NaOH溶液至80~100℃，提高反应效率。

余热回收：利用反应余热加热工艺水，降低能耗。

盐酸合成：HCl气体冷却成液态盐酸。

7、制造工艺

管壳式换热器：

钛管与管板采用胀接+焊接（TIG焊），管板为钛-钢复合板；

壳程设计导流筒，减少介质短路。

板式换热器：

0.5~1.0 mm钛板冲压成型，波纹结构增强湍流；

激光焊接密封，避免橡胶垫片腐蚀。

质量控制：

焊缝100% X射线探伤（RT）和渗透检测（PT）；

氦质谱检漏（泄漏率≤1×10⁻⁶ Pa·m³/s）。

8、与其他氯碱钛设备的区别（具体对比）

9、采购方法与注意事项

1）采购流程

需求明确：

确定介质成分（Cl⁻浓度、pH、温度）、流量、压降要求。

选择换热器类型（管壳式适合高压，板式适合高传热效率）。

供应商筛选：

优先选择具备压力容器制造资质（A1/A2级）的厂家；

考察同类项目案例（如是否做过离子膜法氯碱项目）。

技术评审：

要求提供传热计算书、FEA应力分析报告；

审核焊接工艺评定（WPS/PQR）和无损检测方案。

合同签订：

明确验收标准（如氦检漏、传热性能测试）；

质保期≥3年，包含涂层/焊缝缺陷保修。

2）注意事项

防污染措施：

钛表面禁止接触碳钢工具，防止铁离子污染（制药级要求）；

安装前需酸洗钝化（10% HNO₃ + 1% HF溶液）。

成本优化：

非接触介质的支撑结构采用钛-钢复合板；

板式换热器可模块化设计，便于后期扩容。

运行维护：

定期化学清洗（5%柠檬酸溶液）去除结垢；

监测压差变化，防止堵塞导致效率下降。

钛换热器在氯碱化工中是不可替代的关键设备，其核心价值在于高效传热与极端耐腐蚀的结合。采购时需重点关注介质兼容性、制造商工艺能力及质量控制体系。与其他钛设备相比，钛换热器更注重热力学设计与表面处理，而非化学反应或电化学催化功能。实际运行中需定期维护钝化膜完整性，避免因局部腐蚀导致泄漏。