钛材压力容器在多个工业领域中具有广泛应用,其特点、应用场景、制造及检验要点如下:
一、特点
- 材料特性:钛具有低密度、重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱等特点。钛离子不易流失,具有非磁性,适用于制药及食品行业。
- 适用温度范围:钛材压力容器设计温度一般不高于315℃,钛—钢复合板设计温度不高于350℃。纯钛适宜工作温度低于250℃,钛衬里低于200℃。在氧化气氛中,全工业纯钛设备使用温度可高一些,但不宜超过450℃。
- 安全注意事项:钛在某些条件下会发生氢脆、缝隙腐蚀、应力腐蚀、自燃爆炸等安全问题。例如,钛不能用于高浓度(>98%)硝酸或高游离二氧化氮(>6%)的发烟硝酸,不能用于水含量为0.1%~0.3%的干氯气,在液氧中有冲击、摩擦敏感性,钛表面受铁污染会促进氢扩散,加速吸氢造成氢脆危险。
二、应用场景
- 石油化工:用于塔器、反应釜、搅拌器、过滤器、各种形式的换热器(固定管板式、U型管式、盘管、板式、螺旋板式等)、泵和阀等设备。
- 制药行业:利用钛的非磁性和耐腐蚀性,用于制药反应釜等设备。
- 食品行业:适用于食品加工中的反应釜等设备。
- 其他行业:在橡胶、农药、染料、合成化工、航空、冶金、电子等行业也有应用,如氯碱工业的金属阳极电解槽、离子膜电解槽等,纯碱工业的平板换热器、伞板换热器等,农药生产的六六六合成液冷却器、氯化斧内冷却蛇管等。
三、制造要点
- 选材:在氧化性介质中,应选用工业纯钛。对板式换热器,应选用强度较低但冷成形性*好的TA1钛板材;对管式热交换器,管材应用强度、塑性、可焊性居中的TA2钛材,而管板则用强度较高的TA3钛材;钛容器常根据强度与可焊性的要求选择TA2或TA3钛材。在非氧化介质(中性或还原性介质)中,则宜选用耐蚀钛合金。例如,在易发生缝隙腐蚀的条件(高温、高浓度氯化物)下,部件*好选用TA9(Ti-0.2Pd)合金或TA10(Ti-0.3MO-0.8Ni)合金;在高温高浓度的硝酸介质(强还原性介质)中,则需选用Ti-5Ta型合金;而在高浓度的硫酸介质中,则宜选用Ti-32Mo合金。
- 加工:钛材在剪切过程中易产生塑性变形,温度过高时容易与空气中的氧、氮等反应,产生加工硬化,降低防腐蚀性能,因此常选用水下切割的方法。钢板卷制过程中,由于钛-钢复合板界面存有一定的应力,叠加卷制产生的剪切应力,将面临巨大的剥离风险,因此*采用特殊的卷制方法,如使用合适的预弯模版进行板端预弯,卷板一次压下量不宜过大,尽可能减少筒体找圆次数等。钛封头应尽量采用热成形,因为钛的屈强比较大,屈服极限与弹性模量的比值也较大,在封头成形时,内部存在较大应力。
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焊接:
- 焊接接头的坡口面*采用机械方法施工。
- 焊接材料*进行除氢和严格的清洁处理。
- 承担焊接接头组对的操作人员,*戴清洁的手套,不得触摸坡口及其两侧附近区域,严禁用铁器敲打钛板表面及坡口。
- 焊接用氩气和氦气的纯度不低于99.99%,露点应不高于零下50℃。
- 钛材焊接前,应对坡口及两侧25mm范围内进行严格的机械清理和脱脂处理。
- 应采取有效措施避免在焊接时造成钢与钛互溶。
- 在焊接过程中,每焊完一道,都*进行焊层表面颜色检查,焊缝及热影响区的表面颜色呈银白色或金黄色。对表面颜色不合格的,应全部除去,然后重焊。
四、检验要点
- 目测检查:焊接完毕首先进行目测检查,焊缝颜色以银色和金黄色为合格,蓝色及灰白色*返修。因为在焊接过程中,随着温度的升高钛吸收氢、氧、氮的能力逐步提高,大约250℃开始吸收氢,400℃开始吸收氧(轻微氧化为金黄色,中度氧化为金紫色,深度氧化为深蓝色),600℃开始吸收氮(灰白色),这些气体被吸收后将直接引起焊接接头脆化,是影响焊接质量的极为重要的因素。
- 无损检测:根据相关标准对A、B类接头进行100%RT检测,II级合格;C、D类焊接接头进行PT检测,I级合格。
- 压力试验:试验时压力缓慢上升至试验压力保压30min后,降至规定试验压力,对连接部位进行检查。
- 热气循环试验:通常的压力试验不能对设计温度下钛层和钛焊缝受拉伸热应力产生的影响进行检验,因此需要进行热气循环试验,进一步验证容器制作的质量。