引言

隨著世界環(huán)境的變化、人口的增加、生活水平的提高以及工業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)今整個(gè)世界都面臨淡水資源嚴(yán)重短缺的局面。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織預(yù)測(cè)，到2050年，生活在缺水國(guó)家的人口將增加到10.6億到24.3億之間，約占全球預(yù)測(cè)人口總數(shù)的13％ ～20％。

海水淡化是人類(lèi)解決水資源危機(jī)的重要途徑。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，海水淡化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在世界各地廣泛應(yīng)用。由于海水的腐蝕性很強(qiáng)，海水淡化設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造必須考慮選用耐海水腐蝕的材料。由于鈦的耐腐蝕性能良好，尤其是在高溫下對(duì)氯離子具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，因此鈦被譽(yù)為“海洋金屬”，是海水淡化裝置的理想用材。在過(guò)去40余年中，鈦材在海水淡化方面的應(yīng)用已經(jīng)取得巨大成功，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及淡化海水需求量的日益增大，其應(yīng)用的深度和廣度都將日趨擴(kuò)大 。

1、 海水淡化方法

海水淡化方法按分離過(guò)程可分為蒸發(fā)法、膜法、結(jié)晶法、溶劑萃取法和離子交換法等，其中應(yīng)用廣泛的主要有蒸發(fā)法和膜法。

由于蒸發(fā)法對(duì)海水的預(yù)處理要求十分簡(jiǎn)單，僅需進(jìn)行過(guò)濾和簡(jiǎn)單的加氯處理(或其他相應(yīng)處理)，而且即使在懸浮物含量很高的情況下(例如數(shù)百ppm)，也可以對(duì)海水進(jìn)行淡化。所以，在諸多海水淡化方法中，蒸發(fā)法約占世界海水淡化總量的60％。

蒸發(fā)法海水淡化裝置在選材合適、操作正確、維護(hù)正常的條件下，每年的有效工作時(shí)間超過(guò)800h，其使用壽命超過(guò)20年。蒸發(fā)法又可為多級(jí)閃蒸法、單級(jí)閃蒸法、立式多效法、橫式多效法、浸管法、蒸汽壓縮法等。其中的多級(jí)閃蒸方法是較早投入規(guī)?；瘧?yīng)用并得到全世界推廣的方法，截止到2000年，其生產(chǎn)能力占世界海水淡化總產(chǎn)量的約42％ ，即使到現(xiàn)在，仍然占主導(dǎo)地位 。多效蒸發(fā)方法尤其是低溫多效蒸餾方法開(kāi)發(fā)后，也在世界范圍內(nèi)得到了較廣泛的應(yīng)用。膜法分為電透析法、反滲透法，其裝置規(guī)模靈活性大，是近20年來(lái)發(fā)展最快的海水淡化技術(shù)。除海灣國(guó)家外，美洲、歐洲及亞洲其他國(guó)家大中型生產(chǎn)規(guī)模的海水淡化裝置都以反滲透技術(shù)為首選。反滲透法海水淡化裝置約占世界海水淡化裝置的38％。

在海水淡化的發(fā)展歷程中，特別是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，已逐漸形成以多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)和反滲透為代表的三大主流技術(shù)，也是目前應(yīng)用最為廣泛、形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的主要海水淡化方法。有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，今后多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)和反滲透技術(shù)的發(fā)展將決定海水淡化的未來(lái) 。表1是這3種海水淡化方法的主要技術(shù)指標(biāo)和成本指標(biāo) 的對(duì)比。從表1可以看出，3種海水淡化方法的技術(shù)指標(biāo)存在較大差異。從運(yùn)行成本上看，低溫多效蒸餾法的運(yùn)行成本最低；反滲透法的運(yùn)行成本很大程度取決于海水預(yù)處理費(fèi)用。從備投資上看，多級(jí)閃蒸法的設(shè)備成本較高，但近年來(lái)一直呈大幅下降的趨勢(shì) ；蒸餾法的設(shè)備投資成本較高，但維護(hù)成本較低。下面重點(diǎn)介紹多級(jí)閃蒸、多效蒸發(fā)和反滲透法這3種海水淡化技術(shù)。

1.1 多級(jí)閃蒸

多級(jí)閃蒸是將加熱到一定溫度的海水，依次在多個(gè)壓力逐級(jí)降低的閃蒸室內(nèi)急劇蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸汽用于加熱循環(huán)的海水并冷凝成淡水的過(guò)程。圖1為多級(jí)閃蒸的基本原理示意圖。多級(jí)閃蒸的海水淡化系統(tǒng)主要被分成兩個(gè)區(qū)域，一為加熱區(qū)，用于對(duì)進(jìn)料海水進(jìn)行預(yù)熱，一般多采用蒸汽作熱源，蒸汽冷凝后回到鍋爐；另一區(qū)域?yàn)殚W化區(qū)域，包括多級(jí)的閃化與熱回收區(qū)，通常為16級(jí)至50級(jí)不等。各級(jí)蒸發(fā)室的壓力依次遞減，海水從一級(jí)到另一級(jí)不斷閃蒸，在此過(guò)程中不需要外加熱量。閃蒸蒸發(fā)的蒸汽上升與蒸發(fā)室上端盤(pán)管中的進(jìn)料冷海水作熱交換而冷凝成為淡水。由于多級(jí)閃蒸加熱過(guò)程與蒸發(fā)過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行，所以海水結(jié)垢傾向小。

多級(jí)閃蒸通常與火力發(fā)電站聯(lián)合建設(shè)與運(yùn)行，以汽輪機(jī)低壓抽汽作為熱源，其大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)淡水已有30多年歷史，技術(shù)成熟，具有維護(hù)量較小、整體性好、運(yùn)行安全性高、使用壽命長(zhǎng)以及對(duì)原水預(yù)處理要求低、出水品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，適合于大型及超大型淡化裝置。就淡化水量而言， 目前全球海水淡化裝置仍以多級(jí)閃蒸占據(jù)份額最大，尤其是在海灣國(guó)家。但多級(jí)閃蒸也存在造水比低(一般在11左右)的問(wèn)題，造成較大的能量消耗，使得多級(jí)閃蒸比一般方法成本高。

對(duì)多級(jí)閃蒸的研究目前主要集中在進(jìn)一步提高裝置單機(jī)造水能力，開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響小、用量小的新型阻垢劑，研究新型傳熱材料以提高傳熱效率，降低單位電力消耗等方面，已取得如下成果。

(1)通過(guò)采用新型薄壁管材、優(yōu)化管路設(shè)計(jì)以進(jìn)行冷凝過(guò)程的改進(jìn)，減少了熱交換面積，提高了熱交換量。WDI公司通過(guò)采用效率高達(dá)95％的蒸汽壓縮設(shè)備、以帶溝槽的薄壁鈦管作為傳熱材料及以特種混凝土作為蒸發(fā)器殼體等措施，使得海水淡化設(shè)備的使用壽命達(dá)到40年，顯著地降低了造水成本。

(2)成功實(shí)現(xiàn)多級(jí)閃蒸裝置大型化。根據(jù)LeonAwerbuch報(bào)道，位于阿布扎比(Abu Dhabi)的蘇威哈特廠(Shuwaihat)，其海水淡化單套裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模為76000m³/d。

1.2 多效蒸發(fā)

多效蒸發(fā)是為了減少熱能消耗，降低成本，將加熱后的海水通人多個(gè)串接的單效蒸發(fā)器，前一效蒸發(fā)的二次蒸汽作為下一效的加熱蒸汽，從而使蒸汽的熱能進(jìn)行循環(huán)并多次重復(fù)利用 。圖2為多效蒸發(fā)的基本原理示意圖。

多效蒸發(fā)中的基本組成單元是單效蒸發(fā)器，其原理是在一個(gè)絕熱的容器中裝置一組水平的管道，管道中通入熱的介質(zhì)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的海水從上方噴淋到管束的表面，在真空、內(nèi)部低壓力以及管道內(nèi)高溫介質(zhì)的作用下，海水在較低溫度即開(kāi)始沸騰。

沸騰的蒸汽在容器中的冷卻管束表面凝結(jié)成水，并經(jīng)凝結(jié)器流下至底盤(pán)中， 由水泵抽出，而海水中剩余的濃鹽水也在容器底部收集，由鹽水泵抽出 。

多效蒸發(fā)包括兩種類(lèi)型，一類(lèi)是各效分列式，在20世紀(jì)七八十年代較盛行，其操作溫度一般較高，頂溫達(dá)到100～120℃ ，在歐洲和亞洲一些火電廠都有使用；另一類(lèi)是低溫多效蒸餾(LT—MED)，是20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的新技術(shù)，頂溫只需65—70℃ ，由于其存在諸多技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，裝置的規(guī)模日益擴(kuò)大，相比各效分列式也更具競(jìng)爭(zhēng)力，是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一 。多效蒸發(fā)也主要與火電廠聯(lián)運(yùn)，以期提高傳熱效果，便于系統(tǒng)優(yōu)化。

低溫多效蒸餾技術(shù)原理是將一系列的水平管降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)并被分成若干效組，用一定量的蒸汽輸入通過(guò)多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水的過(guò)程，基于這種工作原理，其造水比高，可超過(guò)15，降低造水成本的潛力很大。低溫多效蒸餾法主要有以下特點(diǎn)。

(1)較低的水垢沉積率 多效蒸發(fā)器的鹽水最高溫度一般不超過(guò)70℃，熱蒸汽管簇上的濃鹽水在重力的作用下自然向下流動(dòng)，在可靠的阻垢劑作用下，多效蒸發(fā)器的水垢沉積率非常低，其裝置的持續(xù)工作時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng)。

(2)使用、操作方便進(jìn)料海水的預(yù)處理比較簡(jiǎn)單，只需經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)過(guò)濾和加入5mg／L左右的阻垢劑即可，而多級(jí)閃蒸必須進(jìn)行加酸脫氣處理，反滲透的預(yù)處理要求更高。低溫多效蒸餾法淡化裝置適應(yīng)性高，高負(fù)荷時(shí)可以提供設(shè)計(jì)值110％的產(chǎn)品水，而低負(fù)荷時(shí)可以穩(wěn)定地提供設(shè)計(jì)值40％的產(chǎn)品水。

(3)能耗更低 由于第1效的冷凝溫度不到70℃ ，所需加熱蒸汽壓力只有約35kPa，這有利于降低能耗。此外，由于取消了鹽水的循環(huán)泵，產(chǎn)品水的實(shí)際動(dòng)力消耗只有0.9～1.2kWh/m ，同時(shí)，系統(tǒng)的熱效率高，30℃的溫差即可安排12以上的傳熱效數(shù)，從而達(dá)到l0左右的造水比 。

(4)水質(zhì)更好 裝置中大部分蒸汽是在熱管簇上產(chǎn)生，而不是由鹽水的閃蒸形成的，蒸汽中攜帶的鹽水成分極為有限，因此可以產(chǎn)出純度很高的蒸餾水(含鹽量小于5 mg／L)。

目前低溫多效蒸餾法海水淡化技術(shù)正朝裝置規(guī)模超大型化發(fā)展。通過(guò)改進(jìn)新工藝、解決結(jié)垢問(wèn)題，力圖獲得單機(jī)組裝機(jī)容量超過(guò)60000m³。總效數(shù)超過(guò)30、造水比超過(guò)30的淡化裝置。同時(shí)，在采用新材料(鈦合金管或新型鋁合金管制成的傳熱管材、特種混凝土等殼體材料)、與核能等新能源的結(jié)合等方面可以獲得新的發(fā)展。

1.3 反滲透法

反滲透法是通過(guò)給海水加壓，使水透過(guò)選擇性滲透膜而淡化海水的方法 。其原理就是在鹽水的一側(cè)施加壓力，使之大于半透膜兩側(cè)的滲透壓力差，迫使水從高濃度溶液中析出并透過(guò)膜進(jìn)入低濃度溶液的過(guò)程。圖3為反滲透法基本過(guò)程示意圖 。

反滲透法具有投資小、能耗低、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于大、中、小各種規(guī)模的海水淡化工程。自20世紀(jì)70年代后期，日本建造了第一座反滲透法海水淡化廠后，反滲透技術(shù)一直是最具競(jìng)爭(zhēng)力的處理技術(shù)之一，并獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。但反滲透膜容易受到污染和結(jié)垢(CaCO₃ 、CaSO₄ 、BaSO₄ )，易被氧化劑(Cl₂ 、HCIO)氧化而造成損害，因此反滲透法海水淡化裝置對(duì)水質(zhì)要求較高，預(yù)處理較為嚴(yán)格。

目前反滲透法淡化海水的研究工作主要集中在開(kāi)發(fā)新型反滲透膜，提高反滲透膜的透水率、脫鹽率，增加反滲透膜的抗氧化性能，研究新型能量回收裝置，提高回收率，優(yōu)化工藝等方面。

2、我國(guó)海水淡化的現(xiàn)狀

目前，海水淡化產(chǎn)業(yè)已遍及全世界120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，主要分布在中東、美國(guó)等地，亞洲國(guó)家如日本、新加坡、韓國(guó)、印尼和中國(guó)等也都在積極發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。至2010年，全球已有1.4萬(wàn)座海水淡化廠，產(chǎn)能已達(dá)3500m³/d，其中80％用于飲用水，解決了全球一億多人的用水問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高以及海水淡化成本的不斷降低和技術(shù)的日趨成熟，海水淡化總?cè)萘繉⒁悦磕?0％ 的速度遞增，海水淡化已成為一種獲取新的淡水資源的重要途徑，其有效性和可靠性已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的認(rèn)同，并不斷向前發(fā)展。圖4為2010年世界海水淡化裝置容量分布圖。從圖4可以看出，世界海水淡化設(shè)備主要分布在中東地區(qū)，僅沙特、阿聯(lián)酋、科威特、卡塔爾、巴林五國(guó)就占到全球總?cè)萘康?4.3％ 。究其原因，中東各國(guó)氣候十分干旱，水資源嚴(yán)重匱乏，卻富有石油資源，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚。在波斯灣的沿岸地區(qū)，有些國(guó)家的淡化海水量已經(jīng)占到了本國(guó)淡水使用量的80％ ～90％ 。全球第一個(gè)現(xiàn)代海水淡化工廠的誕生地美國(guó)占到全球15％ 的份額，歐洲占到12％ 。

中國(guó)人均淡水資源占有量約2100m³ ，僅為世界平均水平的28％ 。目前，全國(guó)城市中約三分之二的城市缺水，在這些缺水城市中，又約有四分之一的城市屬?lài)?yán)重缺水，水資源短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化率的提升、工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快和沿海工業(yè)對(duì)淡水需求的不斷增加，淡水資源短缺形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。與先進(jìn)國(guó)家相比， 中國(guó)的海水淡化裝置容量有很大的提升空間。從“十一五”開(kāi)始，中國(guó)政府對(duì)海水淡化工程的支持力度逐步加大，海水淡化產(chǎn)業(yè)在中國(guó)得到快速發(fā)展，許多較大規(guī)模海水淡化工程紛紛啟動(dòng)。根據(jù)中國(guó)脫鹽協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，截至2012年底，中國(guó)海水淡化能力約為7×10m³/d，約占全球的1.6％ ，但這遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足缺水地區(qū)的需求，而且海水淡化產(chǎn)業(yè) 發(fā)展很不平衡。為此，國(guó)務(wù)院于2012年12月正式發(fā)布了《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，目標(biāo)到2015年，中國(guó)海水淡化產(chǎn)能將達(dá)到(2.2～2.6)×10⁶ m³/d，是現(xiàn)有產(chǎn)能的3～4倍。

我國(guó)已建成的海水淡化裝置中，以反滲透法和低溫多效法居多，多級(jí)閃蒸法雖在國(guó)際上尤其是中東地區(qū)占有較多份額，但在國(guó)內(nèi)卻由于投資和能耗等方面原因，基本沒(méi)有被新建淡化廠采用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2006年6月底，我國(guó)反滲透裝置共有45套， 占總裝置數(shù)量的86.5％ ，低溫多效裝置4套，占總數(shù)量的7.7％。截至2009年7月，我國(guó)已建海水淡化裝置總?cè)萘恐校蜏囟嘈Ъs占34.8％ ，反滲透約占62.6％，多級(jí)閃蒸和其他方法約占2.6％。

中國(guó)海水淡化的發(fā)展采用自主研發(fā)和國(guó)外引進(jìn)相結(jié)合的模式，已具備建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)海水淡化工程的能力。經(jīng)過(guò)多個(gè)示范工程的嘗試，2007年，以國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所為支撐，黃島發(fā)電廠建設(shè)的10⁴m³/d反滲透海水淡化裝置投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)具備了單機(jī)規(guī)模萬(wàn)噸級(jí)反滲透海水淡化工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)能力。另外國(guó)內(nèi)外一些水處理公司也分別在我國(guó)建設(shè)了不同規(guī)模的反滲透工程，其中規(guī)模最大的為2006年投產(chǎn)的浙江玉環(huán)發(fā)電廠3.5×10⁴m³/d反滲透海水淡化工程 。

結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，低溫多效+水電聯(lián)產(chǎn)在我國(guó)也有很大的應(yīng)用空間。在引進(jìn)方面，2006年河北國(guó)華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司成功引進(jìn)了法國(guó)SIDEM公司的2×10⁴m³/d低溫多效海水淡化裝置。在自主研發(fā)方面，經(jīng)國(guó)家“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”連續(xù)4個(gè)五年規(guī)劃的持續(xù)支持，已經(jīng)達(dá)到或接近世界水平， 自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造的 海水淡化裝置已經(jīng)成功在國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用并出口國(guó)外。2008年由國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所設(shè)計(jì)，眾和海水淡化工程公司制造的4臺(tái)3000t/d、2臺(tái)4500t/d低溫多效海水淡化裝置成功出口印度尼西亞，邁出國(guó)產(chǎn)低溫多效海水淡化技術(shù)及其裝備走向國(guó)際市場(chǎng)的第一步 引。2009年河北國(guó)華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上自主建造1臺(tái)12 500m³/d低溫多效海水淡化裝置 。2010年10月10日，中國(guó)自行研發(fā)的“25000m³/d大型低溫多效蒸餾海水淡化中試裝置”在河北滄州黃驊電廠通過(guò)中國(guó)海水淡化與水再利用學(xué)會(huì)組織的專(zhuān)家評(píng)審，該裝置是黃驊海水淡化的擴(kuò)建工程，旨在為我國(guó)建設(shè)大規(guī)模萬(wàn)噸級(jí)的低溫多效海水淡化裝置替代進(jìn)口做技術(shù)準(zhǔn)備。

雖然中國(guó)的海水淡化起步較早，且已掌握了蒸餾法和膜法的設(shè)計(jì)和裝備制造技術(shù)，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)期并表現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢(shì)頭，但與發(fā)達(dá)國(guó)家以及國(guó)家需求相比，總體上仍有較大差距，主要體現(xiàn)在研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開(kāi)發(fā)制造能力、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成能力等核心技術(shù)方面，關(guān)鍵設(shè)備和材料如反滲透膜仍依靠進(jìn)口，日產(chǎn)萬(wàn)噸以上蒸餾法項(xiàng)目的自主知識(shí)技術(shù)產(chǎn)權(quán)和成套能力還需提高。

3 、鈦材在海水淡化工程中的應(yīng)用

3.1 海水淡化裝置用鈦分析

在多級(jí)閃蒸設(shè)備中，共有3個(gè)主要的熱交換區(qū)段。第一區(qū)段是熱排除部分，需要引入海水作為冷卻介質(zhì)，換熱管溫度約為40 ℃，鈦具有必要的耐沖蝕和抗沖擊破壞能力，并且不受含氯、氮和硫化氫及其化合物的影響。第二區(qū)段是海水加熱器，需要承受最高達(dá)到120℃的高溫，并且管道內(nèi)往往會(huì)沉積出鱗狀碳酸鈣。為了去除這類(lèi)雜質(zhì)，往往要使用一定的去除裝置，或者人為加入酸液，而鈦具有很好的耐氧化性酸腐蝕能力，是制作這類(lèi)管道的首選材料。第三區(qū)段是熱回收系統(tǒng)，需要承受70℃ 以上的高溫，而海水中含有的一些氧和二氧化碳，對(duì)銅會(huì)造成危害，而對(duì)鈦完全不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

低溫多效法海水淡化裝置主要由蒸發(fā)器、冷凝器、真空噴射系統(tǒng)、管道系統(tǒng)組成。各系統(tǒng)裝備可以用不同的材料制造。和多級(jí)閃蒸一樣，低溫多效常見(jiàn)的腐蝕包括氯離子腐蝕、重金屬腐蝕和電化學(xué)腐蝕等，所有與海水接觸的換熱管采用鈦管都是最可靠的選擇，但選材既要考慮功能需要，也要考慮價(jià)格因素。因此，與海水接觸的換熱管都采用鈦管，確保整個(gè)裝置的使用壽命，例如法國(guó)Sidem公司和美國(guó)WDI公司制造的海水淡化裝置中的冷凝器管束和蒸發(fā)器的上三排管束均使用鈦管。另外，與高速流動(dòng)的海水相接觸的設(shè)備表面多采用鈦材料。而以色列的IDE公司的海水淡化裝置的蒸發(fā)器和冷凝器中的換熱管則采用鋁黃銅管或鋁管，采用鋁管時(shí)需要相應(yīng)的配套工藝來(lái)防止鋁管腐蝕 。

3.2 海水淡化裝置用鈦的優(yōu)勢(shì)

事實(shí)表明，在天然海水和各種含氯離子液體中，TA1和TA2工業(yè)純鈦具有很好的抗腐蝕能力；而TA8、TA9和TA10在溫度比較高的海水中具有較高的抗腐蝕能力，但是成本比較高。閃蒸器和加熱器的管板還可選用鈦鋼復(fù)合材，既能保證良好的抗海水腐蝕性，又能保證具有很好的剛性，且可降低裝置的造價(jià)。

在使用性能方面，鈦管最好且使用壽命更長(zhǎng)。由于海水中?；煊心嗌?、海生物，它們?cè)趥鳠峁軆?nèi)及管端附著，會(huì)侵蝕銅合金管，而鈦管就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。特別是為了殺死海水中的細(xì)菌而不得不注入氧時(shí)，更需使用耐蝕性好的鈦管。鈦管在清潔流動(dòng)的海水中，其腐蝕的臨界流動(dòng)速度為20～30m/s，在高砂流動(dòng)的海水中，其腐蝕的臨界速度大約為6～8 /s，而一般材料的設(shè)計(jì)流速在2～3/s。在這樣的流速下，鈦管基本上不受侵蝕。同時(shí)，由于鈦管表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。在導(dǎo)熱性方面，雖然鈦的熱導(dǎo)率相比銅管小(鈦的熱導(dǎo)率為15.24w／(m·K)，B10／B90 白銅為41.63 w／(m·K)，B30/B70白銅為26 W／(m·K))，但由于傳熱管是小口徑的圓管，在滿(mǎn)足強(qiáng)度的前提下，銅合金管等壁厚一般為0.9～1.2 mm，而使用鈦管時(shí)壁厚要薄很多，因此比B30白銅具有更高的導(dǎo)熱性能。

在經(jīng)濟(jì)性方面，鈦比銅更有性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)。鈦的密度為4.51g/cm³ ，B30白銅為8.94/cm³，當(dāng)鈦管的壁厚是銅管的一半時(shí)，相同傳熱面積的鈦管重量只有銅管的四分之一，也就是說(shuō)鈦管的單價(jià)不超過(guò)銅管的四倍時(shí)，鈦管的成本就不會(huì)超過(guò)銅管的成本。按照目前的價(jià)格水平，薄壁鈦管的單價(jià)約為B30管的1.2倍、B10管的1.8倍，遠(yuǎn)低于4倍的水平，這說(shuō)明鈦管在性?xún)r(jià)比方面遠(yuǎn)比銅管具有競(jìng)爭(zhēng)力。

盡管鈦有很多優(yōu)點(diǎn)，但在鈦的使用方面，也需要注意一些特殊情況的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，比如電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕等。由于鈦的電位為負(fù)，與其他材料接觸時(shí)，易發(fā)生其他材料的加速腐蝕，一般采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)方法。同時(shí)，鈦管與管板的連接處在溫度為100℃、pH值為8的海水中易發(fā)生縫隙腐蝕，可以采用管段封焊的方法消除縫隙。另外，鈦在80℃以上的海水中，比其他材料的電位低，有可能發(fā)生吸氫現(xiàn)象，并產(chǎn)生氫脆。如鈦與鐵、鋅等金屬接觸時(shí)會(huì)發(fā)生吸氫現(xiàn)象，為此需要采用犧牲陽(yáng)極法進(jìn)行保護(hù)。鈦與銅合金、不銹鋼接觸時(shí)不會(huì)發(fā)生吸氫現(xiàn)象。

關(guān)于鈦焊管在海水淡化上的應(yīng)用研究，起步最早也最成熟的是日本。早在1969年， 日本工業(yè)技術(shù)研究院就開(kāi)始對(duì)海水淡化裝置進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并使用了0.3 mm和0.4 mm壁厚的鈦焊管進(jìn)行試驗(yàn)。其后，三菱、川崎、日立、三井以及神戶(hù)制鋼等公司生產(chǎn)的海水淡化裝置逐步領(lǐng)先世界，并都使用了壁厚0.5～0.7 mm的鈦焊管。同時(shí)，日本薄壁鈦焊管的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也促使其建立了海水淡化和電站冷凝器鈦薄壁焊管用帶卷的批量生產(chǎn)體系，相應(yīng)開(kāi)發(fā)了薄壁焊管的生產(chǎn)技術(shù)。表2是日本鈦焊管在海水淡化設(shè)備上的部分應(yīng)用情況。

通常用的鈦管尺寸為直徑16、19、22、25.4 mm，壁厚0.5～0.7 mm，其中冷凝器使用直徑19 mm居多；管長(zhǎng)一般在6～20m范圍內(nèi)，視長(zhǎng)管式或短管式類(lèi)型而定 。但隨著淡化設(shè)備設(shè)計(jì)水平和制造技術(shù)的提高，焊管生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備的優(yōu)化，淡化裝置特別是多級(jí)閃蒸方法設(shè)備使用鈦管的直徑有的已經(jīng)突破40 mm，長(zhǎng)度突破25m。從用量上看，海    水淡化裝置用鈦量不太確定，取決于技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)條件。對(duì)于海水含鹽量高、水溫高、水污染比較嚴(yán)重的地方，一般來(lái)說(shuō)用鈦量較多。多級(jí)閃蒸每萬(wàn)噸產(chǎn)水裝置需用50～100 t鈦焊管，低溫多效每萬(wàn)噸產(chǎn)水裝置需用5～10 t鈦焊管。

中國(guó)的海水淡化方式由于以反滲透膜法為主，蒸發(fā)法所占比例不到40％，所以鈦材的應(yīng)用相對(duì)還處于較低的水平。較早報(bào)道使用鈦材的海水淡化裝置是1981年6月在中國(guó)西沙永興島建成的一臺(tái)日產(chǎn)淡水200m³的淡化設(shè)備 。天津大港電廠于1987年引進(jìn)的兩套3 000m³/d多級(jí)閃蒸海水淡化裝置中，熱放出部位使用了鈦焊管，規(guī)格是φ16 mm×0.6 mm× 18400 mm。該裝置在1999年停產(chǎn)檢修時(shí)，鈦管中間的碳鋼隔板已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕，但鈦管依舊完好無(wú)損。山東青島黃島電廠于2003年建成一臺(tái)3 00 ³/d的低溫多效蒸餾裝置。裝置分10段，共有10個(gè)列管式熱交換器，大部分管子是白銅管，只在上部用了少量鈦管。10個(gè)熱交換器共用進(jìn)口的φ19 mm×0.5mm×4 220mm鈦焊管2200支，重1.25 t。已建成的國(guó)內(nèi)最大的低溫多效海淡項(xiàng)目——黃驊電廠配套海淡項(xiàng)目，一期引進(jìn)和二期的國(guó)產(chǎn)化裝置都使用了大量的鈦管；三期項(xiàng)目正在實(shí)施中，首次采用了國(guó)產(chǎn)鈦焊管作為關(guān)鍵部位的傳熱管，5臺(tái)熱交換器共計(jì)使用由中船重工七二五所洛陽(yáng)雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司提供的國(guó)產(chǎn)化φ19、西φ25.4 mm鈦焊管17 342支，這對(duì)于國(guó)產(chǎn)海淡裝置的規(guī)模應(yīng)用起到很好的推動(dòng)作用。

4 、展 望

就全球海水淡化而言，多級(jí)閃蒸和反滲透兩種方法應(yīng)用最廣 ；從今后的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，鑒于反滲透技術(shù)具有節(jié)省能源的特點(diǎn)，發(fā)展速度將會(huì)更快。

但是，由于中東地區(qū)特有的工況環(huán)境(最高達(dá)到40℃的高溫、含鹽量40000mg/L的高鹽度、高污染等)，以及其嚴(yán)重缺水的現(xiàn)狀，多級(jí)閃蒸技術(shù)依然是今后中東地區(qū)海水淡化首選的方式，而對(duì)于其他地區(qū)，如有電廠配套，且產(chǎn)水規(guī)模不大于2×10⁵m³/d，低溫多效技術(shù)則顯得更有優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)是一個(gè)缺水的國(guó)家，海水淡化E日益受到重視。近年來(lái)，我國(guó)出臺(tái)了一系列政策措施鼓勵(lì)發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)。鑒于《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，我國(guó)海水淡化能力達(dá)到(2．2～2．6)×10⁶m³/d，是2011年6.6×10⁵m³/d海水淡化能力的近4倍，也就是每年需要新增近5×10⁵m³/d的淡化能力。

目前中國(guó)的海水淡化技術(shù)也主要以反滲透膜法為主，今后還將得到快速發(fā)展。但與電廠配套的低溫多效法也將得到迅速發(fā)展。海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出，如果按每年新增海水淡化產(chǎn)能的30％采用蒸餾法技術(shù)，則每年新增1.5×10⁵m³/d的產(chǎn)能，將會(huì)使鈦的需求量大幅增加，從而拉動(dòng)鈦帶材及鈦焊管產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和海綿鈦的市場(chǎng)需求。同時(shí)也會(huì)促進(jìn)國(guó)產(chǎn)鈦帶和鈦焊管的技術(shù)進(jìn)步。正像專(zhuān)家預(yù)言的那樣，海水淡化將成為中國(guó)21世紀(jì)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，鈦及鈦合金也會(huì)隨著海水淡化行業(yè)的發(fā)展迎來(lái)美好的明天。

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