钛材在海水淡化设备上的应用

淡水约占地球水资源的3％，通过海水淡化获取新的淡水资源是今后世界用水的一大趋势．目前，海水淡化已成为像中东这样的水资源缺乏地区获取水源的主要方式。

1、世界海水淡化状况

至1993年，世界各国在5738个地区的海水淡化设备共有9014台，总容量为1.624X107m3／d，仅中东地区总容量就达8．91X106ｍ3／d，占55％，美国为2.37X106ｍ3／d，占重5％。

早在50年代，就已采用海水淡化方法生产淡水．海水淡化的主要方法有：

①蒸发法：多级闪蒸法、单级闪蒸法，立式多效法、横式多效法、浸管法、蒸气压缩法；

②膜法：电透析法、逆浸透法；

③复合法。

其中，蒸发法占60％，逆浸透法占33％，电透析法占5.5％。

2　钛在海水淡化设备中的应用

2.1海水淡化设备中的导热管

原海水淡化设备导热管主要用铜合金管，由于铜合金管存在很多不足，现已被可靠性高且免于维护的钛管所替代．

(1)钛管的壁厚

导热管壁厚由使用条件，管板材料、扩管作业的施工能力、管端的焊接技术等来决定，由于导热管直径小，对强度要求不高，因此实际使用中采用壁厚较薄的管材，一般，铜合金管等壁厚为0.9mm-1.2mm；用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.3mm的薄壁焊管。

２)钛管的导热性 

由于导热管的材质不同，热导率也不同，如钛为17W／(m·k)，铝黄铜为lOOW/（m·k），90／10白铜为47W（m·k），70／30白铜为29W／(m·k)，因此，可通过壁厚的变化控制导热管的导热效果。在以上材料中，钛的热导率最小．如使用薄壁钛焊管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90／10白铜相当，比70/30白铜的要好。

(3)钛管的经济性

钛管的单位质量价格比铜合金贵2-6倍，但从性价比上考虑，钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的钛管质量只是铜合金管的50％，当钛管壁厚为铜合金管的50％时，相同传热面积的钛管质量仅为铜合金管的1／4．按目前的价格水平，采用薄壁钛焊管的整体价格与铝铜管相同，比白铜管还便宜．可见，钛管在价格方面是有竞争力的。

2．2日本薄壁钛焊管的开发和应用

钛带轧制技术的开发成功成为钛焊管批量生产的基础。60年代，在水银法烧碱电解生产中，日本采用了钛丝；90年代初，为防止污染，对烧碱生产工艺进行了改进，随着隔膜法的采用，700多吨的钛带得以应用，以此为契机，日本研究开发了连续生产热轧和冷轧钛带卷的技术，建立了海水淡化和电站冷凝器钛薄壁焊管用的带卷的批量生产体系，相应开发了薄壁焊管的生产技术。

日立，三菱及东芝生产的电站冷凝器，使用了厚0．5mm的钛焊管，三菱、川崎、日立，三井以及神户制钢等公司生产的海水淡化装置，使用了厚0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的钛焊管。

以电站应用为主，钛焊管作为海水淡化、炼铁、船舶、石油精炼、化工等领域的传热管已广泛使用。到1983年，在16年的时间里，日本生产了用于世界各地海水淡化设备的薄壁钛焊管4038ｔ，至今未发生因海水腐蚀而损坏的现象。

(1)通风凝结器和喷射压气机

日本真正的海水淡化设备是1967年由松岛碳矿株式会社建成的2650ｔ/ｄ海水淡化设备。该装置的通风凝结器及喷射压气机的传热管和管板，由于受海水中Bｒ-的腐蚀，不能用铜合金，换用钛后，没发生过因腐蚀导致的故障。

(2)热放出部冷凝器

多级闪蒸冷凝器是将海水作冷却水，冷却各级闪速室产生的水蒸气，由于海水常混有泥沙、海生物，它们在传热管内及管端附着，侵蚀铜合金管。因此，现在几乎所有的MSF型海水淡化设备的传热冷凝器上都使用了钛管。特别是为了杀死海水中的细菌，不得不注入氧时，更需使用耐蚀性好的钛管。

(3)热回收部冷凝器

热回收部冷凝器传热面积较大，由于经济原因，现通常使用铜合金管，仅在特殊场合使用钛管，如含有氨或硫化氢等污染物的介质对铜合金的腐蚀剧烈。1977年，向德国出口的3600ｔ/ｄ的MSF型淡化装置，由于它是氨的附属设备，不能用铜合金，而采用了钛；由于硫化氧的腐蚀，秘鲁的3120ｔ/ｄMSP型淡化设备，使用1年后铝黄铜管就发生了腐蚀，最后将全部传热管换成了钛管。

据报道，日产百吨的海水淡化装置用钛管达6万根．从1967年至1994年，在近30年的时间里，共生产了52套原于能级火力发电用冷凝器和7套海水淡化设备，共计使用钛焊管11000ｔ。

3、使用时应注意的问题

(1)电偶腐蚀

钛在海水中电位较正，与其它金属接触时，可促进其它金属的腐蚀。防止办法有传热管和管板均采用钛，或用牺牲阳极的办法。80℃以上，为防止吸氢，使用Fｅ-90％Ni合金作牺牲阳极；80℃以下，使用涂层或胶衬钢板。

(2)间隙腐蚀

钛管采用扩管法安装在钛管板上，在100℃，pH值为8的海水中可发生间隙腐蚀．但实际水室中使用了铜合金，即使海水温度达到120℃，也不会发生间隙腐蚀。在现实中，为了提高设备的可靠性，在100℃以上使用时多采用管端焊接来防止间隙腐蚀。

(3)吸氢

在80℃以上的海水中；钛有可能吸氢；施加阴极保护时，过保护时会引起吸氢。如采用Fe-9％Nq合金作牺牲阳极板时，不会发生钛吸氢。

(4)振动 

由于钛管壁薄，在替换铜合金管时，还应注意管振动引起的破坏。可采用比铜合金管的管支撑板间隔小的方法来解决这一问题。