微信公众号：晨源钛业 宝鸡晨源金属以“聚焦世界高端钛材应用领

　　由于钛在氧化性氯化物环境中具有优异的耐蚀性，其在化学加工业(CPL）中首先得到了应用，如作为氯一碱电解槽、湿氯气冷却器和泵、造纸厂的二氧化氯漂白设施，以及金属矿物酸浸用的压力反应器内部构件。目前钛在许多应用中都有超过25年的历史，包括化工厂、精炼厂、氯和氯化工制品生产厂、造纸厂、盐厂中使用的换热器、反应堆容器和蒸馏塔。

　　钛的特性

　　表l列出了CPI中的钛合金应用(Grauman,1998)。表中的材料都具有*基本的在氯化物介质中的耐蚀性，包括对一般的腐蚀、点蚀和应力腐蚀断裂的耐蚀性，各材料都被UNS或ASTM认可。根据美国的使用惯例，以下的钛材料都按ASTM等级命名。

　　耐腐蚀性

　　钛在CPI中大多数的应用都是利用了其在一般的有机或无机媒介中出色的耐蚀性，尤其是对含有氯的介质的耐蚀性。钛在所有温度达85℃~90℃的近中性氯盐水中都能耐一般腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀和SCC。而一些性能提高的等级的钛可将耐蚀温度提高到300℃或更高。钛的耐蚀性主要取决于它在空气或水中自然形成的很薄的氧化膜。

　　只要这种氧化膜保持钝态，则钛的腐蚀速率可忽略不计。然而，一旦其不稳定时，腐蚀就迅速产生。因此，了解氧化膜的稳定区是十分重要的。

　　钛对所有温度超过600℃时的冷却塔和高纯水的腐蚀都具有免疫性。这包括海水和盐水这些对一般工程材料*具腐蚀作用的环境。在这些环境中，像金属离子、硫化物、硫酸盐和碳酸盐这类杂质不会影响钛的钝化性。

　　除采取金属合金化外，其它能有效提高钛的耐腐蚀性的技术是在工业介质液流中加入氧化性的各种离子。少量(10-6级)的某些多化合价的过渡金属离子及其它种类，例如卤素、硝酸盐、氯氧阴离子和某些有机化合物能对钛的腐蚀速率产生很大的影响。例如，在沸腾的3％HCl中加入100x10-6Fe3+，Gr．2钛的腐蚀速率从大约800mpy降低到1mpy。于是人们经常在某些能使钛迅速腐蚀的纯工业液流中加入适量的抑制剂。

　　缝隙腐蚀是钛在大多数CPI应用中材料选择的一个限制因素。若氯化物浓度超过钛的阈值标准，即1000x10-6，则盐水化学反应是第二个应考虑的问题，如图2所示，CP钛在温度约80℃以上，pH下降到9以下时出现缝隙腐蚀。Gr.2可将阈值pH降到3。Gr.7和11(Ti15Pd)表现出极强的抗缝隙腐蚀能力，甚至适用于盐水pH值下降至1的*强腐蚀性环境中。做为降低成本的一种选择，如Gr.16和26可提供与Gr.7相当的缝隙腐蚀性能。

　　有了这些等级的合金，可使设计工程师在认为有缝隙腐蚀可能性时更方便地进行选择，而不用担心成本增加太多。Gr.12可用于耐腐蚀性和强度要求比工业纯钛都略高一些的应用中。不仅可选择合金，还有更多的选择方法，如混合使用各等级的材料(仅在易引起腐蚀的区域，如焊接点和法兰面使用更耐蚀和成本高的等级)、垫片的选择以及过程的完善。

　　通过对现场和实验室的结果进行评审，明确地提出了对所有地热盐水环境有出色耐蚀性的钛合金。评估结果表明，这些用于各种实用目的的钛合金对一般的腐蚀和应力腐蚀断裂具有免疫性，而不受溶液中氯化物的含量以及温度的影响。另外，它们在高速率地热盐水／蒸汽液中的耐侵蚀腐蚀性极好。

　　所有的钛合金对地热环境中的局部侵蚀都表现出了良好的耐蚀性。然而，CP钛和Ti-6AI-4V合金在高温特咸盐水中的沉积缝隙腐蚀局限性是明显的。只是在Salton海特咸盐水中的CP钛发生了缝隙腐蚀。而Gr.12钛和Ti-Pd合金在各种情况下包括在腐蚀性的Salton海水中都能抵抗氯化物的缝隙腐蚀和点蚀。

　　经济性

　　表2是各种等级钛之间的相对成本的比较。这只是作为一种粗略的指标，因为产品形式和加工成本的不同会大大影响这些数据。一般来说，Gr.2钛的成本与6-Mo超奥氏体不锈钢的相当(±10)。

　　当计算总的加工设备成本(材料、生产和安装)时，通常是较高的钛材料采购成本已分摊到其它有关成本中。图3显示的是化工用容器的成本数据，将钛与不锈钢和其它高性能材料进行了比较。

　　显然，钛可与其它用于化工中的金属进行竞争。钛可总是被认为是用于加工设备的几种候选材料之一，而不需要事先注明哪种材料是*有成本竞争力的。这使工程人员在初始设计时更有灵活性。

　　1哪里使用钛

　　从性能、维修、成本和安全等多因素来看，钛合金当然是地热系统零件的可行候选材料，尤其是用于普通不锈钢不可用的环境中。

　　当氯化物指标超过5000x 10-6，温度大于100℃时，选用钛的机率就大大提高。当有氧侵蚀可能性时，钛合金就成为地热系统中*优先的可选材料，因为热、氧化性氯化条件能引起不锈钢和镍基合金的局部侵蚀。在盐井再注入、盐水加工、系统渗漏、设备停工期间都可发生氧的侵蚀。

　　对表面直接暴露在超咸地热盐水中的设备来说显然钛为*佳选择。这包括关键的水源元件，如阀、计量器(表)、管和封井器。对整个地热系统来说，暴露在两相盐水中的关键元件包括涡轮机零件(叶浆、转子、密封和覆盖物)、扩张管、阀、文氏管、汽水分离器元件和大气压冷凝器。直接二元周期地热系统要求二元换热器管能抵抗各种形式的腐蚀。这些系统还包括盐水再注入泵，关键元件如叶轮、轴和密封。

　　在闪蒸发地热系统中也适合使用钛合金。不仅包括直接暴露于地热盐水中的设备，如各级分离器(闪蒸槽)元件，还包括一些下游设备。

　　多级闪蒸系统通常包括盐水加工设备，例如蒸发器或结晶器，以防止下游分离器和相关的管道结垢。这些都是容易出现问题的区域，如盐水浓度的影响以及空气的进入管等，应考虑使用钛。

　　2地热盐水井管道

　　Gr.29合金曾被选用做地热盐水井管线就是因其具有对热氯化物的耐蚀性。当盐水中的总溶解固体(TDS)超过100x10-3，盐水pH值小于或等于4，且／或钻孔温度超过230℃时适合使用钛合金。公布的腐蚀数据表明，Ru强化的合金能在温度高达330℃，pH低至2.3的自然充气或全脱气的富NaCl盐水中抵抗局部侵蚀和应力腐蚀。

　　当今能源工业中*杰出的例子是在加利福尼亚南部Salton海地热盐井中使用的Ti-6-4-Ru合金，表现出了良好的性能和经济性。自20世纪90年代以来，已有超过450吨的Gr.29钛热轧无缝管被用于盐水生产和再注入井中。在应用实例中，使用Gr.29制的螺纹耦合管线很经济地替代了厚钢和挤压Ti.／Pd管，这主要是基于以下原因：

　　◎Gr.29管线寿命可达15年以上，因而能被充**性固定。

　　◎可减少维修成本如，每18个月左右更换钢管、钻机的使用以及相关的生产停工等。同时节约了与重金属相关的附加成本以及对腐蚀的钢管线的放射性除鳞及处理的成本。

　　◎减少了钢管修复过程中的成型损坏、管线分割等潜在的风险。

　　◎减少了在富铁硅酸盐起鳞时井钻孔造成的堵塞，尤其是在闪蒸和盐水再注入之后，受到钢腐蚀物(如铁离子)的侵蚀。减少顶部盐水酸化，有效抑制盐水再注入时硅酸盐起鳞。

　　Gr.29可能是**在菲律宾实际使用的用于高温(2.3)的地热盐水井发电的管材料，具有完全的耐蚀性和经济性。

　　总结

　　钛在化工中的应用已有近40年，是一种成熟的工程材料。大量的技术文献和工厂实践表明，在化工中使用的钛设备能降低总的停机检修时间，具有*低的寿命周期成本。这种共识正在地热工业中形成，Gr.29井管在美国Sat-ton海中的使用，为地热设施的发展树立了一个良好的应用实例。

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