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鈦材換熱器淺析

文檔作者：劉學(xué) 金家東文檔來(lái)源： 1．哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司 2．江蘇核電有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月25日
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第5期
2015年9月
鍋爐制造
B0ILER MANUFACTURING
No．5
Sep．2015
O
鈦材換熱器淺析
劉 學(xué) ，金家東
(1．哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046；2．江蘇核電有限公司，江蘇連云港222000)
摘要：隨著石油化工、海水淡化等行業(yè)和領(lǐng)域，由于工作條件的特殊性，對(duì)換熱管的材質(zhì)有著較高的要求，鈦
材換熱器憑借工業(yè)純鈦的各種優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域。本文主要介紹了鈦材換熱器在設(shè)計(jì)制造中主
要優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)，為鈦材換熱器的設(shè)計(jì)制造提供了借鑒，對(duì)未來(lái)鈦材換熱設(shè)備更廣泛的應(yīng)用及新產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)
具有非常重要的意義。
關(guān)鍵詞：換熱器；管板；焊接；脹接
中圖分類號(hào)：TK2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：CN23—1249(2015)05—0038—03
Discuss of Titaniam Heat Exchanger
Liu Xue ，fin Jiadong
(Harbin Boiler Preheater Co． Ltd．，Harbin 150046，China)
Abstract：With titanium and its alloy smelting，processing technology，titanium heat exchanger at
lower prices，as well as the comprehensive mechanical properties，processing properties and corro—
sion resistance of high strength，perfect，eficient heat exchanger continuous development．Petroleum
and chemical，desalination and other industries and fields，as a result of working conditions，the
heat exchange pipe material have higher requirements，titanium heat exchanger by virtue of industri—
al pure titanium various excellent properties，widely used in related fields．This paper mainly introduces
the titanium heat exchanger in the design and manufacture of main advantage and the matters
needing attention，for titanium heat exchanger design and manufacturing to provide reference for the
future，titanium heat exchanger equipment is more widely used and new industry development has
very important significance．
Key words：heat exchanger；tubesheet；welding；expansion joint
—
一
口
鈦材換熱器是一種由優(yōu)質(zhì)鈦制成的，將熱
流體的部分熱量傳遞給冷流體的換熱設(shè)備。
鈦材換熱器憑借鈦的優(yōu)點(diǎn)，多用于石油化工、
海水淡化、核電工業(yè)等各領(lǐng)域中。目前國(guó)內(nèi)換
熱器所用的換熱管多為碳鋼管，部分核電領(lǐng)域
采用不銹鋼管。碳鋼管抗腐蝕能力比較差，一
般運(yùn)行8年左右，前期投入比較小。而不銹鋼
管的抗腐蝕能力比較強(qiáng)，可運(yùn)行約20年，
于不銹鋼抗氯腐蝕能力差，所以也不能滿
關(guān)領(lǐng)域的使用要求。鈦是一種耐
好的材質(zhì)。鈦管目前在冷凝器上
泛，效果也比較理想，所以可以嘗
和石油化工換熱器等領(lǐng)域上應(yīng)用。
1 鈦材的主要優(yōu)點(diǎn)
腐蝕性
應(yīng)用比
試在蒸
但由
足相
能較
較廣
發(fā)器
鈦材的純度達(dá)到99％ 以上，其許用溫度下限
收稿日期：2015—03—15
作者簡(jiǎn)介：劉 學(xué)(1980一)，男，長(zhǎng)春人，工程師，2007年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，在哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司輔機(jī)容器設(shè)計(jì)處從事汽
輪機(jī)輔機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。
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· 40· 鍋爐制造 總第253期
增加鈦管的剛性，避免振動(dòng)。
3 鈦材換熱器的工藝
3．1 鈦管板的選用及焊接
常規(guī)換熱器多采用平板或碗形鍛件結(jié)構(gòu)，
鈦材換熱器管板可采用常規(guī)換熱器的結(jié)構(gòu)形
式。鈦材管板主要分為純鈦和鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)兩
種，純鈦管板主要應(yīng)用在所需管板厚度不大的
場(chǎng)合。由于鈦鍛件變形抗力大、鍛造溫度范圍
小，所以應(yīng)快速鍛較好。鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)主要操作
溫度大于200℃ ，壓力比較高的場(chǎng)合，通過(guò)提高
基材的強(qiáng)度來(lái)提高管板的許用應(yīng)力值，降低管
板的厚度。
由于鈦在焊接溫度下化學(xué)活躍性很強(qiáng)，跟空
氣中氧易形成致密穩(wěn)定的氧化膜。在含氫的環(huán)境
中，氫擴(kuò)散速度較快，溫度不高時(shí)也很容易被鈦吸
收，而產(chǎn)生氫脆。焊接時(shí)，應(yīng)采用惰性氣體保護(hù)焊
進(jìn)行焊接。
3．2 換熱管和管板的連接
換熱管和管板的連接必須同時(shí)確保強(qiáng)度及密
封性的要求。換熱管與管板的連接形式主要分為
脹接、焊接、脹焊并用。
1)脹接主要是采用機(jī)械脹、液壓脹的方
法，使換熱管其產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生較大的應(yīng)
力，管板孔受力產(chǎn)生彈性變形，管板孑L對(duì)換熱
管產(chǎn)生一個(gè)由外向內(nèi)的壓縮力形成自增強(qiáng)，
以達(dá)到密封的目的。由于鈦材具有冷蠕變特
性，使換熱管和管板的脹接處易產(chǎn)生應(yīng)力松
弛，導(dǎo)致?lián)Q熱管脹接失效，產(chǎn)生縫隙腐蝕，引
起泄露。
2)焊接是換熱管與管板采用焊接的連接方
式，換熱管壁厚一般在0．5～3 mm之間，所以焊
后不會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，在焊接時(shí)必須嚴(yán)格
控制焊接工藝，保證焊接質(zhì)量。但在循環(huán)應(yīng)力的
作用下，焊口極易產(chǎn)生疲勞裂紋，且不能完全避免
間隙腐蝕，所以制訂可靠的焊接工藝方案，并結(jié)合
氦檢漏和 檢測(cè)。
3)脹焊并用結(jié)合了脹接和焊接的優(yōu)點(diǎn)，適用
于密封性能要求較高的，承受振動(dòng)或疲勞載荷，及
有間隙腐蝕的復(fù)合管板的場(chǎng)合。由于鈦材本身是
一種活躍性極強(qiáng)的金屬，因此，在鈦材換熱器的換
熱管與管板的焊接中應(yīng)采用惰性氣體保護(hù)焊和液
壓脹的方式。
換熱管管口形狀應(yīng)采用翻邊式結(jié)構(gòu)，有利
于在鈦管入口處形成流線形，降低介質(zhì)的流
動(dòng)阻力。為確保脹接質(zhì)量，脹接必須保持合
適的脹度，欠脹不能保證的密封性，過(guò)脹易使
管子產(chǎn)生冷作硬化產(chǎn)生裂紋，影響換熱管的
使用壽命。圖4為換熱管與管板脹焊并用示
意圖。
堆焊層
管板
圖4 換熱管與管板脹焊并用
管
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著高強(qiáng)度、高效率的換熱器不斷發(fā)展，鈦及
鈦合金的冶煉、加工焊接技術(shù)的提高，鈦材換熱器
設(shè)計(jì)制造成本的降低，以及鈦及鈦合金綜合性機(jī)
械性能、加工工藝性能和耐蝕性能的進(jìn)一步完善，
鈦材換熱器將憑借優(yōu)良的耐熱強(qiáng)度、低溫韌性和
斷裂韌性性能，在各個(gè)行業(yè)中必將得到廣泛的應(yīng)
用。通過(guò)對(duì)鈦材換熱器的設(shè)計(jì)制造的介紹，讓我
們對(duì)鈦材換熱器日后的設(shè)計(jì)制造提供了寶貴的經(jīng)
驗(yàn)。
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