引言

薄壁卷焊鈦管是利用TIG 自動卷焊技術制作的傳熱管，TA2工業純鈦耐腐蝕性較強，具有較高強度和塑韌性。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，為其規模化生產與推廣奠定基礎。

1、性能測試過程

薄壁卷焊鈦管主要生產流程包含鈦帶、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、包裝入庫等內容。在對其性能進行測試時，主要依據GB/T 3625-2007 標準要求開展工作，針對 腐蝕、導熱、應力等要素完成性能測試和分析，其主要過程如下：

1.1 測試設備和材料

本課題采用的設備包含自動卷管機、鎢極氬弧焊自動焊管機（其型號是GP-TIG500Pcw）、焊后熱處理設備[1]。同時，多效低溫蒸餾海水淡化中試平臺包含1 效冷凝器和7 效水平管降膜蒸發器，其相互串聯構成測試系統。其中，冷凝器蒸發溫度是48℃，7 效蒸發器的溫度分別是69℃、66℃、63℃、60℃、57℃、54℃、51℃。7 效蒸發器操作壓力分別是29.88kPa、26.13kPa、22.88kPa、19.91kPa、17.33kPa、15.00kPa、12.98kPa。本課題中實驗材料是TA2工業純鈦卷焊鈦管，其規格是φ22×φ0.4mm。對比材料是TA2海 水淡化用無縫鈦管，其規格是φ22×φ0.5mm，焊縫寬度設置為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，利用上述實驗設備針對薄壁卷焊鈦管完成耐腐蝕測試，分析產熱管的腐蝕質量變化速率。

同時，將該數值和無縫鈦管耐腐蝕性進行比對（規格為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。在蒸發器和冷凝器頂層區域選擇放樣點，保證樣品管不會與其他金屬直接接觸，同時還可以被液膜覆蓋，防止測試階段因出現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連續運行30 天，在30 天后取出試樣測量其質量損失，得出材料耐腐蝕性能的分析結果。

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，將蒸發器傳熱管替換為薄壁卷焊鈦管，開展傳熱性能測試。當將中試裝置調整至預定工況后，每間隔3 小時收集蒸發器的實際運行數據。如動力蒸汽流量、凝結水流量、進料量、二效管程凝液量，通過傳熱速率計算公式獲取總傳熱系數。此外，針對兩種管材開展拉伸試驗，借助萬能試驗機對基本力學性能完成分析和數據采集操作。

2、性能測試結果分析

2.1 年均材料腐蝕速率

海水淡化工程中分析蒸發傳熱管的實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 和質量損失腐蝕速率Vc 間的實際換算關系式是：

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

借助多效低溫蒸餾淡化環境開展動態腐蝕測試，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，均具有較強能力，在蒸發器的焊縫位置和樣管表面沒有點蝕、腐蝕問題。且材料在濃海水高濕高溫的腐蝕環境內或蒸發降膜噴淋沖刷環境內，焊縫位置無腐蝕情況，因此薄壁卷焊鈦管適用于推廣和應用，可以極大程度地節省鈦材的使用量。在使用材料開展海水淡化工程時，滿足海水鹽霧、降膜流動沖刷的要求。

2.2 傳熱系數

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

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

2.3 管材其他性能分析

第一，當拉伸速率逐漸提升，薄壁卷焊鈦管的抗拉強度提高，伸長率逐漸下降。同時，材料管壁中粒徑尺寸和抗拉強度密切相關，前者尺寸越小則后者強度越大，因此管材自身成型能力較強。第二，管材硬化指數n 主要可以判斷材料的均勻變形情況，是關鍵的性能成形分析指標。若n 越大則材料的實際應變能力越強，其抗腐蝕、斷裂、起皺的水平越高。經過分析得出，鈦管的硬化指數與拉伸速率成反比，因此材料的抗失穩水平較高，對于后續海水淡化工程具有較強的支撐作用。第三，應變速率敏感度。該系數是分析材料成形情況的關鍵數值，越大其成能力強。材料變量 形情況的關鍵數值，越大其成能力強。材料變量 形情況的關鍵數值，越大其成能力強。材料變量 大，其敏感度較小無法控制管材失穩 大，其敏感度較小無法控制管材失穩 大，其敏感度較小無法控制管材失穩 缺陷情況。經過分析 缺陷情況。經過分析 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 可以提升結構穩定性。

2.4 材料經濟性 材料經濟性

薄壁卷焊鈦管 在生產階段主要選擇高質量鈦帶，借助鎢 在生產階段主要選擇高質量鈦帶，借助鎢 極氬弧焊技術完成卷加工，其主要優勢在于化簡鈦管的實 極氬弧焊技術完成卷加工，其主要優勢在于化簡鈦管的實 際生產流程，節約傳熱管的制造加工成本。經過計算可以得 際生產流程，節約傳熱管的制造加工成本。經過計算可以得 際生產流程，節約傳熱管的制造加工成本。經過計算可以得 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應用卷焊工藝較于軋制材 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應用卷焊工藝較于軋制材 出，相同外徑尺寸的鈦傳熱管應用卷焊工藝較于軋制材 料能夠節約10%的成本。若應用并推廣壁厚為 的成本。若應用并推廣壁厚為0.4mm的薄壁 卷焊鈦管 可以極大程度地節省海水淡化工中鈦材的使用 可以極大程度地節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質量標準的 質量標準的 質量標準的 質量標準的 質量標準的φ 0.5mm厚鈦管約節省了 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標準的無縫鈦管在投資成本方面標準的 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16.2萬元每噸，后者18.0萬元每噸。因此，若產熱面積相同，使用厚度是0.4mm的厚薄壁鈦管材料可以節省 25% 的投資成本，經濟效益較為顯著。

3、結論

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 ，其傳熱系數是 ，其傳熱系數是 ，其傳熱系數是3400W/（m2·K），為后續海水淡化設計提供數據支持。同時，該材料加工，為后續海水淡化設計提供數據支持。同時，該材料加工成本相較于無縫管低 10%，若傳熱能力相同，應用薄壁焊鈦管可以節省 20%的鈦材，為其規模化生產與推廣提的鈦材，為其規模化生產與推廣提供支持。

參考文獻

[1]侯如山 ,張小萍 ,繆紅建 .海水淡化整體式板片設計及仿 海水淡化整體式板片設計及仿真[J].機械設計與制造 ,2020(8):99 -102.

[2] 呂宏卿 ,王鑫 ,劉洪錕 ,等.海水淡化用薄壁卷焊鈦管傳熱及耐蝕性能 [J].化工進展 ,2019（8）:356356356-361.