鈦材在海水淡化設(shè)備上的應(yīng)用
 

 

淡水約占地球水資源的3％，通過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(qū)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個地區(qū)的海水淡化設(shè)備共有9014臺，總?cè)萘繛?.624X107m3／d，僅中東地區(qū)總?cè)萘烤瓦_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：
　?、僬舭l(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；
　?、谀しǎ弘娡肝龇ā⒛娼阜?；
　?、蹚?fù)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(shè)備中的應(yīng)用
2.1海水淡化設(shè)備中的導(dǎo)熱管
　　原海水淡化設(shè)備導(dǎo)熱管主要用銅合金管，由于銅合金管存在很多不足，現(xiàn)已被可靠性高且免于維護的鈦管所替代．
　　(1)鈦管的壁厚
　　導(dǎo)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)等來決定，由于導(dǎo)熱管直徑小，對強度要求不高，因此實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。
　?。?鈦管的導(dǎo)熱性 
　　由于導(dǎo)熱管的材質(zhì)不同，熱導(dǎo)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，可通過壁厚的變化控制導(dǎo)熱管的導(dǎo)熱效果。在以上材料中，鈦的熱導(dǎo)率最小．如使用薄壁鈦焊管，導(dǎo)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)量價格比銅合金貴2-6倍，但從性價比上考慮，鈦管價格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時，同等長度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50％，當鈦管壁厚為銅合金管的50％時，相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量僅為銅合金管的1／4．按目前的價格水平，采用薄壁鈦焊管的整體價格與鋁銅管相同，比白銅管還便宜．可見，鈦管在價格方面是有競爭力的。
2．2日本薄壁鈦焊管的開發(fā)和應(yīng)用
　　鈦帶軋制技術(shù)的開發(fā)成功成為鈦焊管批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)。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)工藝進行了改進，隨著隔膜法的采用，700多噸的鈦帶得以應(yīng)用，以此為契機，日本研究開發(fā)了連續(xù)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(yīng)開發(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(yīng)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年的時間里，日本生產(chǎn)了用于世界各地海水淡化設(shè)備的薄壁鈦焊管4038ｔ，至今未發(fā)生因海水腐蝕而損壞的現(xiàn)象。
　　(1)通風凝結(jié)器和噴射壓氣機
　　日本真正的海水淡化設(shè)備是1967年由松島碳礦株式會社建成的2650ｔ/ｄ海水淡化設(shè)備。該裝置的通風凝結(jié)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，沒發(fā)生過因腐蝕導(dǎo)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(nèi)及管端附著，侵蝕銅合金管。因此，現(xiàn)在幾乎所有的MSF型海水淡化設(shè)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，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(xiàn)通常使用銅合金管，僅在特殊場合使用鈦管，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(shè)備，不能用銅合金，而采用了鈦；由于硫化氧的腐蝕，秘魯?shù)?120ｔ/ｄMSP型淡化設(shè)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(jù)報道，日產(chǎn)百噸的海水淡化裝置用鈦管達6萬根．從1967年至1994年，在近30年的時間里，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(shè)備，共計使用鈦焊管11000ｔ。
3、使用時應(yīng)注意的問題
　　(1)電偶腐蝕
　　鈦在海水中電位較正，與其它金屬接觸時，可促進其它金屬的腐蝕。防止辦法有傳熱管和管板均采用鈦，或用犧牲陽極的辦法。80℃以上，為防止吸氫，使用Fｅ-90％Ni合金作犧牲陽極；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．但實際水室中使用了銅合金，即使海水溫度達到120℃，也不會發(fā)生間隙腐蝕。在現(xiàn)實中，為了提高設(shè)備的可靠性，在100℃以上使用時多采用管端焊接來防止間隙腐蝕。
　　(3)吸氫
　　在80℃以上的海水中；鈦有可能吸氫；施加陰極保護時，過保護時會引起吸氫。如采用Fe-9％Nq合金作犧牲陽極板時，不會發(fā)生鈦吸氫。
　　(4)振動 
　　由于鈦管壁薄，在替換銅合金管時，還應(yīng)注意管振動引起的破壞。可采用比銅合金管的管支撐板間隔小的方法來解決這一問題。