鈦材在海水淡化設備上的應用
作者： 時(shi)間：2023-08-15 瀏(liu)覽：7795人次鈦材在海水淡化設(she)備上的應用
淡水(shui)(shui)(shui)約占地(di)球(qiu)水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)的3％，通過(guo)海水(shui)(shui)(shui)淡化獲取(qu)新(xin)的淡水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)是今后(hou)世界用水(shui)(shui)(shui)的一(yi)大趨勢．目前，海水(shui)(shui)(shui)淡化已成(cheng)為像(xiang)中東這(zhe)樣(yang)的水(shui)(shui)(shui)資源(yuan)(yuan)缺乏地(di)區獲取(qu)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)(yuan)的主要(yao)方式。
1、世界海水淡化狀況
至(zhi)1993年(nian)，世界各國(guo)在5738個(ge)地區(qu)的海(hai)水(shui)淡化設備(bei)共有9014臺，總(zong)容(rong)量(liang)為1.624X107m3／d，僅中東地區(qu)總(zong)容(rong)量(liang)就達8．91X106ｍ3／d，占55％，美國(guo)為2.37X106ｍ3／d，占重5％。
早在50年代，就已采(cai)用海水淡化(hua)(hua)方法生產淡水．海水淡化(hua)(hua)的主要方法有：
①蒸(zheng)發法(fa)(fa)：多(duo)級閃蒸(zheng)法(fa)(fa)、單級閃蒸(zheng)法(fa)(fa)，立式(shi)(shi)多(duo)效(xiao)法(fa)(fa)、橫(heng)式(shi)(shi)多(duo)效(xiao)法(fa)(fa)、浸管法(fa)(fa)、蒸(zheng)氣壓縮法(fa)(fa)；
②膜法(fa)(fa)：電(dian)透(tou)析法(fa)(fa)、逆浸透(tou)法(fa)(fa)；
③復合法。
其中，蒸發法(fa)(fa)占(zhan)60％，逆浸透法(fa)(fa)占(zhan)33％，電透析(xi)法(fa)(fa)占(zhan)5.5％。
2 鈦(tai)在海(hai)水淡(dan)化(hua)設(she)備中的應用
2.1海(hai)水淡化設備中的導熱管(guan)
原(yuan)海水淡化設備(bei)導熱(re)管主要用銅合金管，由(you)于銅合金管存在很多不(bu)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(re)(re)管(guan)(guan)(guan)壁(bi)厚(hou)由(you)使用條件，管(guan)(guan)(guan)板材(cai)料(liao)、擴(kuo)管(guan)(guan)(guan)作業的(de)施工能力(li)、管(guan)(guan)(guan)端的(de)焊接(jie)技術等來決定，由(you)于導熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)直(zhi)徑(jing)小(xiao)，對強度要求(qiu)不(bu)高，因(yin)此實(shi)際使用中采用壁(bi)厚(hou)較薄(bo)的(de)管(guan)(guan)(guan)材(cai)，一般(ban)，銅合(he)金管(guan)(guan)(guan)等壁(bi)厚(hou)為(wei)0.9mm-1.2mm；用鈦(tai)管(guan)(guan)(guan)代(dai)替，在腐蝕性(xing)小(xiao)的(de)地方，可用壁(bi)厚(hou)為(wei)0.3mm的(de)薄(bo)壁(bi)焊管(guan)(guan)(guan)。
２)鈦(tai)管的(de)導熱性
由(you)于(yu)導(dao)熱(re)(re)管的(de)材(cai)(cai)質不同，熱(re)(re)導(dao)率也不同，如(ru)鈦(tai)為(wei)17W／(m·k)，鋁(lv)黃銅(tong)(tong)為(wei)lOOW/（m·k），90／10白(bai)銅(tong)(tong)為(wei)47W（m·k），70／30白(bai)銅(tong)(tong)為(wei)29W／(m·k)，因此，可通過壁厚的(de)變化控制導(dao)熱(re)(re)管的(de)導(dao)熱(re)(re)效果(guo)。在以(yi)上材(cai)(cai)料中，鈦(tai)的(de)熱(re)(re)導(dao)率最小．如(ru)使(shi)用薄壁鈦(tai)焊管，導(dao)熱(re)(re)性(xing)雖然比鋁(lv)黃銅(tong)(tong)差(cha)，但與90／10白(bai)銅(tong)(tong)相(xiang)當，比70/30白(bai)銅(tong)(tong)的(de)要(yao)好。
(3)鈦管的經濟性
鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)的單位質(zhi)量價(jia)(jia)格(ge)比銅(tong)(tong)合(he)金(jin)貴2-6倍，但(dan)從性價(jia)(jia)比上考慮，鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)價(jia)(jia)格(ge)可與銅(tong)(tong)合(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)抗衡，由于鈦(tai)(tai)(tai)的密度低(di)，壁(bi)厚(hou)(hou)相(xiang)(xiang)同時(shi)，同等長度的鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)質(zhi)量只(zhi)是銅(tong)(tong)合(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的50％，當鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)壁(bi)厚(hou)(hou)為(wei)銅(tong)(tong)合(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的50％時(shi)，相(xiang)(xiang)同傳熱面積的鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)質(zhi)量僅為(wei)銅(tong)(tong)合(he)金(jin)管(guan)(guan)(guan)的1／4．按目前的價(jia)(jia)格(ge)水平，采(cai)用薄壁(bi)鈦(tai)(tai)(tai)焊管(guan)(guan)(guan)的整體價(jia)(jia)格(ge)與鋁銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)相(xiang)(xiang)同，比白銅(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)還便宜．可見(jian)，鈦(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)(guan)在價(jia)(jia)格(ge)方面是有競爭力的。
2．2日本薄壁(bi)鈦焊(han)管的開(kai)發和應用
鈦帶(dai)(dai)(dai)軋制(zhi)技(ji)術(shu)的開發成(cheng)功(gong)成(cheng)為鈦焊管(guan)批(pi)量生(sheng)產(chan)(chan)的基礎。60年代，在水銀(yin)法燒堿(jian)電(dian)解生(sheng)產(chan)(chan)中(zhong)，日本采用了鈦絲；90年代初，為防止污染，對燒堿(jian)生(sheng)產(chan)(chan)工藝進行了改進，隨著隔膜法的采用，700多噸的鈦帶(dai)(dai)(dai)得以(yi)(yi)應用，以(yi)(yi)此為契機，日本研(yan)究(jiu)開發了連續生(sheng)產(chan)(chan)熱(re)軋和(he)冷(leng)軋鈦帶(dai)(dai)(dai)卷的技(ji)術(shu)，建立了海水淡化(hua)和(he)電(dian)站(zhan)冷(leng)凝器鈦薄(bo)(bo)壁焊管(guan)用的帶(dai)(dai)(dai)卷的批(pi)量生(sheng)產(chan)(chan)體(ti)系，相(xiang)應開發了薄(bo)(bo)壁焊管(guan)的生(sheng)產(chan)(chan)技(ji)術(shu)。
日立(li)，三菱(ling)及東(dong)芝生(sheng)產的(de)電站(zhan)冷凝器，使(shi)用了厚(hou)0．5mm的(de)鈦(tai)焊管(guan)，三菱(ling)、川崎、日立(li)，三井(jing)以及神戶(hu)制鋼等公司生(sheng)產的(de)海(hai)水(shui)淡化裝置，使(shi)用了厚(hou)0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的(de)鈦(tai)焊管(guan)。
以電(dian)站(zhan)應用(yong)為(wei)主，鈦(tai)焊管(guan)作(zuo)為(wei)海(hai)水淡(dan)化、煉(lian)鐵、船(chuan)舶、石(shi)油(you)精煉(lian)、化工等(deng)領(ling)域(yu)的(de)傳(chuan)熱管(guan)已廣泛使(shi)用(yong)。到(dao)1983年(nian)(nian)，在(zai)16年(nian)(nian)的(de)時(shi)間里，日本生產了用(yong)于世界各(ge)地海(hai)水淡(dan)化設備(bei)的(de)薄壁(bi)鈦(tai)焊管(guan)4038ｔ，至(zhi)今(jin)未發(fa)生因海(hai)水腐蝕而(er)損(sun)壞的(de)現(xian)象(xiang)。
(1)通風凝結器(qi)和噴射壓(ya)氣機(ji)
日本真正的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)淡化(hua)設備是(shi)1967年由松島碳礦株式(shi)會社(she)建成的(de)(de)(de)2650ｔ/ｄ海(hai)水(shui)淡化(hua)設備。該裝置的(de)(de)(de)通風凝結器及噴射壓氣機的(de)(de)(de)傳(chuan)熱管和管板，由于受海(hai)水(shui)中Bｒ-的(de)(de)(de)腐(fu)蝕，不能用(yong)銅合金，換用(yong)鈦(tai)后，沒(mei)發生過因(yin)腐(fu)蝕導致的(de)(de)(de)故障(zhang)。
(2)熱放(fang)出部冷凝器
多級(ji)閃蒸(zheng)冷凝器(qi)是將(jiang)海(hai)(hai)水作冷卻水，冷卻各級(ji)閃速室產生(sheng)的(de)水蒸(zheng)氣，由于海(hai)(hai)水常混有(you)泥沙、海(hai)(hai)生(sheng)物，它們(men)在傳熱管內及管端(duan)附著，侵蝕銅合(he)金管。因此，現在幾(ji)乎所有(you)的(de)MSF型海(hai)(hai)水淡化設備的(de)傳熱冷凝器(qi)上都(dou)使用(yong)了鈦管。特別是為了殺(sha)死(si)海(hai)(hai)水中(zhong)的(de)細菌，不(bu)(bu)得不(bu)(bu)注(zhu)入氧時，更(geng)需使用(yong)耐蝕性好的(de)鈦管。
(3)熱回收部冷凝器
熱回收部(bu)冷(leng)凝器傳熱面(mian)積較大，由于經濟原因(yin)，現通常使用(yong)(yong)銅合(he)金(jin)管，僅在特殊(shu)場合(he)使用(yong)(yong)鈦(tai)(tai)管，如含有(you)氨(an)或硫(liu)化氫等污染物(wu)的(de)(de)(de)介(jie)質對(dui)銅合(he)金(jin)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)劇烈(lie)。1977年，向德國(guo)出口的(de)(de)(de)3600ｔ/ｄ的(de)(de)(de)MSF型(xing)淡(dan)化裝置，由于它是氨(an)的(de)(de)(de)附屬設(she)備，不能(neng)用(yong)(yong)銅合(he)金(jin)，而采用(yong)(yong)了鈦(tai)(tai)；由于硫(liu)化氧的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)，秘魯的(de)(de)(de)3120ｔ/ｄMSP型(xing)淡(dan)化設(she)備，使用(yong)(yong)1年后鋁(lv)黃銅管就發生(sheng)了腐(fu)(fu)蝕(shi)，最后將全部(bu)傳熱管換成了鈦(tai)(tai)管。
據(ju)報道，日產(chan)百(bai)噸(dun)的(de)海水淡(dan)化(hua)裝置用(yong)鈦(tai)管達6萬根．從1967年至1994年，在近30年的(de)時間里，共生產(chan)了52套原于能(neng)級火力發電用(yong)冷凝器和7套海水淡(dan)化(hua)設備，共計使用(yong)鈦(tai)焊管11000ｔ。
3、使用時應注(zhu)意的問題
(1)電偶腐蝕
鈦(tai)(tai)在海水中(zhong)電(dian)位(wei)較(jiao)正，與其它金屬接觸時，可(ke)促進其它金屬的(de)腐蝕。防止(zhi)辦法有傳熱(re)管和管板均采用(yong)鈦(tai)(tai)，或用(yong)犧(xi)牲陽(yang)極的(de)辦法。80℃以上，為防止(zhi)吸氫，使用(yong)Fｅ-90％Ni合(he)金作犧(xi)牲陽(yang)極；80℃以下，使用(yong)涂層或膠襯(chen)鋼板。
(2)間隙腐蝕
鈦管(guan)采用(yong)擴管(guan)法安裝在(zai)鈦管(guan)板上，在(zai)100℃，pH值(zhi)為8的(de)海水(shui)(shui)中(zhong)可(ke)發生間(jian)(jian)隙(xi)腐蝕．但實(shi)際水(shui)(shui)室(shi)中(zhong)使(shi)用(yong)了(le)銅合金，即使(shi)海水(shui)(shui)溫度達到120℃，也不會發生間(jian)(jian)隙(xi)腐蝕。在(zai)現實(shi)中(zhong)，為了(le)提高設備的(de)可(ke)靠性，在(zai)100℃以上使(shi)用(yong)時多采用(yong)管(guan)端焊接來防止間(jian)(jian)隙(xi)腐蝕。
(3)吸氫
在(zai)80℃以上的海水中；鈦(tai)有(you)可能吸氫；施加(jia)陰極保護時，過保護時會(hui)引起(qi)吸氫。如采(cai)用Fe-9％Nq合金作犧(xi)牲陽(yang)極板時，不會(hui)發(fa)生鈦(tai)吸氫。
(4)振動(dong)
由于鈦(tai)管(guan)壁薄，在替換(huan)銅合金(jin)管(guan)時(shi)，還應(ying)注意(yi)管(guan)振動(dong)引(yin)起的破壞(huai)。可采用比(bi)銅合金(jin)管(guan)的管(guan)支撐板間隔小的方法(fa)來解(jie)決這(zhe)一(yi)問(wen)題。
