钛设备在石油行业的应用:尿素不仅是优质肥料,也是石化工业的原料。自1963生产的衬钛尿素合成塔投产以来,目前已有近万台设备在全世界运行,钛复合管批发实践表明衬钛合成塔无明显腐蚀。而316L不锈钢的折算腐蚀速度为4.1—4.5mm/a。因此,钛比不锈钢具有更好的经济效益。除了衬钛尿素合成塔外,国内从70年代以来,先后使用了C02汽提塔、换热器、混合器和泵阀等。在含硫和盐高的原油炼制中,钛制设备是理想的。国外在常压蒸馏装置、污水处理设备、脱硫分离塔的冷凝器和汽提塔的散热器等许多工序都成功选用钛制设备多年。我国也已在该系统中采用铸钛海水泵、催化裂化分馏中的钛制冷凝器、深冷分离钛冷凝器和多孔钛板等,都已正常操作运行十年以上。氯化碳氢化合物是石化工业中常用的品种之一。由于涉及到氯化反应,不锈钢设备已难胜任。钛在国外已用于制造二氯甲烷蒸馏塔、三氯乙烷换热器、冷凝塔和分馏塔、三氯乙烯冷凝塔、四氯乙烯换热器和多氯盘管加热器。我国在氯乙烯生产中,冷却塔、废水汽提塔和废水贮罐的塔板支承架、接管、法兰密封面,采用了Ti-0.2Pd的衬里,已使用近十年未见腐蚀。而钛管道、接头和气体分布器等都已采用钛材多年。苯酚是石油化工的重要原料,以丙烯和苯为原料,从异丙苯和过氧化异丙酯中提取苯酚和丙酮是一种新的工艺。国外在十几年前就采用钛设备,我国此项工艺尚在开发之中。在旧工艺中,苯磺化碱溶液生产苯酚,钛复合管批发采用钛反应器、钛线圈冷却器和离子化氮化钛搅拌轴套及钛靶。
钛盘管中钛的10个性能:1.密度小,比强度高,钛的密度为4.51g/cm3,高于铝,低于钢、铜、镍。2.耐腐蚀性能,钛是一种很活跃的金属。其平衡电位很低,在介质中热腐蚀倾向很高。但实际上钛是非常稳定的,在氧化、中性、弱还原等各种介质中都具有耐腐蚀性。由于钛与氧具有很强的密和力,在含氧空气或含氧介质中,钛表面形成致密、强粘连的惰性氧化膜,可防止基体腐蚀。即使是机械磨损,也可以自我恢复或恢复。结果表明,钛是一种具有较强钝化倾向的金属,中温低于315c的氧化钛薄膜保持了这一特性。为了提高钛的耐腐蚀性研究了钛的氧化、电镀、等离子喷涂、离子渗氮、离子注入和激光处理等表面处理技术。钛复合管批发为了满足硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯和高温氯化物等金属材料的使用要求,研制开发了一系列抗腐蚀钛合金,如钛钼合金、钛钯和钛钼镍合金。钛铸件由钛32钼合金制成。在经常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境中局部使用Ti-0.3Mo-0.8Ni合金或Ti-0.2Pd合金,取得了良好的效果。3.耐热性能好,新型钛合金可在600℃或高温下长期使用。4.耐低温性能好,钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn),TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的减低而上升,但塑性变化却不大。在-196-253℃的低温下保持良好的延展性和韧性,避免金属的冷脆性,是低温容器、储罐等设备的理想材料。5.抗阻尼性能好,与钢和铜相比,钛在受到机械振动和电振动后具有更长的振动衰减时间。利用钛的这一性能可作音叉、学术上的粉碎机振动元件和音响扬声器的振动薄膜等。6.无磁性、无污质,钛是一种非磁性金属,在大磁场中不被磁化。无污染,与人体组织和血液相容性好,被学术界使用。7.抗拉强度与其屈服强度接近,这种性质表明,钛金属的屈服强度(拉伸强度/屈服强度)比很高,说明成形过程中钛金属的塑性变形很差。由于钛的屈服度与弹性模量比值大,使钛在成形过程中的回弹性变大。8.换热性能好,虽然钛金属的导热系数低于碳钢和铜,但由于钛复合管批发产品的优异的耐腐蚀性,其壁厚可以大大降低,表面与蒸汽之间的传热是凝结的,如果在表面冷却,就可以降低热群。由于表面没有结垢,钛的传热性能可以明显提高。9.弹性模量低,钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。10.吸气性能,钛是一种在高温下与许多元素和化合物反应的一种。钛吸气主要是指与碳,氢,氮,氧在高温下反应。
钛设备和钛管在使用中容易发生间隙腐蚀,特别是宽度在0.5mm左右的间隙容易发生腐蚀。换热器的管与钛管板之间常发生槽腐蚀,钛与非金属垫片之间的接触,此外,槽腐蚀在温度在120℃以上的饱和盐水中容易发生。防止裂纹腐蚀的措施有:(1)避免设备和管道上的裂纹和停滞区;钛复合管批发采用钛钯合金法兰焊环或钛垫片和钛复合垫片;换热用钛管与钛管板的连接采用强度膨胀和密封焊接;将饱和盐溶液的温度控制在70-85℃之间。钛棒及钛合金不能用于干氯气中,即使温度在0℃以下,也会发生剧烈的化学反应,生成四氯化钛,再分解为二氯化钛,甚至燃烧。氯中含水量在0.5%以上时,钛可以保持可靠的稳定性。钛复合管批发在生产中产生大量高温湿氯,温度为75~90℃,需要冷却和干燥。钛在离子膜烧碱生产设备中的主要应用有:阳极体系阳极槽、浓盐系统加热器、浓盐水泵、稀盐水泵、脱氯塔、稀盐水系统分配器、仪器和冷却器;次氯酸钠系统的冷却器、吸收塔和分离器;氯气处理系统的湿氯冷却器;盐水系统的液位计;破坏系统的换热器;碱液循环泵、碱液系统的碱液冷却器和上述系统的管道。
钛设备在化工中的应用例子:对苯二甲酸是工业上通过对二甲苯氧化合成聚酯的原料。乙酸和溴化物无论在高温氧化或低温氧化条件下都存在高温腐蚀,在135℃以上介质中,316L不锈钢经几十小时即发生点蚀。故设计规范规定在135℃以上必须使用钛材。北京石化总厂引进了一整套钛设备,包括16个氧化反应器、溶剂脱水塔、加热器、冷凝器和再沸器。南京扬子石化公司引进年产45万吨对苯二甲酸装置,有56台钛设备和大量钛管道阀门。上海石化总厂引进的氧化反应釜高32m,上直径4m,下直径5.3m,容积为505m,设备自重达175t。钛的使用效果非常好,推广应用前景广阔。乙醛氧化为乙醛,乙醛氧化为乙酸,丙烯氧化为丙酮,除原料及产物有一定的腐蚀性外,主要腐蚀介质为催化剂,其中钛复合管批发生产的不锈钢腐蚀速度较快,钛则具有较好的耐蚀性。早在1963年,钛就在美国成功地应用于乙烯氧化制乙醛。我国的乙烯氧化制乙醛装置已于1976年投入使用,至今钛设备的运行情况良好。在国外,有衬钛反应器高达9.6米,直径3米,有换热器,催化剂再生塔,乙醛溶液冷却器等11个钛设备。中国自20世纪80年代以来,上海和吉林分别引进了国外乙烯氧化乙醛的成套设备,其中许多设备和泵阀等由钛制成。与不锈钢相比,它们具有明显的优势,钛复合管批发使用效果非常令人满意。丙烯氧化成丙酮设计,钛设备有12台,每年生产3万吨丙酮装置,钛设备可达40吨。
钛管在哪些领域遇到了瓶颈?我国钛复合管批发生产的钛管、钛合金管在冷却器领域的应用瓶颈,国外钛管与管板之间的连接采用常规的膨胀接头,膨胀接头长度为管板厚度的90%,管板长度的10%为钛管与管板的1mm间隙,这种结构用于高盐、高湿空气环境,管板采用复合材料(降低产品成本),钛管与管板容易发生电化学腐蚀,从而导致管板腐蚀,从而导致钛管与管板的连接失效,以及漏水、涡轮发电机故障。钛复合管批发的该项目核电动轮发电机空气冷却器的制造技术和重要技术参数,国外目前处于保密阶段,国外空气冷却器中国独资企业也无法制造同类钛管空气冷却器。
钛复合管批发生产的钛是活性很高的金属,其活性随着温度的升高而提高。钛及其合金在空气或含氧气氛中受热时与氧气一起作用。当加热到428℃以下时,形成保护性氧化膜。当温度升高时,氧化膜的厚度增加。当温度高于538℃时,氧化膜开始失去保护作用,氧气通过膜扩散到金属中,形成明显的气体渗透层。如果高于815c,钛表面形成一个松散的氧化层。当前,我国经济保持高速健康发展,为我国钛产业发展提供了良好的市场环境。我国化工、电力、海洋开发、汽车工业、生物工程用钛发展迅速。特别是中国新推出的大型飞机项目,极大地拉动了国内市场对钛的需求,成为国内钛产业发展的主要动力。这是国内钛合金生产企业的巨大发展机遇,也是国内钛合金行业的严峻挑战,要求钛合金企业提高产品技术含量,优化产业结构,提高钛复合管批发的管理水平。相信中国的钛工业经过几年的追赶后,能在全球钛工业领域内发挥越来越重要的作用。