引言
淡水資源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于淡水資源僅占地球總水量的2.53％，而且空間分布極不均勻。如今淡水資源短缺已經(jīng)成為全球性問題。
使用海水淡化技術(shù)開辟新的淡水資源，增加淡水供應(yīng)總量。已經(jīng)成為世界各國解決淡水匱乏的一種重要途徑。由于海水的腐蝕性很強(qiáng)，海水淡化設(shè)備的設(shè)計和制造必須使用能夠承受海水腐蝕的材料。鈦及鈦合金由于耐海水腐蝕性能良好，在世界范圍內(nèi)取得了廣泛的應(yīng)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及淡化海水需求量的日益增大。其應(yīng)用的深度和廣度都將日趨擴(kuò)大。
1、鈦及鈦合金的特點(diǎn)
鈦及鈦合金由于其耐蝕性強(qiáng)、密度低、比強(qiáng)度高．同時具有較高的抗沖擊性能、良好的加工成型性能。因此被譽(yù)為“海洋金屬”，在海水淡化工程中具有良好的適用性。其特點(diǎn)如下：
(1)比強(qiáng)度高
鈦及鈦合金密度較小，約為碳鋼密度的40％，但是具有較高的強(qiáng)度，因此使用鈦及鈦合金制作的設(shè)備能夠在相同的承壓條件下，大幅度地減輕設(shè)備重量。
(2)對海水耐蝕性好
由于鈦及鈦合金能夠自發(fā)地在與大氣接觸的地方形成致密的氧化膜，并且氧化膜具有自愈合性，在其出現(xiàn)破損時能夠及時地進(jìn)行自身修復(fù)，因此鈦在氯化物水溶液中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時可減少腐蝕裕量：同時由于不需要防腐涂料?？珊喕に嚰敖档统杀?。
(3)較高的抗沖擊性能
由表1可見，鈦及鈦合金具有較高的抗沖擊性能。若使用鈦及鈦合金制作承壓管道，則可有效地提高其抗水周期性沖擊的能力。
(4)良好的成型及加工性能
鈦及鈦合金具有良好的塑性和韌性，可以使用傳統(tǒng)加工技術(shù)生產(chǎn)板材、管材、鍛件及鑄件：焊接性好，使用普通的鎢極氣體保護(hù)焊即可，焊縫的強(qiáng)度和塑性均接近母材。
(5)可回收及再利用
退役的鈦制設(shè)備可以根據(jù)具體腐蝕情況及設(shè)備材料現(xiàn)狀進(jìn)行全面評估，并依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范降級使用；鈦及鈦合金設(shè)備在經(jīng)過長時間使用后，還可對其材料進(jìn)行回收再利用或者降級使用。這樣就可減少設(shè)備在整個服役期的綜合成本。因此從可持續(xù)性及環(huán)保的角度出發(fā)．選用服役期間不易受海水腐蝕的鈦合金是一個趨勢。
2、海水淡化技術(shù)中鈦及鈦合金的應(yīng)用
按照分離方法的不同，可以將海水淡化技術(shù)分為熱法和膜法兩大類。膜法主要包括反滲透和電滲析；熱法包括低溫多效蒸餾、多級閃蒸等。目前應(yīng)用最為廣泛的是低溫多效蒸餾、多級閃蒸及反滲透技術(shù)。截至2006年年底，反滲透海水淡化產(chǎn)量占全球海水淡化總產(chǎn)量的51％，多級閃蒸所占比例為32％，而低溫多效蒸餾所占比例為8％。
2.1 多級閃蒸及低溫多效蒸餾
多級閃蒸(MSF)是將加熱到一定溫度的海水引入閃蒸室進(jìn)行急劇蒸發(fā)的海水淡化技術(shù)。產(chǎn)生的蒸汽冷凝后即為淡水。圖1為多級閃蒸原理示意圖。
低溫多效蒸餾(MED)是利用傳熱管的潛熱來蒸發(fā)經(jīng)過預(yù)熱的海水，管內(nèi)的蒸汽被冷凝成淡水，管外蒸發(fā)得到的二次蒸汽進(jìn)入下一效傳熱管被冷凝，濃縮海水則被排出。
無論是多級閃蒸或是低溫多效蒸餾，傳熱管對材料的耐蝕性要求較高，必須采用價格昂貴的銅合金、特種不銹鋼及鈦合金管材。隨著蒸餾法裝置性能的不斷升級與優(yōu)化，具有優(yōu)異耐腐蝕性能的鈦管獲得了越來越多的應(yīng)用。
世界各國鈦傳熱管在蒸餾法海水淡化中的應(yīng)用例子如表2所示。
2.1.1 鈦傳熱管的應(yīng)用特點(diǎn)
（1）管壁厚度
傳熱管一般為小管徑，壁厚較薄。銅合金材料管一般采用0.75 mm以上的壁厚。由于鈦及鈦合金管材的強(qiáng)度較高，因此廣泛使用0.4~0.7 mm的薄壁鈦焊管。
（2）傳熱系數(shù)
鈦及鈦合金的傳熱系數(shù)較低， 僅為0.16W／(m2·K)，為鋁黃銅的1/6、銅鎳合金的1/1.7。但由于鈦優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以其壁厚可以大大減?。鄬碚f，亦即提升了傳熱效率。
（3）經(jīng)濟(jì)性
目前我國已經(jīng)形成了成熟的鈦材制造、加工技術(shù)，大部分鈦材無需依賴進(jìn)口。單從質(zhì)量上進(jìn)行核算，鈦管價格是銅管的數(shù)倍。若考慮實際應(yīng)用，鈦管的厚度比銅管要薄。并且鈦管的密度僅為銅管的1/2。因此采用薄壁鈦管的整體價格與銅合金基本相當(dāng)。也就是說，鈦管在綜合性能方面具有較強(qiáng)的競爭力。
2.1.2 存在的問題
鈦管雖然在蒸餾法中有著優(yōu)異的特性，但在實際設(shè)備制造及應(yīng)用中仍然存在以下方面的問題。
（1）電位腐蝕
鈦材具有較低的電位，在與其他金屬配合使用時，尤其是與其他金屬直接接觸的部位，容易促使其他金屬的電位腐蝕．導(dǎo)致其他金屬部件出現(xiàn)失效。應(yīng)極力避免這種情況。
（2）震動
若使用薄壁鈦管， 由于其剛性較厚壁管有所降低，因此必須通過增加支撐結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)其剛性，同時還應(yīng)該防止由于震動而引起的破損、泄漏及變形等問題。
（3）鈦焊管制備技術(shù)
近幾年，我國建成了若干條鈦帶生產(chǎn)線，目前已能夠生產(chǎn)純鈦及部分鈦合金鈦帶，為鈦及鈦合金焊管的大規(guī)模生產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的海水淡化裝置的生產(chǎn)規(guī)模比較小。整體水平還有待提高。與發(fā)達(dá)國家相比，我國鈦管技術(shù)的差距主要表現(xiàn)在起步晚、工藝不夠成熟、鈦管成材率低、穩(wěn)定性差等方面，對鈦管生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的掌控還需進(jìn)一步完善。
2.2 反滲透
反滲透(RO)法利用的是反滲透膜的選擇透過性，在一定的壓力下使溶劑(水)通過半透膜進(jìn)入膜的低壓側(cè)，而溶液中的其他組分(鹽)被阻擋在膜的高壓側(cè)，并隨濃縮水排出，從而實現(xiàn)有效分離的淡化方法。圖2為反滲透法原理示意圖。
2.2.1 適用場合
目前文獻(xiàn)中并未出現(xiàn)反滲透法使用鈦及鈦合金的先例，但是在某些特定場合，鈦及鈦合金材料能夠達(dá)到傳統(tǒng)的不銹鋼材料無法達(dá)到的效果。
（1）腐蝕嚴(yán)重的場合
對于目前使用較為普遍的S316L不銹鋼管道而言，在10℃海水中浸泡3個月后，平均腐蝕速率≤0.01mm/a，而焊接接頭處的腐蝕速率達(dá)到了0.015mm/a 。不銹鋼在海水中氯離子的作用下，容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕及晶間腐蝕，導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)斷裂失效。在中東和地中海地區(qū)，部分海水淡化廠采用316L、904L等奧氏體不銹鋼管道。但由于海水溶氧在濃水側(cè)積聚，引起接管處縫隙腐蝕，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)運(yùn)行。而鈦及鈦合金在相同條件下具有極強(qiáng)的耐蝕性。使用鈦或鈦合金管道能夠有效地降低管道腐蝕。
（2）無法維修的場合
在某些無法實現(xiàn)或較難實現(xiàn)設(shè)備維修及維護(hù)的場所．或者因為空間狹小而無法對部分管道進(jìn)行更換的情況，為了保證設(shè)備的可靠性，減少維修所引發(fā)的風(fēng)險，應(yīng)使用鈦及鈦合金材料替代傳統(tǒng)的不銹鋼材料。
（3）總質(zhì)量需要控制的場合
對于總質(zhì)量有要求的設(shè)備．使用鈦及鈦合金材料能夠在滿足強(qiáng)度要求的情況下。大幅地減輕設(shè)備的總質(zhì)量，實現(xiàn)設(shè)備的輕量化。
（4）長壽命要求的場合
由于海水?；煊心嗌?、海生物，它們在傳熱管內(nèi)及管端附著，會侵蝕合金管。而鈦管不會出現(xiàn)這種問題，特別是為了殺死海水中細(xì)菌,不得不注入氧時，更需使用耐蝕性好的鈦管。對于設(shè)備全服役壽命有較高要求的場合，可使用鈦及鈦合金材料。
2.2.2 存在的問題
（1）無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
目前國內(nèi)無反滲透海水淡化用鈦合金管道系統(tǒng)的材料選用、制造、檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范。鈦管管道的規(guī)格及尺寸僅能參考其他材料的設(shè)計方法設(shè)計和選用，因此對鈦及鈦合金的應(yīng)用造成了一定的阻礙。
（2）無應(yīng)用實例，數(shù)據(jù)較少
目前鈦及鈦合金材料在反滲透海水淡化工程中無大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的實例．因此缺乏實際應(yīng)用數(shù)據(jù)，無法有效地對其性能進(jìn)行綜合評價。
（3）成本較高
目前鈦及鈦合金材料的價格略貴于其他常用材料。這是阻礙鈦及鈦合金推廣的最大原因，直接影響了鈦材料在海水淡化領(lǐng)域的推廣使用。若將鈦與雙相不銹鋼進(jìn)行對比，鈦材的密度僅為雙相不銹鋼的56％ ，使用相同規(guī)格的鈦材料，其質(zhì)量僅為雙相不銹鋼的1/2，因此采用鈦材的成本基本與雙相不銹鋼相當(dāng)。但耐蝕性更加優(yōu)良。
3、展望及建議
目前，我國海水淡化技術(shù)已經(jīng)較為成熟，已建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的千噸級和萬噸級示范工程，是完全獨(dú)立掌握海水淡化技術(shù)的少數(shù)幾個國家之一。隨著海水淡化技術(shù)的發(fā)展以及海水淡化市場的開拓，鈦及鈦合金材料有著良好的應(yīng)用前景。
為了更好地將鈦及鈦合金應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，提高我國的海水淡化技術(shù)水平，促進(jìn)海水淡化事業(yè)的發(fā)展，提出以下幾點(diǎn)建議：
（1）加強(qiáng)海水淡化研發(fā)、應(yīng)用單位與鈦材、鈦設(shè)備生產(chǎn)制造單位的合作，大量收集鈦合金在反滲透海水淡化系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)。共同建立鈦合金反滲透海水淡化的標(biāo)準(zhǔn)體系。
（2）加強(qiáng)傳統(tǒng)鈦合金材料及鈦設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)、裝備的改造和升級，發(fā)展傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)潛力，提高生產(chǎn)素質(zhì)和市場競爭力。
（3）加大力度發(fā)展深加工技術(shù)，實施精品戰(zhàn)略，促進(jìn)鈦合金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增強(qiáng)鈦合金附加價值，打造具有國際競爭力的優(yōu)秀品牌。
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