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鈦材換熱器淺析

文檔作者：劉學金家東文檔來源： 1．哈爾濱鍋爐廠有限責任公司 2．江蘇核電有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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 ，金家東
(1．哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，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)和領域，由于工作條件的特殊性，對換熱管的材質有著較高的要求，鈦
材換熱器憑借工業(yè)純鈦的各種優(yōu)良性能，廣泛應用于相關領域。本文主要介紹了鈦材換熱器在設計制造中主
要優(yōu)勢及注意事項，為鈦材換熱器的設計制造提供了借鑒，對未來鈦材換熱設備更廣泛的應用及新產(chǎn)業(yè)開發(fā)
具有非常重要的意義。
關鍵詞：換熱器；管板；焊接；脹接
中圖分類號：TK2 文獻標識碼：A 文章編號：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)質鈦制成的，將熱
流體的部分熱量傳遞給冷流體的換熱設備。
鈦材換熱器憑借鈦的優(yōu)點，多用于石油化工、
海水淡化、核電工業(yè)等各領域中。目前國內換
熱器所用的換熱管多為碳鋼管，部分核電領域
采用不銹鋼管。碳鋼管抗腐蝕能力比較差，一
般運行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，可運行約20年，
于不銹鋼抗氯腐蝕能力差，所以也不能滿
關領域的使用要求。鈦是一種耐
好的材質。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域上應用。
1 鈦材的主要優(yōu)點
腐蝕性
應用比
試在蒸
但由
足相
能較
較廣
發(fā)器
鈦材的純度達到99％ 以上，其許用溫度下限
收稿日期：2015—03—15
作者簡介：劉 學(1980一)，男，長春人，工程師，2007年畢業(yè)于西安交通大學，在哈爾濱鍋爐廠有限責任公司輔機容器設計處從事汽
輪機輔機設計開發(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。
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構，
鈦材換熱器管板可采用常規(guī)換熱器的結構形
式。鈦材管板主要分為純鈦和鈦復合結構兩
種，純鈦管板主要應用在所需管板厚度不大的
場合。由于鈦鍛件變形抗力大、鍛造溫度范圍
小，所以應快速鍛較好。鈦復合結構主要操作
溫度大于200℃ ，壓力比較高的場合，通過提高
基材的強度來提高管板的許用應力值，降低管
板的厚度。
由于鈦在焊接溫度下化學活躍性很強，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，氫擴散速度較快，溫度不高時也很容易被鈦吸
收，而產(chǎn)生氫脆。焊接時，應采用惰性氣體保護焊
進行焊接。
3．2 換熱管和管板的連接
換熱管和管板的連接必須同時確保強度及密
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
力，管板孔受力產(chǎn)生彈性變形，管板孑L對換熱
管產(chǎn)生一個由外向內的壓縮力形成自增強，
以達到密封的目的。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)生應力松
弛，導致?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
后不會產(chǎn)生較大的殘余應力，在焊接時必須嚴格
控制焊接工藝，保證焊接質量。但在循環(huán)應力的
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，并結合
氦檢漏和 檢測。
3)脹焊并用結合了脹接和焊接的優(yōu)點，適用
于密封性能要求較高的，承受振動或疲勞載荷，及
有間隙腐蝕的復合管板的場合。由于鈦材本身是
一種活躍性極強的金屬，因此，在鈦材換熱器的換
熱管與管板的焊接中應采用惰性氣體保護焊和液
壓脹的方式。
換熱管管口形狀應采用翻邊式結構，有利
于在鈦管入口處形成流線形，降低介質的流
動阻力。為確保脹接質量，脹接必須保持合
適的脹度，欠脹不能保證的密封性，過脹易使
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 結束語
隨著高強度、高效率的換熱器不斷發(fā)展，鈦及
鈦合金的冶煉、加工焊接技術的提高，鈦材換熱器
設計制造成本的降低，以及鈦及鈦合金綜合性機
械性能、加工工藝性能和耐蝕性能的進一步完善，
鈦材換熱器將憑借優(yōu)良的耐熱強度、低溫韌性和
斷裂韌性性能，在各個行業(yè)中必將得到廣泛的應
用。通過對鈦材換熱器的設計制造的介紹，讓我
們對鈦材換熱器日后的設計制造提供了寶貴的經(jīng)
驗。
參考文獻
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