一、管殼式鈦管冷凝器結構原理與工作機制

1. 核心部件組成

• 換熱管：采用工業純鈦（TA2、TA10）或鈦合金（Ti-6Al-4V），管徑 19~25mm，壁厚 0.5~1mm，光管或螺紋管（傳熱系數提升 20%）；

• 管板：鈦鋼復合板（鈦層厚度≥3mm），與鈦管采用爆炸焊或自動 TIG 焊連接，確保密封性能；

• 殼體：Q345R 鋼 + 環氧玻璃鱗片涂層（厚度≥800μm），內部設置折流板（間距 100~300mm）強化湍流。

2. 熱交換流程

• 海水從入口封頭進入，分配至各鈦管，吸收熱量后從出口排出；

• 工藝流體在殼程內沿折流板往復流動，釋放熱量后從另一端流出；

• 傳熱系數可達 1500~2500W/(㎡?K)，是 316L 不銹鋼冷凝器的 1.5~2 倍。

二、鈦材核心優勢與耐蝕機理

1. 耐海水腐蝕特性

• 鈍化膜保護：鈦表面自然形成 5~10nm 厚的 TiO?鈍化膜，在 pH 7~9 海水中腐蝕速率＜0.001mm / 年，遠優于銅鎳合金（0.05mm / 年）；

• 抗局部腐蝕：點蝕電位＞+1.2V（vs SCE），在 Cl?濃度＞50000ppm 海水中仍不發生點蝕，而 316L 不銹鋼點蝕電位僅 + 0.2V；

• 耐海生物附著：鈦表面化學惰性使藻類、貝類附著量比銅鎳合金減少 70%，降低污損風險。

2. 力學與傳熱性能

• 比強度高：鈦的強度密度比是不銹鋼的 2 倍，同等強度下鈦管壁厚可減薄 30%，增加換熱面積；

• 導熱系數適中：鈦的導熱系數（15.2W/(m?K)）雖低于銅（398W/(m?K)），但憑借耐蝕優勢可減薄管壁（0.5mm），實際傳熱效率接近銅鎳合金。

三、典型應用場景與技術需求

1. 船舶與海洋工程

• LNG 運輸船主機冷卻：17 萬立方米 LNG 船的雙燃料發動機冷凝器，換熱面積達 1200㎡，鈦管用量超 6000 米，需抗低溫（-163℃）與振動；

• 深海鉆井平臺：FPSO 的天然氣處理系統冷凝器，設計壓力 1.6MPa，鈦管需通過 3000 小時鹽霧測試（ISO 9227）。

2. 沿海核電與海水淡化

• 核電站冷凝器：百萬千瓦級核電站用鈦管長度超 10 萬米，要求鈦管氧含量≤0.18%，氫含量≤0.005%，防止氫脆；

• 海水淡化 MED 裝置：多效蒸餾預熱器采用鈦管，傳熱效率比不銹鋼高 40%，且無腐蝕產物污染淡水，產水水質電導率＜10μS/cm。

3.  化工與能源裝備

• 氯堿工業氯氣冷卻：鈦管耐 Cl?+H?O 腐蝕，在濕氯氣（溫度≤80℃）中腐蝕速率＜0.005mm / 年，替代石墨冷凝器；

• 海上風電換流站冷卻：深海風電平臺的變流器冷凝器，鈦管需適應波浪振動（振幅 ±5mm）與高鹽霧環境（NaCl 濃度＞3000mg/m3）。

四、設計制造關鍵技術

1. 鈦管連接工藝

• 管板焊接：采用自動 TIG 焊，充氬保護氣純度≥99.99%，焊縫區氧化層厚度＜5μm，焊后進行 100% 氦質譜檢漏（泄漏率＜1×10??Pa?m3/s）；

• 脹接技術：液壓脹接壓力 80~120MPa，過盈量 0.3~0.5mm，確保鈦管與管板的密封性能，防止海水泄漏。

2. 抗振與防腐結構

• 防流體誘導振動：

• 折流板改用鈦合金折流桿（間距≤15 倍管徑），減少湍流誘發振動；

• 鈦管固有頻率避開流體激振頻率（Strouhal 數 0.2 時的頻率）。

• 陰極保護設計：

• 管板外側安裝鋅合金犧牲陽極（面積比 1:100），電位維持 - 0.95~-1.1V（vs Ag/AgCl）；

• 大型冷凝器可選外加電流陰極保護（ICCP），鈦基氧化銥陽極壽命≥10 年