引言

鈦材因其優(yōu)良的耐蝕性能、密度小、比強度大等特點被廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕紡(化纖)、濕法冶金、制藥、電力、海洋工程等領(lǐng)域。鈦制設(shè)備的應(yīng)用極大的減小了設(shè)備自重、減少了設(shè)備的停車檢修，達到降低維修費用的目的。但隨著鈦制設(shè)備的廣泛使用，發(fā)生的事故和暴露的問題也相應(yīng)增加，這些問題大多與防護設(shè)計不合理有關(guān)。因此，如果采取適當(dāng)?shù)姆雷o設(shè)計就能有效的減少事故，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行，不致于昂貴的鈦制設(shè)備過早的腐蝕或報廢失效。

1、鈦制化工設(shè)備的應(yīng)用及出現(xiàn)的問題

鈦制化工設(shè)備的主要應(yīng)用行業(yè)和所出現(xiàn)的問題情況見表1

2、鈦材選用

2.1選材和設(shè)計原則

鈦材在化工設(shè)備上的應(yīng)用，主要用到鈦的耐蝕性，其次考慮高比強度、無磁、記憶功能等特性。

設(shè)計者應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用條件、加工程度、壽命、成本、重量、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保等不同情況選用鈦及鈦合金材料，不能簡單的用鈦代替設(shè)備上已有材料。鈦制設(shè)備設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度、流速、設(shè)備的外形及幾何尺寸、操作情況等，經(jīng)濟、合理、可靠的選用不同結(jié)構(gòu)型式。一般來說，壓力、溫度低的小型容器，可用全鈦制，反之，可用復(fù)層結(jié)構(gòu)。除此之外還應(yīng)綜合考慮鈦材的焊接性能、導(dǎo)熱性能、應(yīng)力松弛性能、膨脹性能等，決定是否選用鈦材，以確定設(shè)計結(jié)構(gòu)。

2.2常用化工用鈦材的性能

化工設(shè)備常用鈦材的性能與使用范圍見下表2

2.3鈦材的使用范圍

2.3.1.鈦材可以在以下介質(zhì)中使用

硝酸鉻酸等氧化性介質(zhì)，醋酸、對苯二甲酸等大多數(shù)有機酸、尿素、海水、鹽類溶液、含氯離子含溴離子介質(zhì)、濕氯、稀堿、烯烴、油品。

2.3.2鈦材在下列介質(zhì)中有腐蝕，但加緩蝕劑或耐蝕鈦合金可以使用鹽酸、硫酸、高溫65％硝酸、磷酸、高溫高濃檸檬酸、草酸、葡糖酸、>10％甲酸、堿性溶液。

2.3.3鈦不能用于以下的環(huán)境

2.3.3.1濃度>98％或含>6％游離二氧化氮的發(fā)煙硝酸，避免引起自然爆炸(即使現(xiàn)場掛片試驗時，沒有燃燒現(xiàn)象)。

2.3.3.2氯氣中含水量(0.1％加.3％)的干氯氣(如國內(nèi)的鋼瓶氯氣，因鈦與干氯氣發(fā)生激烈的反應(yīng)，生成四氯化鈦，放出大量熱，有著火的危險)，當(dāng)處于高速轉(zhuǎn)動時，干氯氣的水含量應(yīng)提高到1.5％。

2.3.3.3液氧和某些氧分壓高的水溶液，因為鈦在液氧中有沖擊敏感性，如果鈦存在新鮮表面，在0.35Mpa壓力、室溫時就會自燃。對含有氫的腐蝕介質(zhì)，除了考慮介質(zhì)的腐蝕外，應(yīng)充分重視氫對鈦的危害性。鈦制設(shè)備要求避免受鐵的污染，很重要的一點是為了避免鈦的氫化作用。

2.3.3.4在氫氟酸、氟化物、醋酐、醛化液、濃堿、磷酸、草酸、不充氣的沸騰甲酸等環(huán)境中不能使用；在N204、液氧、>30％H202、含鹵化物的甲醇、<2％水>315OC的H2、液溴等環(huán)境中嚴(yán)禁使用。

2.4鈦制設(shè)備經(jīng)濟效益分析

鈦制化工設(shè)備的應(yīng)用有兩種情況。一種情況是，在某種腐蝕條件下，不銹鋼與鋁、銅等常用耐蝕金屬不能耐蝕，只有鈦才能耐蝕(鋯鉭等更貴重的金屬除外)，這時只能采用鈦制設(shè)備，不必與其他材料做經(jīng)濟上的比較。另一種情況是，在某種腐蝕條件下，可以用不銹鋼或其它常用金屬材料，但腐蝕率較高，使用壽命較短，而鈦的耐蝕性好，使用可靠性高，壽命長，這時需要對鈦和不銹鋼等材料在經(jīng)濟性上進行比較與分析，這是設(shè)計人員在化工設(shè)備應(yīng)用中必須認(rèn)真對待的問題。由于鈦優(yōu)良的耐蝕性、比強度高、比重小，按單位體積計算與不銹鋼價格相差不多，而且對鈦一般不留腐蝕余量，這就節(jié)省了材料的用量，以及有效避免了設(shè)備的停車檢修和降低了維修費用，具有長期安全穩(wěn)定的使用壽命。因此，得到越來越多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

鈦材與被取代材料的使用壽命對比見下表3

3、防護設(shè)計

鈦制化工設(shè)備的防腐蝕設(shè)計有著極其重要的意義，這就需要設(shè)計人員從材料選擇、經(jīng)濟效益、防腐技術(shù)(緩蝕劑、表面處理等)、加工方法(焊接、鑄鍛、熱處理等)強度校核和操作工藝等方面綜合考慮。除考慮到鈦的諸多優(yōu)點外也要認(rèn)識到鈦在某些方面的不足，例如熱導(dǎo)率小、熔點高、線膨脹系數(shù)小、彈性模量低、抗摩擦性能差、熔融鈦流動性大、鉆孔攻絲困難、抗蠕變性能差、焊接需氣體保護且焊接殘余應(yīng)力大等，在具體的設(shè)計時應(yīng)揚長避短，才能避免不必要的腐蝕與損傷。

常見的鈦設(shè)備的損壞類型與防護設(shè)計見表4

4、結(jié)語

縱觀我國設(shè)計、制造與使用鈦制設(shè)備的近40年里，在氯堿、化肥、化纖、無機合成、塑料、基本有機合成、精細化工等領(lǐng)域取得了巨大的成績，解決了許多長期困擾企業(yè)生產(chǎn)的腐蝕問題，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，但同時也出現(xiàn)了一些問題，這就需要我們依靠科學(xué)的防護設(shè)計，充分發(fā)揮鈦的特性和優(yōu)勢作用，提高設(shè)備可靠性與安全性，為鈦的推廣應(yīng)用和社會作出更大的貢獻。

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