海水淡化技术是开发利用和保护水资源的重要手段和有效方法，海水淡化产业的高速发展，对缓解全球淡水资源短缺、供需矛盾日趋突出和环境污染日益严重等一系列重大问题具有深远的战略意义。 海水淡化方法按分离过程可分为蒸馏法、冷冻法、反渗透法、太阳能法、电解析法、结晶法、溶剂萃取法和离子交换法等。虽然海水淡化方法多种多样，但目前世界上使用较多 且规模化应用的海水淡化只有多级闪蒸(MSF)、低温多效(MED)、反渗透法(RO)等方法。目前来看全世界范围内再装机组还是以低温多效(MED)为主，占到整个海水淡化机组的 一半以上。

1、低温多效海水淡化的基本原理及现有材料的问题

1.1低温多效海水淡化的基本原理

所谓低温多效海水淡化技术是指蒸发器内处于中度真空环境下，使得盐水的沸点降低至70℃的海水淡化技术，其主要机构形式为把一系列水平管降膜蒸发器串联起来形成许多能效组，利用废热蒸汽输入各个能效组对海水进行不断地蒸发，对海水产生的二次蒸汽进行冷凝，从而得到蒸馏水，并且使未凝结蒸汽进入下一级蒸发器作为热源蒸汽循环使用的 海水淡化技术。低温多效海水淡化的工艺流程如图1所示。

低温多效蒸馏海水淡化技术,利用热电厂、化工厂、钢铁、低温核反应堆提供的废热蒸汽,即可缓解沿海地区企业的缺水问题，又能实现资源综合利用，让淡水成本显著降低。

所以在一定程度上推进了低温多效海水淡化的发展。利用废热蒸汽对海水进行蒸发形成二次蒸汽，二次蒸汽经过冷凝凝结成淡水，通过调整二次蒸汽的产量和冷凝速率达到比较理 想的产水比，特别适合于利用低位余热的大中型海水淡化使用。低温多效海水淡化技术生产的淡水盐度<5mg/L,完全可以满足工业锅炉用水、生产过程工艺用水、大规模的市政饮 用水用水的要求。

1.2低温多效海水淡化工业中现有材料存在的问题

海水具有腐蚀性电解质溶液特性，当淡化设备使用普通碳钢材料时，海水作为介质会对材料产生严重腐蚀，显著降低设备的使用寿命。

不锈钢材料在海洋大气中耐蚀性较好，但是处于全浸区时腐蚀现象严重，而且不锈钢材料与异种金属接触会导致电偶腐蚀，不锈钢材料管道内海水流速需适宜,过小会引起杂物沉积腐蚀，过大会冲击钝化膜，局部膜破坏后引起点蚀等腐蚀。

铜合金材料一般作为清洁海水中冷却器管子的材料，主要有海军铜、铝黄铜等，铜合金材料与海水接触时表面生成一层氧化亚铜保护膜，可提高铜管的耐蚀性，但是铜管在使用过程中会产生冲蚀与沉积腐蚀现象。

铝合金材料在海水中几乎不具备抗污损能力，污损海生物对铝合金有明显腐蚀倾向。铝合金材料在海水淡化工业中使用时常常会在间隙或边缘出现表面腐蚀较深的点蚀，这是海水中污损生物引起的铝合金材料缝隙腐蚀问题。

2、钛材在低温多效海水淡化中的优势

钛材的密度为4.51g/cm3，高于铝合金但低于不锈钢与铜合金，但钛材比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。钛的表面暴露在大气或者水溶液中，立即会形成氧化膜，例如在室温大气中氧化膜厚度约为1.2~1.6nm,并随时间的延长而增厚，70天增厚到5nm，545天以后氧化膜厚度逐渐增加到8~9nm。所以在制造装配过程中对钛材表面氧化膜损伤，钛材表面会很快与氧气化合形成新的氧化膜。

钛对氯离子也具有很强的抗腐蚀性，在海水中，铜的腐蚀率为0.05mm/年，铝的腐蚀率为0.01mm/年，而钛的腐蚀率仅为0.003mm/年。

对于海水淡化蒸发器而言，蒸发管作为设备的核心部件。蒸发管的使用寿命直接决定了蒸发器的维修频率和维修及维护成本，所以对于碳钢、不锈钢、铜合金以及铝合金蒸发管来说，钛蒸发管的使用年限明显更长。海水中含有大量泥沙、微生物，海水进入蒸发后泥沙及微生物后附着于蒸发管内部，使得该部位合金管出现间隙腐蚀、堵塞等问题，严重时 会使蒸发管失效。然而钛材蒸发管就不会出现此类问题，为了保证水质有时不得不注入氧来杀死海水中的微生物时，更需使用耐蚀性能优异的钛材蒸发管；钛材的导热系数虽然比 碳钢、铜合金、铝合金低，但由于钛材具有优异的耐腐蚀性能，所以钛材蒸发管壁厚可以大大减薄，同样作业条件下，钛管壁厚仅为铜管的一半；海水流速为3~5m/s时，钛制海水淡化设备的生物污堵现象最为轻微，钛换热器的污堵系数约为0.99~0.95，而且钛表面不易结垢，可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。

钛材低温多效海水淡化设备的总造价约为不锈钢低温多效海水淡化设备的2.5倍，但钛材在海水环境中的使用寿命约为不锈钢的2倍，因此使用钛材可有效降低管道和设备的维修成本，同时延长了设备和管道的使用时间，经过对使用周期内的运行成本核算实际上是降低了成本。由于钛材设备及管道在低温多效海水淡化系统中不存在腐蚀问题，避免了设备及管道的腐蚀从而对产水系统产生腐蚀。所以钛材是低温多效海水淡化工业中的一种理想材料。

3、国内外使用情况

日本对于低温多效海水的应用研究起步最早最成熟的国家，同时也是世界上最早在低温多效海水淡化工业中采用钛材。从十九世纪七十年代开始日本工业技术研究院就开始在低温多效海水淡化蒸发器中使用直径φ19，壁厚分别为0.3mm和0.4mm钛管作为蒸发管及冷凝管进行试验。通过报道显示目前日本已经在低温多效海水淡化设备中成熟使用了0.5~0.7mm壁厚的钛管。根据相关资料显示日本在已建成的低温多效海水淡化装置中的钛材使用总量达到了8000吨，采用φ18×0.5和φ19.05×0.5的钛管作为蒸发管使用，而冷凝管采用φ22×0.6和φ25.4×0.7的钛管。由于钛材有着优良的耐蚀性所以在海水含盐量高、水温高、水污染比较严重的地方，钛材的用量将大大提高。目前日本在低温多效海水淡化设备中每万吨产水装置约使用5—10吨钛材。

相对于日本来说国内关于钛材在低温多效海水淡化的应用研究起步较晚，从目前公开资料显示国内在西沙群岛建成一台日产水200吨的低温多效海水淡化装置已使用钛材，另外在部分海水淡化装置热放部位也使用钛焊管使用情况良好，为未来钛材在低温多效海水淡化工业的应用提供了有力依据。

4、结语

随着中国沿海地区淡水需求的日益增加，低温多效海水淡化工业作为海水淡化工业的龙头必将成为我国的一项新兴产业。由于近年来钛材价格大幅下滑，使得钛材材料费在整个低温多效海水淡化装置所占比重也大幅下滑，因此钛材在低温多效海水淡化工业中的应用将有很广阔的市场前景。

参考文献

[1]张文毓.钛及钛合金在海水淡化中的应用[J].新材料产业，2009（3），30-33.

[2]尹建华，冯厚军，阮国玲.低温多效蒸馏海水淡化技术[J].海洋技术，2002，21（4）：22-26.

[3]邹武装.钛手册[M].北京：化学工业出版社，2012.[4]王日义.海水冷却系统的腐蚀极其控制[M].北京：化学工业出版社，2006.

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