關(guān)鍵詞 ：雙相不銹鋼，復(fù)合板，海水淡化，應(yīng)用前景
引言
雖然地球表面四分之三被水覆蓋，但其中97.5%為海水等咸水資源，可利用的淡水資源(如河水、湖水及淺層地下水)很少，約占 0.2%，且分布不均。隨著人類社會(huì)發(fā)展，對(duì)淡水資源的需求不斷增加;加之對(duì)水資源的超限度的開(kāi)采、無(wú)節(jié)制的浪費(fèi)及污染，使得淡水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要瓶頸。我國(guó)也是缺水國(guó)家之一，多年的平均年缺水量均約為404億m3，水資源短缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素之一。為緩解水資源危機(jī)，除了厲行節(jié)水、跨流域調(diào)水(如南水北調(diào))等措施外，積極推行海水淡化也是緩解淡水資源緊缺的有效方法之一。海水由于儲(chǔ)量豐富，可作為常規(guī)水資源的重要補(bǔ)充和戰(zhàn)略儲(chǔ)備，從而實(shí)現(xiàn)水資源增量。發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，對(duì)保障我國(guó)水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用具有重要戰(zhàn)略意義。國(guó)內(nèi)外相對(duì)成熟且規(guī)?；瘧?yīng)用的海水淡化技術(shù)主要有低溫多效蒸餾(LT-MED)、反滲透(RO)和多級(jí)閃蒸(MSF)三種，其中低溫多效蒸餾是適用于鋼廠的一種方式。但整體來(lái)看，目前海水淡化的成本較高，普遍在5-8元/噸，高于市政用水。 因此降成本是提高海水淡化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要措施，對(duì)于低溫多效蒸餾法，蒸發(fā)器等關(guān)鍵設(shè)備投資占比較大，也是制約其成本的關(guān)鍵因素。鑒于低溫多效蒸餾對(duì)設(shè)備的耐蝕性要求較高，蒸發(fā)器及相關(guān)管道多采用純不銹鋼(如雙相不銹鋼)、鈦等，價(jià)格昂貴。如果開(kāi)發(fā)出一種可適用于海水淡化工況且性價(jià)比更高的材料，將極大的降低海水淡化投資及成本，其中雙相不銹鋼復(fù)合板就是一種理想選擇。對(duì)此，本文結(jié)合海水淡化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)雙相不銹鋼復(fù)合板在海水淡化工程的應(yīng)用前景進(jìn)行展望，并就相關(guān)實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行介紹。以進(jìn)一步推進(jìn)雙相不銹鋼復(fù)合板在其他低溫多效蒸餾海水淡化工程中的應(yīng)用，并提供參考。
1. 海淡技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 海水淡化是通過(guò)蒸餾、過(guò)濾及膜滲透等方法脫除海水中的大部分鹽類，使處理后的海水達(dá)到生活和生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)的水處理技術(shù)。傳統(tǒng)的海水淡化工藝目前已發(fā)展得相對(duì)成熟，國(guó)際上規(guī)模化應(yīng)用的主流技術(shù)有低溫多效蒸餾(LT-MED)、多級(jí)閃蒸和反滲透;此外隨著全球?qū)Ｋ夹g(shù)的重視，海水淡化技術(shù)得到了高速的發(fā)展，除這幾類傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)外，海水淡化技術(shù)也出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)，如發(fā)展集成海水淡化技術(shù)及開(kāi)發(fā)新能源、發(fā)展新能源海水淡化技術(shù)等。
1.1傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)
（1）低溫多效蒸餾工藝 多效蒸餾 MED 技術(shù)是最早的海水淡化技術(shù)，在其單效蒸餾的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展為低溫和高溫多效蒸餾 。低溫多效蒸餾 (LT-MED)工藝是將一系列的蒸發(fā)器串聯(lián)起來(lái)獲得純凈水的技術(shù)，其主要工藝設(shè)備有蒸發(fā)器、TVC、冷凝器、回?zé)崞?、電氣自控設(shè)備及工藝管道等，被認(rèn)為是第二代熱法海水淡化廠的主流技術(shù)，是熱法海水淡化技術(shù)發(fā)展的方向。LT-MED 技術(shù)的主要特點(diǎn)是操作溫度低，有效緩解了設(shè)備腐蝕及水垢的生成，運(yùn)行壽命長(zhǎng)，維護(hù)量少，操作安全可靠;熱效率高，動(dòng)力消耗小;凈化率高，產(chǎn)水水質(zhì)好;雖然該設(shè)備緩解了水垢生成，卻并未根除，仍需定期清洗換熱管外壁去除水垢, 以維持系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行;低溫余熱不穩(wěn)定，設(shè)備體積較大，裝置費(fèi)用較高。因此，LT-MED適用于大規(guī)模項(xiàng)目，適合與電廠、鋼鐵、化工結(jié)合，甚至工業(yè)與市政結(jié)合，會(huì)提高 LT-MED 的綜合效率，更好的體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。
（2）多級(jí)閃蒸工藝 多級(jí)閃蒸 (MSF) 技術(shù)原理是將海水預(yù)熱后引入閃蒸室，閃蒸室的壓力低于將要進(jìn)入的鹽水所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力，鹽水由于溫度過(guò)高而進(jìn)行閃蒸得到水蒸氣，將水蒸氣冷凝得到淡水。MSF 技術(shù)的主要特點(diǎn)是對(duì)海水預(yù)處理要求較低，且加熱和蒸發(fā)過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行，設(shè)備不易結(jié)垢，運(yùn)行維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單;單機(jī)容量大，產(chǎn)水水質(zhì)高;操作彈性小，不適用于造水量變化大的場(chǎng)合;設(shè)備成本高，初期建設(shè)工程量大;需要較大量的海水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán) , 泵的動(dòng)力消耗大，多與發(fā)電站相鄰建立。
（3）反滲透工藝 反滲透法(RO)技術(shù)是利用半透膜的滲透原理，在半透膜的一側(cè)對(duì)海水施加大于滲透壓的壓力，海水中的水分子會(huì)透過(guò)半透膜到另一則，而鹽份則留在原海水中，這種與自然滲透相反的水遷移過(guò)程連續(xù)產(chǎn)出淡水的方法稱為反滲透海水淡化。由于反滲透法能耗低，得到 了快速推廣和發(fā)展，目前已成為應(yīng)用最廣的海水淡化技術(shù)。RO 技術(shù)主要特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，裝置緊湊，操作方便;常溫操作，無(wú)相變，能耗低;但半透膜對(duì)海水中的顆粒及污染物敏感，預(yù)處理要求較高，成本高。此外，在設(shè)備運(yùn)行期間，各種污染物的沉積會(huì)對(duì)膜造成污染，因此還需對(duì)膜進(jìn)行定期的清洗、除污和消毒。
1.2 新興海水淡化技術(shù)
(1）集成海水淡化技術(shù)
為了進(jìn)一步降低海水淡化能耗，除了反滲透淡化技術(shù)外，海水淡化工藝集成技術(shù)也開(kāi)始得到重視，通過(guò)集成工藝可以有效發(fā)揮各工藝的優(yōu)勢(shì)，提高能源利用率，改善出水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，主要包括如下形式：
膜蒸餾 ，是一種以熱蒸餾驅(qū)動(dòng)膜分離的新型海水淡化集成方法，需要熱源對(duì)海水進(jìn)行加熱，受熱蒸發(fā)的水蒸汽的積累產(chǎn)生一定的蒸汽分壓。膜兩側(cè)的蒸汽分壓差所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力使水蒸汽能源源不斷的透過(guò)疏水膜，水分子氣化通過(guò)膜后再進(jìn)行冷凝實(shí)現(xiàn)了海水的水鹽分離 。該方法混合了熱法和膜法的優(yōu)勢(shì)，分離效率高且操作條件溫和，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，預(yù)處理要求低。但尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，如何提高膜通量及熱效率成為膜蒸餾發(fā)展的關(guān)鍵。
RO與MSF 集成 ，MSF具有產(chǎn)水水質(zhì)好，但效率低且較易結(jié)垢，而RO則產(chǎn)水效率高，水質(zhì)較差，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以降低產(chǎn)水成本，提高海水淡化的效率。目前，兩者集成工藝早已商品化。
RO與電滲析集成 ，將電滲析作為預(yù)脫鹽工段，降低海水的含鹽量，隨后通過(guò)反滲透膜達(dá)到海水淡化的目的。該集成工藝降低了海水對(duì)金屬管道的腐蝕性，同時(shí)降低反滲透的壓力，大幅節(jié)約能耗。
(2)新能源海水淡化技術(shù) 由于太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等清潔能源具有儲(chǔ)量大、環(huán)境友好、可持續(xù)利用的特點(diǎn)，將新能源應(yīng)用于海水淡化成為全球發(fā)展的趨勢(shì)。
利用太陽(yáng)能 。目前有兩種技術(shù)思路：一是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能使海水發(fā)生相變，即太陽(yáng)能光熱海水淡化技術(shù);二是利用太陽(yáng)能發(fā)電，驅(qū)動(dòng)海水淡化，即太陽(yáng)能發(fā)電海水淡化技術(shù)。近期仍將以太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)的蒸餾法為主，目前太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)應(yīng)用的最大障礙在于不穩(wěn)定性強(qiáng)、效率低、成本高與規(guī)模小，不同的地區(qū)由于地理位置和氣象等不同的因素，對(duì)于將太陽(yáng)能運(yùn)用于海水淡化技術(shù)具有不同的優(yōu)勢(shì)。為了提高利用太陽(yáng)能的效率，需要不斷優(yōu)化集熱及光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)不斷改善海水淡化的技術(shù)，提高太陽(yáng)能在海水淡化中的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性 。
利用風(fēng)能。 按風(fēng)能轉(zhuǎn)換方式的不同分為兩種：一種為利用風(fēng)力渦輪的旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能直接驅(qū)動(dòng)海水淡化用能設(shè)備;另一種為利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，先將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，再驅(qū)動(dòng)海水淡化用能設(shè)備。利用風(fēng)能進(jìn)行海水淡化還存在一些問(wèn)題，具有間歇性和不穩(wěn)定性，如何使傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)適應(yīng)風(fēng)能，是發(fā)展風(fēng)能海水淡化項(xiàng)目的關(guān)鍵。
利用核能。 核能海水淡化是利用核反應(yīng)堆釋放出的熱能或者轉(zhuǎn)化后的電能作為驅(qū)動(dòng)能量進(jìn)行海水淡化。通過(guò)相關(guān)研究，核能海水淡化已經(jīng)成為成熟的商業(yè)技術(shù)，被許多國(guó)家所利用。但核能的特殊性，其與海水淡化結(jié)合應(yīng)考慮核廢料的放射性及安全性，確保淡化水及周圍環(huán)境不受放射性的污染。
另外，利用海洋能驅(qū)動(dòng)(潮汐能、波浪能等)海水淡化、地?zé)岷Ｋ夹g(shù)以及生物質(zhì)能海水淡化系統(tǒng)均取得了一定進(jìn)展并在相關(guān)項(xiàng)目獲得應(yīng)用。此外，正滲透、電容去離子、離子濃差極化、電化學(xué)介導(dǎo)、碳納米管、旋轉(zhuǎn)離心力、超臨界海水淡化、磁流體及超空化等新型海水淡化技術(shù)也進(jìn)入實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，在防垢、能耗、淡化效率、成本等方面更具優(yōu)勢(shì)，未來(lái)隨著技術(shù)的成熟也會(huì)逐漸得以實(shí)際應(yīng)用。
2. 海水淡化工程用材的特點(diǎn)
由于海水中含有較高含量的氯離子，對(duì)材料有較強(qiáng)的腐蝕性，顯著降低設(shè)備的使用壽命。對(duì)于低溫多效海水淡化裝置，其蒸發(fā)器及冷凝器裝置內(nèi)部由高溫濃海水、鹽霧及蒸汽構(gòu)成了一個(gè)高溫(45-70℃)、高濕(100%)、高鹽度(~6%NaCl)的工作環(huán)境，適當(dāng)殼體及管道極易遭受電化學(xué)腐蝕，尤其是局部腐蝕和焊縫腐蝕。因此，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大量采用銅合金、鋁合金、不銹鋼、鈦等高耐蝕性材料。
銅合金一般作為清潔海水中冷卻器管的材料，主要有鋁黃銅、海軍銅等，銅合金材料與海水接觸時(shí)表面生成一層氧化亞銅保護(hù)膜，這層膜可提高銅管的耐蝕性，但是銅管在使用過(guò)程中也有產(chǎn)生沖蝕與沉積腐蝕的現(xiàn)象。
鋁合金在海淡裝置中也有應(yīng)用，但其在海水中抗污損能力較差，污損海生物對(duì)鋁合金有明顯腐蝕。因此，鋁合金在海水淡化工業(yè)中使用時(shí)常常會(huì)在間隙或邊緣發(fā)生點(diǎn)蝕。
鈦對(duì)氯離子也具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，常用于蒸發(fā)器管道，在海水中，鈦的腐蝕率僅為0.003mm/年(而銅的腐蝕率為0.05mm/年，鋁的腐蝕率為0.01mm/年)，且鈦材在海水環(huán)境中的使用壽命約為不銹鋼的2倍，全壽命周期成本更低。
目前低溫多效蒸發(fā)器用鋼量最大的是蒸發(fā)器殼體，所用材料有碳鋼+涂層和雙相不銹鋼，整體來(lái)看，碳鋼+涂層技術(shù)主要掌握在國(guó)外少數(shù)幾個(gè)廠家手中、維護(hù)成本較高，雙相不銹鋼整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐蝕性良好，維護(hù)成本低，因此獲得了越來(lái)越廣的應(yīng)用。但雙相不銹鋼的價(jià)格較高，不利于海水淡化成本控制。隨著復(fù)合板制造技術(shù)的成熟及推廣，雙相不銹鋼復(fù)合板開(kāi)始得到了更多關(guān)注，由于其兼具雙相不銹鋼與碳鋼的雙重性能優(yōu)勢(shì)，可同時(shí)滿足海水淡化蒸發(fā)器的耐蝕及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，并大幅降低材料及設(shè)備建造成本，是海水淡化蒸發(fā)器用材的理想選擇之一，對(duì)降低海水淡化整體成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
