鈦材在海水淡化設備上的應用

淡水約占地球水資源的3％，通過(guò)海水淡化獲取新的淡水資源是今后世界用水的一大趨勢．目前，海水淡化已成為像中東這樣的水資源缺乏地區獲取水源的主要方式。

1、世界海水淡化狀況

至1993年，世界各國在5738個(gè)地區的海水淡化設備共有9014臺，總容量為1.624X107m3／d，僅中東地區總容量就達8．91X106ｍ3／d，占55％，美國為2.37X106ｍ3／d，占重5％。

早在50年代，就已采用海水淡化方法生產(chǎn)淡水．海水淡化的主要方法有：

①蒸發(fā)法：多級閃蒸法、單級閃蒸法，立式多效法、橫式多效法、浸管法、蒸氣壓縮法；

②膜法：電透析法、逆浸透法；

③復合法。

其中，蒸發(fā)法占60％，逆浸透法占33％，電透析法占5.5％。

2　鈦在海水淡化設備中的應用

2.1海水淡化設備中的導熱管

原海水淡化設備導熱管主要用銅合金管，由于銅合金管存在很多不足，現已被可靠性高且免于維護的鈦管所替代．

(1)鈦管的壁厚

導熱管壁厚由使用條件，管板材料、擴管作業(yè)的施工能力、管端的焊接技術(shù)等來(lái)決定，由于導熱管直徑小，對強度要求不高，因此實(shí)際使用中采用壁厚較薄的管材，一般，銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm；用鈦管代替，在腐蝕性小的地方，可用壁厚為0.3mm的薄壁焊管。

２)鈦管的導熱性 

由于導熱管的材質(zhì)不同，熱導率也不同，如鈦為17W／(m·k)，鋁黃銅為lOOW/（m·k），90／10白銅為47W（m·k），70／30白銅為29W／(m·k)，因此，可通過(guò)壁厚的變化控制導熱管的導熱效果。在以上材料中，鈦的熱導率最?。缡褂帽”阝伜腹?，導熱性雖然比鋁黃銅差，但與90／10白銅相當，比70/30白銅的要好。

(3)鈦管的經(jīng)濟性

鈦管的單位質(zhì)量?jì)r(jià)格比銅合金貴2-6倍，但從性?xún)r(jià)比上考慮，鈦管價(jià)格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時(shí)，同等長(cháng)度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50％，當鈦管壁厚為銅合金管的50％時(shí)，相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量?jì)H為銅合金管的1／4．按目前的價(jià)格水平，采用薄壁鈦焊管的整體價(jià)格與鋁銅管相同，比白銅管還便宜．可見(jiàn)，鈦管在價(jià)格方面是有競爭力的。

2．2日本薄壁鈦焊管的開(kāi)發(fā)和應用

鈦帶軋制技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功成為鈦焊管批量生產(chǎn)的基礎。60年代，在水銀法燒堿電解生產(chǎn)中，日本采用了鈦絲；90年代初，為防止污染，對燒堿生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，隨著(zhù)隔膜法的采用，700多噸的鈦帶得以應用，以此為契機，日本研究開(kāi)發(fā)了連續生產(chǎn)熱軋和冷軋鈦帶卷的技術(shù)，建立了海水淡化和電站冷凝器鈦薄壁焊管用的帶卷的批量生產(chǎn)體系，相應開(kāi)發(fā)了薄壁焊管的生產(chǎn)技術(shù)。

日立，三菱及東芝生產(chǎn)的電站冷凝器，使用了厚0．5mm的鈦焊管，三菱、川崎、日立，三井以及神戶(hù)制鋼等公司生產(chǎn)的海水淡化裝置，使用了厚0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的鈦焊管。

以電站應用為主，鈦焊管作為海水淡化、煉鐵、船舶、石油精煉、化工等領(lǐng)域的傳熱管已廣泛使用。到1983年，在16年的時(shí)間里，日本生產(chǎn)了用于世界各地海水淡化設備的薄壁鈦焊管4038ｔ，至今未發(fā)生因海水腐蝕而損壞的現象。

(1)通風(fēng)凝結器和噴射壓氣機

日本真正的海水淡化設備是1967年由松島碳礦株式會(huì )社建成的2650ｔ/ｄ海水淡化設備。該裝置的通風(fēng)凝結器及噴射壓氣機的傳熱管和管板，由于受海水中Bｒ-的腐蝕，不能用銅合金，換用鈦后，沒(méi)發(fā)生過(guò)因腐蝕導致的故障。

(2)熱放出部冷凝器

多級閃蒸冷凝器是將海水作冷卻水，冷卻各級閃速室產(chǎn)生的水蒸氣，由于海水?；煊心嗌?、海生物，它們在傳熱管內及管端附著(zhù)，侵蝕銅合金管。因此，現在幾乎所有的MSF型海水淡化設備的傳熱冷凝器上都使用了鈦管。特別是為了殺死海水中的細菌，不得不注入氧時(shí)，更需使用耐蝕性好的鈦管。

(3)熱回收部冷凝器

熱回收部冷凝器傳熱面積較大，由于經(jīng)濟原因，現通常使用銅合金管，僅在特殊場(chǎng)合使用鈦管，如含有氨或硫化氫等污染物的介質(zhì)對銅合金的腐蝕劇烈。1977年，向德國出口的3600ｔ/ｄ的MSF型淡化裝置，由于它是氨的附屬設備，不能用銅合金，而采用了鈦；由于硫化氧的腐蝕，秘魯的3120ｔ/ｄMSP型淡化設備，使用1年后鋁黃銅管就發(fā)生了腐蝕，最后將全部傳熱管換成了鈦管。

據報道，日產(chǎn)百?lài)嵉暮Ｋb置用鈦管達6萬(wàn)根．從1967年至1994年，在近30年的時(shí)間里，共生產(chǎn)了52套原于能級火力發(fā)電用冷凝器和7套海水淡化設備，共計使用鈦焊管11000ｔ。

3、使用時(shí)應注意的問(wèn)題

(1)電偶腐蝕

鈦在海水中電位較正，與其它金屬接觸時(shí)，可促進(jìn)其它金屬的腐蝕。防止辦法有傳熱管和管板均采用鈦，或用犧牲陽(yáng)極的辦法。80℃以上，為防止吸氫，使用Fｅ-90％Ni合金作犧牲陽(yáng)極；80℃以下，使用涂層或膠襯鋼板。

(2)間隙腐蝕

鈦管采用擴管法安裝在鈦管板上，在100℃，pH值為8的海水中可發(fā)生間隙腐蝕．但實(shí)際水室中使用了銅合金，即使海水溫度達到120℃，也不會(huì )發(fā)生間隙腐蝕。在現實(shí)中，為了提高設備的可靠性，在100℃以上使用時(shí)多采用管端焊接來(lái)防止間隙腐蝕。

(3)吸氫

在80℃以上的海水中；鈦有可能吸氫；施加陰極保護時(shí)，過(guò)保護時(shí)會(huì )引起吸氫。如采用Fe-9％Nq合金作犧牲陽(yáng)極板時(shí)，不會(huì )發(fā)生鈦吸氫。

(4)振動(dòng) 

由于鈦管壁薄，在替換銅合金管時(shí)，還應注意管振動(dòng)引起的破壞?？刹捎帽茹~合金管的管支撐板間隔小的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。