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钛材换热器浅析

文档作者：刘学金家东文档来源： 1．哈尔滨锅炉厂有限责任公司 2．江苏核电有限公司		点击数：	更新时间： 2025年08月25日
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第5期
2015年9月
锅炉制造
B0ILER MANUFACTURING
No．5
Sep．2015
O
钛材换热器浅析
刘 学 ，金家东
(1．哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046；2．江苏核电有限公司，江苏连云港222000)
摘要：随着石油化工、海水淡化等行业和领域，由于工作条件的特殊性，对换热管的材质有着较高的要求，钛
材换热器凭借工业纯钛的各种优良性能，广泛应用于相关领域。本文主要介绍了钛材换热器在设计制造中主
要优势及注意事项，为钛材换热器的设计制造提供了借鉴，对未来钛材换热设备更广泛的应用及新产业开发
具有非常重要的意义。
关键词：换热器；管板；焊接；胀接
中图分类号：TK2 文献标识码：A 文章编号：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
钛材换热器是一种由优质钛制成的，将热
流体的部分热量传递给冷流体的换热设备。
钛材换热器凭借钛的优点，多用于石油化工、
海水淡化、核电工业等各领域中。目前国内换
热器所用的换热管多为碳钢管，部分核电领域
采用不锈钢管。碳钢管抗腐蚀能力比较差，一
般运行8年左右，前期投入比较小。而不锈钢
管的抗腐蚀能力比较强，可运行约20年，
于不锈钢抗氯腐蚀能力差，所以也不能满
关领域的使用要求。钛是一种耐
好的材质。钛管目前在冷凝器上
泛，效果也比较理想，所以可以尝
和石油化工换热器等领域上应用。
1 钛材的主要优点
腐蚀性
应用比
试在蒸
但由
足相
能较
较广
发器
钛材的纯度达到99％ 以上，其许用温度下限
收稿日期：2015—03—15
作者简介：刘 学(1980一)，男，长春人，工程师，2007年毕业于西安交通大学，在哈尔滨锅炉厂有限责任公司辅机容器设计处从事汽
轮机辅机设计开发工作。
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· 40· 锅炉制造 总第253期
增加钛管的刚性，避免振动。
3 钛材换热器的工艺
3．1 钛管板的选用及焊接
常规换热器多采用平板或碗形锻件结构，
钛材换热器管板可采用常规换热器的结构形
式。钛材管板主要分为纯钛和钛复合结构两
种，纯钛管板主要应用在所需管板厚度不大的
场合。由于钛锻件变形抗力大、锻造温度范围
小，所以应快速锻较好。钛复合结构主要操作
温度大于200℃ ，压力比较高的场合，通过提高
基材的强度来提高管板的许用应力值，降低管
板的厚度。
由于钛在焊接温度下化学活跃性很强，跟空
气中氧易形成致密稳定的氧化膜。在含氢的环境
中，氢扩散速度较快，温度不高时也很容易被钛吸
收，而产生氢脆。焊接时，应采用惰性气体保护焊
进行焊接。
3．2 换热管和管板的连接
换热管和管板的连接必须同时确保强度及密
封性的要求。换热管与管板的连接形式主要分为
胀接、焊接、胀焊并用。
1)胀接主要是采用机械胀、液压胀的方
法，使换热管其产生塑性变形，产生较大的应
力，管板孔受力产生弹性变形，管板孑L对换热
管产生一个由外向内的压缩力形成自增强，
以达到密封的目的。由于钛材具有冷蠕变特
性，使换热管和管板的胀接处易产生应力松
弛，导致换热管胀接失效，产生缝隙腐蚀，引
起泄露。
2)焊接是换热管与管板采用焊接的连接方
式，换热管壁厚一般在0．5～3 mm之间，所以焊
后不会产生较大的残余应力，在焊接时必须严格
控制焊接工艺，保证焊接质量。但在循环应力的
作用下，焊口极易产生疲劳裂纹，且不能完全避免
间隙腐蚀，所以制订可靠的焊接工艺方案，并结合
氦检漏和 检测。
3)胀焊并用结合了胀接和焊接的优点，适用
于密封性能要求较高的，承受振动或疲劳载荷，及
有间隙腐蚀的复合管板的场合。由于钛材本身是
一种活跃性极强的金属，因此，在钛材换热器的换
热管与管板的焊接中应采用惰性气体保护焊和液
压胀的方式。
换热管管口形状应采用翻边式结构，有利
于在钛管入口处形成流线形，降低介质的流
动阻力。为确保胀接质量，胀接必须保持合
适的胀度，欠胀不能保证的密封性，过胀易使
管子产生冷作硬化产生裂纹，影响换热管的
使用寿命。图4为换热管与管板胀焊并用示
意图。
堆焊层
管板
图4 换热管与管板胀焊并用
管
4 结束语
随着高强度、高效率的换热器不断发展，钛及
钛合金的冶炼、加工焊接技术的提高，钛材换热器
设计制造成本的降低，以及钛及钛合金综合性机
械性能、加工工艺性能和耐蚀性能的进一步完善，
钛材换热器将凭借优良的耐热强度、低温韧性和
断裂韧性性能，在各个行业中必将得到广泛的应
用。通过对钛材换热器的设计制造的介绍，让我
们对钛材换热器日后的设计制造提供了宝贵的经
验。
参考文献
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业出版社，1995．
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