钛管、钛合金管在冷卻器領域的應用概述

钛及钛合金由于具有比強度高、熱穩定性好、耐腐蝕及無磁性等優異性能,被譽為“太空金屬”、“海洋金屬”,廣泛應用于航空航天、化工、石油、冶金、電力及船舶等領域。20世紀50年代以來,钛已經發展成為飛機的主要結構材料,并成為制造高性能航空發動機風扇、壓氣機輪盤和葉片等重要構件的首選材料。随着航空航天工業的不斷發展,钛合金工業作為起步較晚的新興工業得到了迅速發展,尤其是近幾年來,在中國市場的帶動下,國際钛合金的産量和市場需求量都經曆了一個高速發展期,全球近4年的钛産量翻了一翻。


钛冷卻器(Titanium Condenser),為制冷系統的機件,屬于钛換熱器的一種,能把氣體或蒸氣轉變成液體,将钛管中的熱量,以很快的方式,傳到钛管附近的空氣中。冷卻器工作過程是個放熱的過程,所以冷卻器溫度都是較高的。
發電廠要用許多冷卻器使渦輪機排出的蒸氣得到冷凝。在冷凍廠中用冷卻器來冷凝氨和氟利昂之類的制冷蒸氣。石油化學工業中用冷卻器使烴類及其他化學蒸氣冷凝。在蒸餾過程中,把蒸氣轉變成液态的裝置也稱為冷凝器。所有的冷卻器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉的。


钛管

钛和钛合金管的國内外生産及應用

全球钛材生産國主要有8個,根據産量排名依次是美國、俄羅斯、日本、中國、英國、法國、德國和意大利。近年來,受包括中國、日本在内的亞洲各國經濟增長的拉動,特别是以中國為核心的石化、軍工等行業用钛量的快速增長,世界钛材的需求量迅速增加。每年以兩位數的幅度增長。美國是世界上钛材需求第一大國。也是生産第一大國,2012年産量超過3.5萬噸;俄羅斯钛材産量居全球第2位,2012年産量在3.0萬t左右;中國2012年生産钛材約2.8萬t,且2013年有望突破3.0萬t;日本2012年的産量也達到了1.9萬t左右;歐洲近兩年钛材的産量變化不大。不過相比較發達國家在钛材的深加工及應用上的優勢,國内的钛材發展還比較粗放,多數還停留在原材料或粗品加工上,少量具有較高技術含量的成品主要應用于軍品中,由于成本等原因無法向民用領域大規模推廣。

在國外,如英國IMI公司研制的M1834合金、美國Timet公司研制的Ti-1100钛合金等钛合金系列均己成為先進航空發動機上的主要材料。TIMT公司的ExhaustXT合金、KoBE STEEL公司的Ti- 1.2ASN合金以及NIPPON STEEL公司的TI-lCu-0.5Nb合金等,由于室溫塑性和高溫抗氧化性能較好,已陸續應用于汽車排氣系統。

我國钛管、钛合金管在冷卻器領域的應用

目前我國經濟保持高速、健康發展,為國内钛工業的發展提供了良好的市場環境。國内化工用钛、電力用钛、海洋開發用钛、汽車業用钛、生物工程用钛等發展迅速,尤其是中國新近開展的大飛機計劃也極大地拉動了國内市場對钛材的需求,這些都成為國内钛工業發展的主要動力。這既是國内钛合金生産企業的一次巨大的發展機遇,同時也是對國内钛合金行業的一次嚴峻的挑戰,這都要求钛合金企業提高産品的技術含量、優化産業結構、提升自身的管理水平。相信中國的钛工業經過幾年的追趕後,能在全球钛工業領域内發揮越來越重要的作用。

钛合金管

國内外钛管冷卻器工藝

國外钛管高效空冷器的制造工藝大部分采用浸鋅工藝,由于沒有經過钛管與散熱片擴脹(過盈)結合,在钛管和散熱片之間的間隙較大,具有較大的傳熱熱阻,對比同樣的制造工藝,可知該種工藝的傳熱熱阻比内部擴脹的要大15~25%,也就是空冷卻器的傳熱系數要下降10~15%。

我國钛管、钛合金管在冷卻器領域的應用瓶頸

國外钛管與管闆之間的連接方式采用常規的脹接方式,脹接長度為管闆厚度的90%,則管闆的10%的長度是钛管和管闆有1mm的間隙,而該種結構應用于高鹽份、高水分的空氣環境中,對于管闆使用複合闆材料(降低産品的成本)的要求下,钛管與管闆之間易發生電化學腐蝕,導緻管闆發生點腐蝕,從而發生钛管與管闆之間的連接結構失效,而出現洩漏,使汽輪發電機出現故障。

該項目核電汽輪發電機空氣冷卻器的制造工藝及關鍵的工藝參數,國外目前處于保密階段,就是國外空冷器的中國獨資企業也沒有能力制造同類钛管空氣冷卻器。