引言

薄壁卷焊鈦管是利用TIG 自動卷焊技術(shù)制作的傳熱管，TA2工業(yè)純鈦耐腐蝕性較強(qiáng)，具有較高強(qiáng)度和塑韌性。目前海水淡化工程中的鈦焊管厚度通常是0.5mm，不易滿足海水淡化工作對于材料的基本控制要求，因此有必要深入分析0.4mm 薄壁卷焊鈦管耐蝕性和傳熱性，為其規(guī)模化生產(chǎn)與推廣奠定基礎(chǔ)。

1、性能測試過程

薄壁卷焊鈦管主要生產(chǎn)流程包含鈦帶、分條、卷接帶、矯平、氬弧焊、定徑校形、鎢電極氬弧焊、冷卻、切斷、矯直、性能測試、包裝入庫等內(nèi)容。在對其性能進(jìn)行測試時(shí)，主要依據(jù)GB/T 3625-2007 標(biāo)準(zhǔn)要求開展工作，針對 腐蝕、導(dǎo)熱、應(yīng)力等要素完成性能測試和分析，其主要過程如下：

1.1 測試設(shè)備和材料

本課題采用的設(shè)備包含自動卷管機(jī)、鎢極氬弧焊自動焊管機(jī)（其型號是GP-TIG500Pcw）、焊后熱處理設(shè)備[1]。同時(shí)，多效低溫蒸餾海水淡化中試平臺包含1 效冷凝器和7 效水平管降膜蒸發(fā)器，其相互串聯(lián)構(gòu)成測試系統(tǒng)。其中，冷凝器蒸發(fā)溫度是48℃，7 效蒸發(fā)器的溫度分別是69℃、66℃、63℃、60℃、57℃、54℃、51℃。7 效蒸發(fā)器操作壓力分別是29.88kPa、26.13kPa、22.88kPa、19.91kPa、17.33kPa、15.00kPa、12.98kPa。本課題中實(shí)驗(yàn)材料是TA2工業(yè)純鈦卷焊鈦管，其規(guī)格是φ22×φ0.4mm。對比材料是TA2海 水淡化用無縫鈦管，其規(guī)格是φ22×φ0.5mm，焊縫寬度設(shè)置為2mm。

1.2 測試過程

1.2.1 耐腐蝕測試

本課題主要借助失重法，利用上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備針對薄壁卷焊鈦管完成耐腐蝕測試，分析產(chǎn)熱管的腐蝕質(zhì)量變化速率。

同時(shí)，將該數(shù)值和無縫鈦管耐腐蝕性進(jìn)行比對（規(guī)格為φ22×φ0.5mm），其測試過程如下：

首先，將無縫鈦管、薄壁卷焊切割為長度是15cm 的掛片試樣，借助砂紙將其棱角打磨光滑。完成編號，測量其外徑、長度和尺寸。其次，對材料進(jìn)行清洗、除油、沖洗，待其完全干燥后，借助精度是0.01mg 的MS105 分析天平完成承重操作。在蒸發(fā)器和冷凝器頂層區(qū)域選擇放樣點(diǎn)，保證樣品管不會與其他金屬直接接觸，同時(shí)還可以被液膜覆蓋，防止測試階段因出現(xiàn)電偶腐蝕問題對性能分析造成不良影響[2]。

最后，在安放樣品后確保系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行30 天，在30 天后取出試樣測量其質(zhì)量損失，得出材料耐腐蝕性能的分析結(jié)果。

1.2.2 傳熱測試

借助濃度是3%的氨基磺酸溶液清洗鈦管試樣，將蒸發(fā)器傳熱管替換為薄壁卷焊鈦管，開展傳熱性能測試。當(dāng)將中試裝置調(diào)整至預(yù)定工況后，每間隔3 小時(shí)收集蒸發(fā)器的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。如動力蒸汽流量、凝結(jié)水流量、進(jìn)料量、二效管程凝液量，通過傳熱速率計(jì)算公式獲取總傳熱系數(shù)。此外，針對兩種管材開展拉伸試驗(yàn)，借助萬能試驗(yàn)機(jī)對基本力學(xué)性能完成分析和數(shù)據(jù)采集操作。

2、性能測試結(jié)果分析

2.1 年均材料腐蝕速率

海水淡化工程中分析蒸發(fā)傳熱管的實(shí)際腐蝕速率需要收集材料單位腐蝕深度，即Va。其中，年均腐蝕速率Va 和質(zhì)量損失腐蝕速率Vc 間的實(shí)際換算關(guān)系式是：

在該式子中，Va 單位是mm/a，Vc 單位是g/(m2·h)；m0 是腐蝕前的試樣實(shí)際重量，單位是g；m1 是腐蝕后試樣的實(shí)際重量，單位是g；S 是試樣材料在溶液內(nèi)的表面積，單位是m2；t 是腐蝕時(shí)間（h）。

借助多效低溫蒸餾淡化環(huán)境開展動態(tài)腐蝕測試，30天后可以得出試樣的年均腐蝕速率，完成曲線繪制。

經(jīng)過測試可以得出，薄壁卷焊鈦管與無縫鈦鋼的腐蝕速率幾乎一致，其年均最大腐蝕速率是0.00026mm/a。因此，多效低溫蒸餾淡化環(huán)境中薄壁卷焊鈦管與無縫鈦鋼耐腐蝕性能基本相同，均具有較強(qiáng)能力，在蒸發(fā)器的焊縫位置和樣管表面沒有點(diǎn)蝕、腐蝕問題。且材料在濃海水高濕高溫的腐蝕環(huán)境內(nèi)或蒸發(fā)降膜噴淋沖刷環(huán)境內(nèi)，焊縫位置無腐蝕情況，因此薄壁卷焊鈦管適用于推廣和應(yīng)用，可以極大程度地節(jié)省鈦材的使用量。在使用材料開展海水淡化工程時(shí)，滿足海水鹽霧、降膜流動沖刷的要求。

2.2 傳熱系數(shù)

借助薄壁卷焊鈦管組成的蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)計(jì)算公式為：Q=K×A× t。在該公式中，K 是降膜蒸發(fā)的總傳熱系數(shù)，單位是W/(m2·h·℃)；Q 是傳熱速率，單位是W/s；A 是降膜蒸發(fā)的傳熱總面積，單位是m2； t 是降膜蒸發(fā)的傳熱溫度差。在實(shí)際測量階段，需要結(jié)合濃水流量、進(jìn)料量、動力蒸汽流量、凝結(jié)水流量等指標(biāo)，記錄殼程和管程的溫度和壓力，得出相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)。借助傳熱基本公式可以計(jì)算出蒸發(fā)器的實(shí)際總傳熱系數(shù)，壓力、流量、溫度等均需要利用管路和裝置中的儀表得出，借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠獲取傳熱系數(shù)平均值。

當(dāng)蒸發(fā)器蒸發(fā)溫度是69℃、傳熱溫度差是3.0℃時(shí)，薄壁卷焊鈦管傳熱系數(shù)變化過程共分為兩種狀態(tài)，即誘導(dǎo)階段和穩(wěn)定階段。原因是受到傳熱管內(nèi)壁污垢特性的影響，誘導(dǎo)階段薄壁卷焊鈦管傳熱管內(nèi)污垢成核速度較慢，具有脫除效應(yīng)，但微小晶核會對邊界層產(chǎn)生破壞和干擾作用，使得材料誘導(dǎo)階段總傳熱系數(shù)較大。當(dāng)誘導(dǎo)階段完成后，傳熱管道內(nèi)部污 垢會逐漸增加，晶核數(shù)量增多，使其覆蓋在換熱面，降低了產(chǎn)熱系數(shù)，增加了污垢的熱阻。若剝蝕和沉積模式達(dá)到一定平衡后，材料的總傳熱系數(shù)會趨于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)其穩(wěn)定后系數(shù)會超過3400W/(m2·K)。

2.3 管材其他性能分析

第一，當(dāng)拉伸速率逐漸提升，薄壁卷焊鈦管的抗拉強(qiáng)度提高，伸長率逐漸下降。同時(shí)，材料管壁中粒徑尺寸和抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)，前者尺寸越小則后者強(qiáng)度越大，因此管材自身成型能力較強(qiáng)。第二，管材硬化指數(shù)n 主要可以判斷材料的均勻變形情況，是關(guān)鍵的性能成形分析指標(biāo)。若n 越大則材料的實(shí)際應(yīng)變能力越強(qiáng)，其抗腐蝕、斷裂、起皺的水平越高。經(jīng)過分析得出，鈦管的硬化指數(shù)與拉伸速率成反比，因此材料的抗失穩(wěn)水平較高，對于后續(xù)海水淡化工程具有較強(qiáng)的支撐作用。第三，應(yīng)變速率敏感度。該系數(shù)是分析材料成形情況的關(guān)鍵數(shù)值，越大其成能力強(qiáng)。材料變量 形情況的關(guān)鍵數(shù)值，越大其成能力強(qiáng)。材料變量 形情況的關(guān)鍵數(shù)值，越大其成能力強(qiáng)。材料變量 大，其敏感度較小無法控制管材失穩(wěn) 大，其敏感度較小無法控制管材失穩(wěn) 大，其敏感度較小無法控制管材失穩(wěn) 缺陷情況。經(jīng)過分析 缺陷情況。經(jīng)過分析 得出 薄壁卷焊鈦管 變形量較小，敏感度大在投入使用后 變形量較小，敏感度大在投入使用后 變形量較小，敏感度大在投入使用后 可以提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.4 材料經(jīng)濟(jì)性 材料經(jīng)濟(jì)性

薄壁卷焊鈦管 在生產(chǎn)階段主要選擇高質(zhì)量鈦帶，借助鎢 在生產(chǎn)階段主要選擇高質(zhì)量鈦帶，借助鎢 極氬弧焊技術(shù)完成卷加工，其主要優(yōu)勢在于化簡鈦管的實(shí) 極氬弧焊技術(shù)完成卷加工，其主要優(yōu)勢在于化簡鈦管的實(shí) 際生產(chǎn)流程，節(jié)約傳熱管的制造加工成本。經(jīng)過計(jì)算可以得 際生產(chǎn)流程，節(jié)約傳熱管的制造加工成本。經(jīng)過計(jì)算可以得 際生產(chǎn)流程，節(jié)約傳熱管的制造加工成本。經(jīng)過計(jì)算可以得 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應(yīng)用卷焊工藝較于軋制材 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應(yīng)用卷焊工藝較于軋制材 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應(yīng)用卷焊工藝較于軋制材 料能夠節(jié)約10%的成本。若應(yīng)用并推廣壁厚為 的成本。若應(yīng)用并推廣壁厚為0.4mm的薄壁 卷焊鈦管 可以極大程度地節(jié)省海水淡化工中鈦材的使用 可以極大程度地節(jié)省海水淡化工中鈦材的使用 量，其傳熱面積相較于依托 量，其傳熱面積相較于依托 GB/T 3625-2007質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的φ 0.5mm厚鈦管約節(jié)省了 20%。例如，對于 1萬 t/d的多效低 溫蒸餾海水淡化工程，使用型號是φ 22 ×φ0.4mm的薄壁卷 焊鈦管與φ 22 ×φ 0.5標(biāo)準(zhǔn)的無縫鈦管在投資成本方面標(biāo)準(zhǔn)的 無縫鈦管在投資成本方面對比如下：前者材料用量 45.4噸，后者為56.77噸材料價(jià)16.2萬元每噸，后者18.0萬元每噸。因此，若產(chǎn)熱面積相同，使用厚度是0.4mm的厚薄壁鈦管材料可以節(jié)省 25% 的投資成本，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

3、結(jié)論

綜上所述，通過對薄壁卷焊鈦管 完成耐腐蝕測試后得出， 其年均腐蝕速率大約為 0.00026mm/a ，其傳熱系數(shù)是 ，其傳熱系數(shù)是 ，其傳熱系數(shù)是3400W/（m2·K），為后續(xù)海水淡化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，該材料加工，為后續(xù)海水淡化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，該材料加工成本相較于無縫管低 10%，若傳熱能力相同，應(yīng)用薄壁焊鈦管可以節(jié)省 20%的鈦材，為其規(guī)模化生產(chǎn)與推廣提的鈦材，為其規(guī)模化生產(chǎn)與推廣提供支持。

參考文獻(xiàn)

[1]侯如山 ,張小萍 ,繆紅建 .海水淡化整體式板片設(shè)計(jì)及仿 海水淡化整體式板片設(shè)計(jì)及仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 ,2020(8):99 -102.

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