鈦材在海水淡化設備上的應用
作者： 時間：2023-08-15 瀏覽：7794人次(ci)鈦材在(zai)海水淡化設備(bei)上的(de)應用(yong)
淡水約占地(di)球水資源的(de)(de)3％，通過海(hai)(hai)水淡化獲取新(xin)的(de)(de)淡水資源是今后世界用水的(de)(de)一大趨(qu)勢(shi)．目前，海(hai)(hai)水淡化已成為像(xiang)中東(dong)這樣的(de)(de)水資源缺乏地(di)區獲取水源的(de)(de)主要方式。
1、世(shi)界海(hai)水淡化狀(zhuang)況(kuang)
至1993年，世(shi)界各國在5738個(ge)地(di)區(qu)的(de)海水(shui)淡化設備共(gong)有9014臺，總容(rong)量(liang)為1.624X107m3／d，僅中東地(di)區(qu)總容(rong)量(liang)就達(da)8．91X106ｍ3／d，占55％，美國為2.37X106ｍ3／d，占重5％。
早在50年代，就已采用海(hai)水(shui)淡化方法生產淡水(shui)．海(hai)水(shui)淡化的主要(yao)方法有：
①蒸發法(fa)：多級(ji)閃蒸法(fa)、單級(ji)閃蒸法(fa)，立式(shi)多效(xiao)法(fa)、橫(heng)式(shi)多效(xiao)法(fa)、浸管(guan)法(fa)、蒸氣(qi)壓縮法(fa)；
②膜法：電透(tou)(tou)析法、逆浸透(tou)(tou)法；
③復合法。
其中(zhong)，蒸發法(fa)(fa)占(zhan)60％，逆浸透法(fa)(fa)占(zhan)33％，電(dian)透析法(fa)(fa)占(zhan)5.5％。
2 鈦在海水淡化設(she)備中的應用
2.1海水(shui)淡化設備中的(de)導熱管
原海水淡化(hua)設備導熱管主要用銅合金管，由于(yu)銅合金管存在很多不(bu)足(zu)，現已被可靠性高且免(mian)于(yu)維護的鈦管所替代．
(1)鈦管的壁厚
導熱管壁(bi)(bi)厚由使用條件，管板材料、擴管作業(ye)的(de)(de)施工能(neng)力、管端的(de)(de)焊接技術等來決定，由于導熱管直徑小，對強度(du)要求不高，因此(ci)實際使用中采用壁(bi)(bi)厚較薄的(de)(de)管材，一般(ban)，銅合金(jin)管等壁(bi)(bi)厚為0.9mm-1.2mm；用鈦(tai)管代(dai)替，在腐(fu)蝕性小的(de)(de)地方，可用壁(bi)(bi)厚為0.3mm的(de)(de)薄壁(bi)(bi)焊管。
２)鈦管的(de)導熱性
由于導(dao)(dao)熱(re)(re)管的材(cai)質不(bu)同，熱(re)(re)導(dao)(dao)率也不(bu)同，如鈦為17W／(m·k)，鋁(lv)黃銅(tong)為lOOW/（m·k），90／10白銅(tong)為47W（m·k），70／30白銅(tong)為29W／(m·k)，因此，可通過壁厚的變(bian)化控制導(dao)(dao)熱(re)(re)管的導(dao)(dao)熱(re)(re)效果(guo)。在以(yi)上材(cai)料中，鈦的熱(re)(re)導(dao)(dao)率最(zui)小．如使用薄壁鈦焊管，導(dao)(dao)熱(re)(re)性雖(sui)然比鋁(lv)黃銅(tong)差，但與90／10白銅(tong)相當(dang)，比70/30白銅(tong)的要(yao)好。
(3)鈦管的經濟性
鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)單位(wei)質量價格比銅(tong)合(he)(he)金(jin)貴2-6倍，但從性價比上考慮，鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)價格可(ke)與銅(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)抗(kang)衡(heng)，由于鈦(tai)的(de)(de)(de)密度(du)低，壁(bi)厚相(xiang)同時(shi)，同等(deng)長度(du)的(de)(de)(de)鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)質量只是(shi)銅(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)50％，當鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)壁(bi)厚為銅(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)50％時(shi)，相(xiang)同傳(chuan)熱面積的(de)(de)(de)鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)質量僅為銅(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)1／4．按目前的(de)(de)(de)價格水平，采(cai)用薄壁(bi)鈦(tai)焊管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)整體價格與鋁銅(tong)管(guan)(guan)(guan)相(xiang)同，比白銅(tong)管(guan)(guan)(guan)還便宜．可(ke)見，鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)在價格方面是(shi)有競爭力的(de)(de)(de)。
2．2日本薄壁(bi)鈦焊管的開(kai)發和應用
鈦(tai)(tai)帶軋(ya)制技(ji)術的開發(fa)成功成為鈦(tai)(tai)焊(han)管(guan)批量(liang)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)的基礎(chu)。60年代(dai)，在(zai)水銀法(fa)燒(shao)堿電(dian)解生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)中，日本采用(yong)了(le)(le)鈦(tai)(tai)絲(si)；90年代(dai)初，為防止污染，對燒(shao)堿生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)工藝進(jin)行了(le)(le)改進(jin)，隨著隔膜法(fa)的采用(yong)，700多噸的鈦(tai)(tai)帶得以(yi)應(ying)用(yong)，以(yi)此為契(qi)機，日本研究開發(fa)了(le)(le)連(lian)續生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)熱軋(ya)和(he)冷(leng)軋(ya)鈦(tai)(tai)帶卷(juan)的技(ji)術，建立了(le)(le)海(hai)水淡化和(he)電(dian)站(zhan)冷(leng)凝器鈦(tai)(tai)薄壁焊(han)管(guan)用(yong)的帶卷(juan)的批量(liang)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)體系，相應(ying)開發(fa)了(le)(le)薄壁焊(han)管(guan)的生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)技(ji)術。
日立，三(san)菱(ling)及(ji)東芝(zhi)生產的電站冷凝(ning)器(qi)，使(shi)用了厚(hou)0．5mm的鈦(tai)焊管，三(san)菱(ling)、川崎(qi)、日立，三(san)井(jing)以及(ji)神戶制鋼等公司(si)生產的海水(shui)淡化裝(zhuang)置，使(shi)用了厚(hou)0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的鈦(tai)焊管。
以電站應用(yong)為主，鈦焊(han)管作為海(hai)(hai)水淡化(hua)、煉(lian)(lian)鐵(tie)、船舶、石油精煉(lian)(lian)、化(hua)工等(deng)領(ling)域的(de)傳熱管已廣(guang)泛使用(yong)。到1983年，在16年的(de)時(shi)間里，日本生產了(le)用(yong)于世界(jie)各地海(hai)(hai)水淡化(hua)設備的(de)薄壁鈦焊(han)管4038ｔ，至(zhi)今(jin)未發生因海(hai)(hai)水腐(fu)蝕(shi)而損壞的(de)現(xian)象。
(1)通風凝結器和噴射壓氣機
日(ri)本真正的(de)海水淡化(hua)設(she)備是1967年由(you)松(song)島碳礦株式會社(she)建成的(de)2650ｔ/ｄ海水淡化(hua)設(she)備。該(gai)裝置的(de)通風凝結器及噴射(she)壓氣機的(de)傳熱管和管板，由(you)于受(shou)海水中Bｒ-的(de)腐(fu)蝕(shi)，不能(neng)用(yong)銅合金，換用(yong)鈦后，沒發生過(guo)因(yin)腐(fu)蝕(shi)導致的(de)故障。
(2)熱放出(chu)部冷凝(ning)器
多級閃蒸(zheng)(zheng)冷(leng)凝器(qi)是(shi)將(jiang)海水作冷(leng)卻(que)水，冷(leng)卻(que)各級閃速室產(chan)生的(de)水蒸(zheng)(zheng)氣，由于(yu)海水常混有泥沙(sha)、海生物(wu)，它們在(zai)傳熱(re)管(guan)內及管(guan)端(duan)附(fu)著，侵蝕銅合金管(guan)。因此，現在(zai)幾乎所有的(de)MSF型海水淡化(hua)設備的(de)傳熱(re)冷(leng)凝器(qi)上都使用(yong)了鈦管(guan)。特別是(shi)為(wei)了殺(sha)死海水中(zhong)的(de)細菌(jun)，不(bu)得(de)不(bu)注入氧時，更需使用(yong)耐蝕性好(hao)的(de)鈦管(guan)。
(3)熱回(hui)收部冷(leng)凝器
熱回收部冷(leng)凝器傳熱面積(ji)較大，由于經濟原因，現通常(chang)使(shi)(shi)用銅合(he)金管(guan)，僅在特殊(shu)場合(he)使(shi)(shi)用鈦(tai)管(guan)，如含有氨(an)(an)或(huo)硫(liu)(liu)化氫等(deng)污染物的(de)(de)(de)(de)介(jie)質對銅合(he)金的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)劇烈。1977年(nian)，向(xiang)德國出口的(de)(de)(de)(de)3600ｔ/ｄ的(de)(de)(de)(de)MSF型(xing)淡化裝置，由于它是氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)附屬設備，不(bu)能用銅合(he)金，而采用了鈦(tai)；由于硫(liu)(liu)化氧(yang)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)，秘(mi)魯的(de)(de)(de)(de)3120ｔ/ｄMSP型(xing)淡化設備，使(shi)(shi)用1年(nian)后鋁黃銅管(guan)就發(fa)生了腐(fu)蝕(shi)，最后將全部傳熱管(guan)換成(cheng)了鈦(tai)管(guan)。
據報道，日產(chan)百噸的(de)海水(shui)(shui)淡化裝置用(yong)鈦管(guan)達6萬根．從1967年(nian)(nian)至(zhi)1994年(nian)(nian)，在近30年(nian)(nian)的(de)時間里，共生產(chan)了52套原于能(neng)級火力發電用(yong)冷凝器(qi)和7套海水(shui)(shui)淡化設備，共計使用(yong)鈦焊管(guan)11000ｔ。
3、使用時(shi)應(ying)注意的問題(ti)
(1)電偶腐蝕
鈦在海水中(zhong)電位較正(zheng)，與其它金(jin)屬接(jie)觸時，可促(cu)進其它金(jin)屬的腐蝕。防(fang)止辦法有傳熱管和管板(ban)(ban)均采(cai)用(yong)鈦，或用(yong)犧牲(sheng)陽(yang)極(ji)(ji)的辦法。80℃以上，為防(fang)止吸氫，使用(yong)Fｅ-90％Ni合(he)金(jin)作犧牲(sheng)陽(yang)極(ji)(ji)；80℃以下，使用(yong)涂層或膠襯鋼板(ban)(ban)。
(2)間隙腐蝕
鈦管(guan)采用(yong)擴管(guan)法安(an)裝(zhuang)在(zai)(zai)鈦管(guan)板上(shang)，在(zai)(zai)100℃，pH值為(wei)8的海(hai)水(shui)(shui)中(zhong)可(ke)發生間隙腐蝕．但實際水(shui)(shui)室中(zhong)使用(yong)了銅合(he)金，即使海(hai)水(shui)(shui)溫(wen)度達到120℃，也不會發生間隙腐蝕。在(zai)(zai)現實中(zhong)，為(wei)了提(ti)高設備的可(ke)靠(kao)性，在(zai)(zai)100℃以上(shang)使用(yong)時(shi)多采用(yong)管(guan)端焊接(jie)來防止間隙腐蝕。
(3)吸氫
在80℃以(yi)上的(de)海水中(zhong)；鈦有可能吸(xi)(xi)氫(qing)；施加陰極保護時，過保護時會(hui)引起(qi)吸(xi)(xi)氫(qing)。如采(cai)用Fe-9％Nq合金(jin)作犧牲陽極板時，不(bu)會(hui)發生鈦吸(xi)(xi)氫(qing)。
(4)振(zhen)動(dong)
由于(yu)鈦管(guan)壁薄(bo)，在替換(huan)銅合(he)金管(guan)時，還(huan)應注意管(guan)振(zhen)動(dong)引起的(de)(de)破壞。可(ke)采用比(bi)銅合(he)金管(guan)的(de)(de)管(guan)支(zhi)撐(cheng)板間隔小的(de)(de)方法來解(jie)決這(zhe)一問題(ti)。
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