容器

隨著鈦在壓力容器、罐和箱等方面應(yīng)用的增加，在考慮材料技術(shù)特性及經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，選材有三種基本方法：全鈦結(jié)構(gòu)、襯套或襯里用鈦及采用鈦復(fù)合材料（板）。

選用何種材料取決于設(shè)計要求、設(shè)備的使用狀態(tài)、所需的材料厚度和相應(yīng)的加工制造方法以及費(fèi)用。概括地說，關(guān)于壓力容器制造，隨著操作條件的變化、壓力、溫度等參數(shù)的增加而依次采用全鈦、襯套和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。爆炸復(fù)合板比全鈦結(jié)構(gòu)便宜，這一點(diǎn)增加了設(shè)計者和制造者對復(fù)合板的興趣。鈦板的成本幾乎是與其厚度成正比，也就是正比于材料的使用數(shù)量。但是爆炸復(fù)合板的成本與爆炸連接技術(shù)有關(guān)，而與鈦板厚度關(guān)系不大。將鈦貼面厚度為2mm的爆炸復(fù)合板和全鈦板在每平方米價格上作一比較就可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)厚度為20mm時兩者價格是一樣的。因此，當(dāng)厚度小于20mm時，全鈦板較便宜。當(dāng)然，還必須考慮到其他幾個因素。復(fù)合板的所有焊合及內(nèi)部附件的連接處具有更大的復(fù)雜性，因此，實(shí)際上的虧盈平衡點(diǎn)對于簡單容器來說，厚度要超過20mm，而對復(fù)雜容器則更厚才合算。但是超過一定厚度后，由于鈦的活性大，使焊接存在著困難，而厚鋼板的焊接問題早已解決。

近些年來，襯里容器的設(shè)計與制造已有了很大的發(fā)展。由于發(fā)展初期，鈦的成本較高，以碳鋼容器內(nèi)只能襯以盡可能薄的鈦。這樣，內(nèi)襯的鈦可以抗介質(zhì)腐蝕，而鋼的外殼承受需要的壓力。這種薄襯里結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證明，在工作溫度稍高于室溫及不涉及真空的較低壓力下使用是令人滿意的。

對于壓力高達(dá)200*105pa和溫度高達(dá)200℃的大直徑反應(yīng)容器，薄層技術(shù)就不適用了，而要選取其他的結(jié)構(gòu)。

一種常被人們選擇的方法是，襯里容器用鈦?zhàn)鳛閮?nèi)容器，其材料厚度為5mm，以使它能支撐自重，并能在兩側(cè)完全焊接以確保具有較高的焊接完整性。這一容器經(jīng)過充分試驗(yàn)和檢查后，以兩半形式制作碳鋼或低合金鋼外殼，并按鈦容器的外徑加工鋼殼內(nèi)表面，以獲得配合界面。這兩半鋼殼裝配到鈦容器上，然后沿鋼容器的縱縫進(jìn)行焊接，再焊上容器的端面，最后合成的是一個在鋼外殼里有一個預(yù)應(yīng)力鈦殼的容器，其操作壓力和溫度分別可為30*155pa和180℃。

在苛刻條件下使用的容器可用鈦復(fù)合板制造，這種材料是用爆炸連接技術(shù)生產(chǎn) 的，金屬之間的剪切強(qiáng)度為200~275MPa。鈦復(fù)合板的對接焊是撕去復(fù)合板背后復(fù)合層，進(jìn)行正常的鈦鋼焊接，然后用鈦板搭接。但是在搭接之前必須把搭板在復(fù)合板上搞平。顯然不能把鈦疊在鋼板上焊接，因?yàn)檫@兩種材料是不相容的。但是可以把鈦焊到銀上，因?yàn)殂y和鈦及鐵都是相容的。

熱交換器

鈦熱交換器的制造技術(shù)經(jīng)歷了與鈦壓力容器一樣的發(fā)展過程。開始，低壓低溫條件下的熱交換器是用1mm厚襯里封頭和1.6mm貼面的碳鋼管板制造的?，F(xiàn)在大型交換器則用厚達(dá)100mm的整體管板和同樣厚的整體封頭制成，并已發(fā)展到用復(fù)合板制作大型管板的階段，但只有在管內(nèi)有腐蝕介質(zhì)時才使用復(fù)合板和襯鈦管板。

鈦管本身就是一個薄而耐用的材料，即使在惡劣和臨界使用條件下也是如此。高壓場合最常用的鈦管壁厚為0.91mm和1.2mm。必須考慮到由于振動和其他一些估計不到的使用情況會使薄壁管遭到破壞。但這種情況在實(shí)際使用中是極為罕見的，而且只限于發(fā)生在供氣速度過高的熱交換器中。人們一直是用重新設(shè)計隔板間距來克服這一困難。

管和管板連接一般是用輥漲和密封焊接，以得到完全密封和防止管和管板之間的縫隙。但是有時鈦管同銅管板連接，此時就只能用輥漲法連接。

一般是用三輥輥漲機(jī)進(jìn)行輥漲，通常在高于90mm的管板厚度上，管壁厚度的減小為5%。機(jī)械輥漲的結(jié)果是水壓密封，用開槽的管板孔提高了一些拉脫強(qiáng)度，但是不影響水壓密封性。

由于鈦的使用常常是與強(qiáng)腐蝕介質(zhì)相聯(lián)系的，所以一般都采用機(jī)械輥漲加密封焊接。對于管與管板的焊接，不管是全鈦還是復(fù)合板，很多設(shè)計者基于焊透性的改進(jìn)而支持采用階梯焊接。但有些人卻認(rèn)為是不必要的，因?yàn)檫@樣會給在必須補(bǔ)焊時造成更大的困難。

在某些應(yīng)用中，特別是介質(zhì)為海水時，有可能使用用鈦管裝入不同金屬管板并輥漲所制成的熱交換器。但很明顯只有在管板材料與鈦是相容的條件下才能這樣做。

要給出一個合適的鈦表面熱傳導(dǎo)系數(shù)極限是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樗诤艽蟪潭壬先Q于設(shè)計和工藝參數(shù)。對于用冷水作為冷卻劑的熱交換器，可用值為425~550W/（m 2·℃）；對于用蒸汽或熱水加熱靜止液體的熱交換器，可用值為800~1450W/(m 2·℃）。

對于用海水冷卻的凝汽器，當(dāng)其管壁厚度為0.5~1.0mm、流速低于3.9m/s時，實(shí)測數(shù)據(jù)為5400~6800W/（m 2·℃）。