鈦材在海水淡化設備上的應用
作(zuo)者： 時間(jian)：2023-08-15 瀏覽：6890人次鈦材(cai)在海水淡化設備(bei)上的應用
淡水(shui)(shui)約占地球(qiu)水(shui)(shui)資源(yuan)的(de)(de)3％，通過海(hai)水(shui)(shui)淡化獲取新(xin)的(de)(de)淡水(shui)(shui)資源(yuan)是今后(hou)世界用(yong)水(shui)(shui)的(de)(de)一大趨(qu)勢．目前，海(hai)水(shui)(shui)淡化已成為像(xiang)中東這樣的(de)(de)水(shui)(shui)資源(yuan)缺乏地區獲取水(shui)(shui)源(yuan)的(de)(de)主要(yao)方式。
1、世界海(hai)水淡化狀況
至1993年，世界(jie)各國在5738個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(jiu)達8．91X106ｍ3／d，占(zhan)55％，美國為2.37X106ｍ3／d，占(zhan)重5％。
早(zao)在50年代，就已采用海水淡(dan)(dan)化(hua)方法生產淡(dan)(dan)水．海水淡(dan)(dan)化(hua)的主要方法有：
①蒸(zheng)發法(fa)(fa)：多級閃蒸(zheng)法(fa)(fa)、單級閃蒸(zheng)法(fa)(fa)，立式(shi)多效法(fa)(fa)、橫式(shi)多效法(fa)(fa)、浸管法(fa)(fa)、蒸(zheng)氣壓縮法(fa)(fa)；
②膜法：電透析法、逆(ni)浸透法；
③復合法。
其中，蒸(zheng)發法占60％，逆浸透法占33％，電透析法占5.5％。
2 鈦(tai)在(zai)海水淡化設備中(zhong)的應用
2.1海(hai)水淡化設備中的導熱管
原海水淡化設備導熱管(guan)主要用銅合金管(guan)，由于銅合金管(guan)存(cun)在很多不足，現已被可靠性(xing)高且免(mian)于維護的(de)鈦管(guan)所替代(dai)．
(1)鈦管的壁厚
導(dao)熱(re)管(guan)壁(bi)(bi)厚由(you)使用條件(jian)，管(guan)板材料、擴管(guan)作業(ye)的(de)施工(gong)能力、管(guan)端的(de)焊(han)接(jie)技術等(deng)來(lai)決定，由(you)于導(dao)熱(re)管(guan)直徑小(xiao)，對強(qiang)度要求不高(gao)，因(yin)此實際使用中采用壁(bi)(bi)厚較薄(bo)的(de)管(guan)材，一般，銅合金管(guan)等(deng)壁(bi)(bi)厚為0.9mm-1.2mm；用鈦管(guan)代替，在腐蝕性小(xiao)的(de)地方(fang)，可用壁(bi)(bi)厚為0.3mm的(de)薄(bo)壁(bi)(bi)焊(han)管(guan)。
２)鈦管(guan)的導(dao)熱(re)性(xing)
由于導(dao)(dao)熱管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)材質(zhi)不(bu)同(tong)，熱導(dao)(dao)率也不(bu)同(tong)，如鈦(tai)(tai)為17W／(m·k)，鋁(lv)黃(huang)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(de)(de)(de)變化控(kong)制導(dao)(dao)熱管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱效果。在以上材料中，鈦(tai)(tai)的(de)(de)(de)熱導(dao)(dao)率最(zui)小(xiao)．如使用薄壁鈦(tai)(tai)焊(han)管(guan)(guan)(guan)，導(dao)(dao)熱性雖然比鋁(lv)黃(huang)銅差，但與90／10白銅相當，比70/30白銅的(de)(de)(de)要好。
(3)鈦管的經濟性
鈦(tai)(tai)管(guan)的(de)(de)(de)單位質量(liang)價(jia)格(ge)比(bi)(bi)銅(tong)(tong)(tong)合(he)(he)金(jin)貴2-6倍(bei)，但從性(xing)價(jia)比(bi)(bi)上考慮，鈦(tai)(tai)管(guan)價(jia)格(ge)可與銅(tong)(tong)(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)抗衡，由于(yu)鈦(tai)(tai)的(de)(de)(de)密度低，壁(bi)厚(hou)(hou)相(xiang)同(tong)(tong)(tong)時，同(tong)(tong)(tong)等長(chang)度的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)管(guan)質量(liang)只是(shi)銅(tong)(tong)(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)的(de)(de)(de)50％，當鈦(tai)(tai)管(guan)壁(bi)厚(hou)(hou)為(wei)銅(tong)(tong)(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)的(de)(de)(de)50％時，相(xiang)同(tong)(tong)(tong)傳熱面(mian)積的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)管(guan)質量(liang)僅為(wei)銅(tong)(tong)(tong)合(he)(he)金(jin)管(guan)的(de)(de)(de)1／4．按目前的(de)(de)(de)價(jia)格(ge)水平，采(cai)用薄壁(bi)鈦(tai)(tai)焊管(guan)的(de)(de)(de)整(zheng)體價(jia)格(ge)與鋁銅(tong)(tong)(tong)管(guan)相(xiang)同(tong)(tong)(tong)，比(bi)(bi)白銅(tong)(tong)(tong)管(guan)還便(bian)宜．可見(jian)，鈦(tai)(tai)管(guan)在價(jia)格(ge)方面(mian)是(shi)有競爭力的(de)(de)(de)。
2．2日(ri)本薄壁鈦(tai)焊(han)管的(de)開發和應用(yong)
鈦(tai)(tai)帶軋制技術(shu)的(de)(de)開(kai)發(fa)成(cheng)功成(cheng)為(wei)鈦(tai)(tai)焊管(guan)(guan)批量生(sheng)產的(de)(de)基礎(chu)。60年代，在水銀法(fa)燒堿電(dian)解生(sheng)產中，日本(ben)(ben)采用了鈦(tai)(tai)絲；90年代初，為(wei)防(fang)止污染，對燒堿生(sheng)產工(gong)藝進行了改進，隨(sui)著隔膜法(fa)的(de)(de)采用，700多噸的(de)(de)鈦(tai)(tai)帶得以應用，以此為(wei)契機，日本(ben)(ben)研究開(kai)發(fa)了連續生(sheng)產熱軋和冷軋鈦(tai)(tai)帶卷(juan)的(de)(de)技術(shu)，建立了海水淡化和電(dian)站(zhan)冷凝(ning)器鈦(tai)(tai)薄壁焊管(guan)(guan)用的(de)(de)帶卷(juan)的(de)(de)批量生(sheng)產體系(xi)，相應開(kai)發(fa)了薄壁焊管(guan)(guan)的(de)(de)生(sheng)產技術(shu)。
日(ri)立，三(san)菱及東芝生產(chan)的(de)電站冷凝(ning)器，使(shi)用(yong)了厚0．5mm的(de)鈦焊管(guan)，三(san)菱、川崎(qi)、日(ri)立，三(san)井以及神戶(hu)制鋼等公(gong)司生產(chan)的(de)海水淡化裝置，使(shi)用(yong)了厚0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的(de)鈦焊管(guan)。
以電站(zhan)應用(yong)為主，鈦(tai)焊(han)管作為海(hai)水淡化(hua)(hua)、煉(lian)鐵、船舶、石油(you)精煉(lian)、化(hua)(hua)工等領域(yu)的(de)傳熱管已(yi)廣(guang)泛使(shi)用(yong)。到1983年，在16年的(de)時間里，日本生產了用(yong)于(yu)世界各地海(hai)水淡化(hua)(hua)設備的(de)薄壁鈦(tai)焊(han)管4038ｔ，至今未發生因海(hai)水腐(fu)蝕而損壞(huai)的(de)現象。
(1)通(tong)風凝結器和噴射壓氣機
日本真(zhen)正的海水(shui)淡化設(she)備(bei)是1967年由松島碳礦株(zhu)式會社建(jian)成的2650ｔ/ｄ海水(shui)淡化設(she)備(bei)。該(gai)裝(zhuang)置的通風凝結(jie)器及噴射壓氣(qi)機的傳熱(re)管(guan)和管(guan)板，由于受海水(shui)中Bｒ-的腐蝕，不能用(yong)銅合金(jin)，換用(yong)鈦后，沒發生過(guo)因(yin)腐蝕導致的故障。
(2)熱放出部冷凝器
多級閃蒸冷凝(ning)器(qi)是將(jiang)海(hai)水(shui)(shui)作冷卻水(shui)(shui)，冷卻各(ge)級閃速(su)室(shi)產生的(de)(de)水(shui)(shui)蒸氣(qi)，由于海(hai)水(shui)(shui)常混有(you)泥沙、海(hai)生物，它們在傳熱(re)管(guan)內及管(guan)端附著，侵蝕銅合金管(guan)。因此，現在幾(ji)乎所有(you)的(de)(de)MSF型海(hai)水(shui)(shui)淡(dan)化設備的(de)(de)傳熱(re)冷凝(ning)器(qi)上都(dou)使(shi)用了鈦管(guan)。特別是為(wei)了殺死海(hai)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)細菌(jun)，不得不注入氧時，更需使(shi)用耐(nai)蝕性好的(de)(de)鈦管(guan)。
(3)熱回收部(bu)冷凝器
熱(re)回收部(bu)(bu)冷凝器傳熱(re)面積較大，由于經濟(ji)原因，現通常(chang)使用銅(tong)合金管，僅在特殊場(chang)合使用鈦(tai)管，如含有氨或硫化氫等污染物(wu)的(de)介質(zhi)對(dui)銅(tong)合金的(de)腐蝕(shi)劇烈。1977年，向德國出口的(de)3600ｔ/ｄ的(de)MSF型(xing)(xing)淡化裝(zhuang)置(zhi)，由于它(ta)是氨的(de)附(fu)屬(shu)設(she)(she)備(bei)，不能用銅(tong)合金，而采用了鈦(tai)；由于硫化氧的(de)腐蝕(shi)，秘魯的(de)3120ｔ/ｄMSP型(xing)(xing)淡化設(she)(she)備(bei)，使用1年后鋁黃銅(tong)管就發生了腐蝕(shi)，最后將全部(bu)(bu)傳熱(re)管換(huan)成了鈦(tai)管。
據報道(dao)，日產百噸的海水淡(dan)化裝置用(yong)鈦管達6萬根(gen)．從1967年(nian)(nian)至1994年(nian)(nian)，在近(jin)30年(nian)(nian)的時(shi)間里，共生產了52套原于能級火力發電(dian)用(yong)冷凝器和7套海水淡(dan)化設(she)備，共計(ji)使用(yong)鈦焊管11000ｔ。
3、使(shi)用時應(ying)注(zhu)意的問題
(1)電偶腐蝕
鈦在海水中電位較正，與(yu)其它(ta)金屬接(jie)觸時(shi)，可促進其它(ta)金屬的(de)腐蝕。防(fang)止(zhi)辦法(fa)有(you)傳(chuan)熱管(guan)和管(guan)板均采用鈦，或用犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極(ji)的(de)辦法(fa)。80℃以上，為防(fang)止(zhi)吸氫，使用Fｅ-90％Ni合金作犧(xi)牲(sheng)陽(yang)極(ji)；80℃以下，使用涂層或膠襯鋼板。
(2)間隙腐蝕
鈦(tai)管(guan)采用(yong)擴管(guan)法(fa)安(an)裝在鈦(tai)管(guan)板(ban)上(shang)，在100℃，pH值(zhi)為8的(de)海水中可發生間(jian)(jian)隙腐(fu)蝕．但實際水室(shi)中使用(yong)了銅合金，即使海水溫度達到120℃，也(ye)不會發生間(jian)(jian)隙腐(fu)蝕。在現(xian)實中，為了提高(gao)設備(bei)的(de)可靠性，在100℃以上(shang)使用(yong)時多采用(yong)管(guan)端焊接來防止(zhi)間(jian)(jian)隙腐(fu)蝕。
(3)吸氫
在80℃以上的海水中；鈦(tai)有可能吸(xi)氫(qing)；施加陰(yin)極(ji)保護時，過保護時會引起吸(xi)氫(qing)。如采用(yong)Fe-9％Nq合金作(zuo)犧牲陽極(ji)板時，不會發生鈦(tai)吸(xi)氫(qing)。
(4)振動
由于鈦管(guan)壁薄，在替換銅(tong)(tong)合金(jin)管(guan)時，還應注(zhu)意管(guan)振動引起的(de)破壞。可采用比銅(tong)(tong)合金(jin)管(guan)的(de)管(guan)支撐(cheng)板間(jian)隔小的(de)方(fang)法來(lai)解決這(zhe)一(yi)問題(ti)。
