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一、前 言
钛属贵金属,比重为4.5g/ cm3 ,强度与普通钢相当,来源较为丰富,储量仅次于铝、铁、镁。由于钛表面上易形成性能稳定的氧化膜,它耐腐蚀性能好,如它耐海水腐蚀能力与铂相同,加之它的金属离子不易流失,不产生磁性,加工性能好,所以它可广泛用于原子能、宇航、食品、化工、表面处理等行业中。在日本,大部分钛用于换热器之中。
二、钛换热器的市场状况
钛换热器可用做核电厂的冷凝器,养鱼的水槽、货车、集装箱、水族馆、海水浴池、船舶用冷暖设备及发动机冷却系流中的温度控制设备。也可用于以防腐为主要目的的领域,如海水利用及表面处理行业。还可用于机床、压延、拔丝、水泵、电机等领域或设备的冷却系统中。
此外,利用钛金属离子不流失这一特点,钛换热器还适用于食品、酿造、啤酒、饮料、无土栽培、制药、化妆品及化工行业中。在环保领域,如废气冷凝回收,污染物(溶剂) 回收等方面也有用武之地。
三、钛换热器特性
钛换热器具有如下一些优良特性:
1 优良的耐腐蚀特性
因钛材料表面易形成一层性能稳定的致密氧化钛膜,而且即使破坏也能立即重新形成,因此它抗腐蚀能力强。
2 金属表面光滑
因其表面光滑,换热流体流速损失及压力损失均少,同时污物及沉淀也不易积存在换热器内,从而可提高换热效率。
3 换热管可采用薄壁管
因钛材料具有优良防腐特性,因此应用时可用壁厚达0.3～0.6mm 的薄壁管,这样既能提高换热能力又能减少换热器的体积。
4 钛离子不流失
因钛离子不易流失,所以可充分利用这种非磁性特点,用做制药及食品行业中的换热器。
5 运行成本低
由于钛的抗腐蚀能力强,所以其换热器的使用寿命长,并且在使用中维护费用也少。此外,因其具有体积小,换热能力大等优点,相关设备(如泵) 的投资及运行费用也相应减少。
四、钛螺旋波纹管式换热器特性
该型换热器是由日本公司首创的。钛螺旋波纹管按螺旋波纹的深浅程度分两种:一种是深波纹式,它是经深拉伸挤压方法成形的,管呈柔性状态;另一种是浅波纹管式,它可代替普通列管式换热器的直管,其形状如下图所示。该管与普通螺旋波纹管不一样,它不是在整个管上均形成螺旋波纹,而是在两端部及中间待安隔板部分仍保留直管状,以便在该部位焊端板及隔板。
1 钛螺旋波纹管与直管特性对比
(1) 钛螺旋波纹管传热面积增加1.1～1.6倍。
(2) 螺旋波纹管可使流体流动状态变成不规则运动,从而可增加流体与管壁接触速度,并产生强制性传热效果(即紊流效应) ,提高换热效率(为直管式的3 倍) ,同时还可减少污物及残渣在管壁的残留量(即具有自清洁作用) 。
(3) 螺旋波纹管的耐内压强度比直管大,压力损失与直管相当。
2 钛螺旋波纹管式换热器与直管式换热器特性对比
(1) 形状 在相同换热能力条件下,两种换热器的容量比约为1∶10 ,长度比约为1∶3 ;
(2) 换热效率维持能力 螺旋波纹管式换热器因管壁不易积存污物及残渣,所以长期使用后其换热效率降低很小。
(3) 成本 在进行整体设计时,选用螺旋波纹管式换热器后,就可选用较小的相关设备,从而降低电力的消耗,达到减少运行成本的目的。
五、钛螺旋波纹管式换热器的种类及用途
1 列管型换热器
这是一种应用最多的换热器。它可在高、低压力及高、低温度工作条件下稳定高效工作。其结构同普通列管式换热器相同,只是其螺旋波纹管在与管板、隔板相接处应为直管状。该类换热器用途很广,可用于冷却、加热、凝结方面,如用于海水、温泉、表面处理、制药、制油、食品、蒸馏水、纯水、余热利用等领域。
2 双管型换热器
该类换热器采用双管式换热管。该换热器由外螺旋波纹套管及与其同心安装的内螺旋波纹换热软管组成。其内柔性软管在与外套管相连部分是直管段,端部采用钨极隋性气体保护焊焊上接头,并用特氟隆密封件联紧。该换热器特点是换热效率高,柔性管越长,换热速度越快,进出口温差越大。它可用作海水、食品、制油、蒸馏水、纯水行业的温度控制及快速加热或冷却装置。
3 线圈型换热器
该换热器采用把柔性换热管弯曲成线圈状并装入圆形容器中的结构,其换热管可为一束管。一般情况下,柔性管内通入高温高压流体。由于该换热器体积小占地少,特别适于在轮船上使用。其中全钛式换热器已是目前轮船必备设备。
4 投入式换热器
该换热器可根据需求制成各种形状。其换热管按要求加工成各种弯曲形状,直接放置在各种罐及容器的侧壁或底部,对容器内流体加热或冷却。当换热管采用柔性软管时,它可放置在各种复杂形状容器内。而用普通刚性的螺旋波纹管时,适于对蒸汽、冷水、温水等介质进行换热。
该换热器特点是使用、安装、更换很方便,并且不存在普通固定安装式换热器因要定期清理结垢不得不停止运行等问题。它适用于对清洁、卫生条件要求严格的行业中,如食品、表面处理、制油行业。
5 特种换热器
这里仅介绍一种专门起冷凝作用的换热器。它类似于上述线圈式换热器。其柔性管内通致冷剂(如冷水等) ,管外通湿润气体,通过换热,起到对气体冷凝及干燥作用。该换热器具有体积小,可快速控制湿润气体温度等优点,它适于溶剂及废弃液回收和干燥系统。
六、结束语
目前,换热器所用材质大部分为铜、铁、铝及不锈钢等,其使用寿命(除特殊外) 仅几年,特别是随着大气污染、地下水及河水等水质恶化,加剧了换热器的腐蚀,进一步降低使用寿命。由于换热器应用领域越来越广,各种特殊要求部门日益增多(如要求小型化,要求换热器不产生金属离子等) ,这无疑为钛换热器的推广应用提供了良好条件。
钛换热器最早用于海水利用领域,随着钛螺旋波纹管式换热器的出现,其应用范围将日益扩大。可以预计,这种换热器在海水、温泉、食品、蒸馏水、超纯水制造,各种氧化气体,医用气体及化工气体等的温度控制和气变液、液变气、气液分离等部门的应用前景将是十分广阔的。
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