關鍵詞 ：雙相不銹鋼，復合板，海水淡化，應用前景

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。隨著人類社會發(fā)展，對淡水資源的需求不斷增加;加之對水資源的超限度的開采、無節(jié)制的浪費及污染，使得淡水資源短缺問題日益嚴重，成為制約經濟社會發(fā)展的重要瓶頸。我國也是缺水國家之一，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經濟社會高質量發(fā)展的重要因素之一。為緩解水資源危機，除了厲行節(jié)水、跨流域調水(如南水北調)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。海水由于儲量豐富，可作為常規(guī)水資源的重要補充和戰(zhàn)略儲備，從而實現(xiàn)水資源增量。發(fā)展海水淡化產業(yè)，對保障我國水資源可持續(xù)開發(fā)利用具有重要戰(zhàn)略意義。國內外相對成熟且規(guī)模化應用的海水淡化技術主要有低溫多效蒸餾(LT-MED)、反滲透(RO)和多級閃蒸(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競爭能力的重要措施，對于低溫多效蒸餾法，蒸發(fā)器等關鍵設備投資占比較大，也是制約其成本的關鍵因素。鑒于低溫多效蒸餾對設備的耐蝕性要求較高，蒸發(fā)器及相關管道多采用純不銹鋼(如雙相不銹鋼)、鈦等，價格昂貴。如果開發(fā)出一種可適用于海水淡化工況且性價比更高的材料，將極大的降低海水淡化投資及成本，其中雙相不銹鋼復合板就是一種理想選擇。對此，本文結合海水淡化技術發(fā)展趨勢，對雙相不銹鋼復合板在海水淡化工程的應用前景進行展望，并就相關實踐應用進行介紹。以進一步推進雙相不銹鋼復合板在其他低溫多效蒸餾海水淡化工程中的應用，并提供參考。

1. 海淡技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 海水淡化是通過蒸餾、過濾及膜滲透等方法脫除海水中的大部分鹽類，使處理后的海水達到生活和生產用水標準的水處理技術。傳統(tǒng)的海水淡化工藝目前已發(fā)展得相對成熟，國際上規(guī)?；瘧玫闹髁骷夹g有低溫多效蒸餾(LT-MED)、多級閃蒸和反滲透;此外隨著全球對海水淡化技術的重視，海水淡化技術得到了高速的發(fā)展，除這幾類傳統(tǒng)海水淡化技術外，海水淡化技術也出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢，如發(fā)展集成海水淡化技術及開發(fā)新能源、發(fā)展新能源海水淡化技術等。

1.1傳統(tǒng)海水淡化技術

（1）低溫多效蒸餾工藝 多效蒸餾 MED 技術是最早的海水淡化技術，在其單效蒸餾的基礎上逐漸發(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)起來獲得純凈水的技術，其主要工藝設備有蒸發(fā)器、TVC、冷凝器、回熱器、電氣自控設備及工藝管道等，被認為是第二代熱法海水淡化廠的主流技術，是熱法海水淡化技術發(fā)展的方向。LT-MED 技術的主要特點是操作溫度低，有效緩解了設備腐蝕及水垢的生成，運行壽命長，維護量少，操作安全可靠;熱效率高，動力消耗小;凈化率高，產水水質好;雖然該設備緩解了水垢生成，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)定運行;低溫余熱不穩(wěn)定，設備體積較大，裝置費用較高。因此，LT-MED適用于大規(guī)模項目，適合與電廠、鋼鐵、化工結合，甚至工業(yè)與市政結合，會提高 LT-MED 的綜合效率，更好的體現(xiàn)其優(yōu)勢。

（2）多級閃蒸工藝 多級閃蒸 (MSF) 技術原理是將海水預熱后引入閃蒸室，閃蒸室的壓力低于將要進入的鹽水所對應的飽和蒸汽壓力，鹽水由于溫度過高而進行閃蒸得到水蒸氣，將水蒸氣冷凝得到淡水。MSF 技術的主要特點是對海水預處理要求較低，且加熱和蒸發(fā)過程分開進行，設備不易結垢，運行維護相對簡單;單機容量大，產水水質高;操作彈性小，不適用于造水量變化大的場合;設備成本高，初期建設工程量大;需要較大量的海水在系統(tǒng)內循環(huán) , 泵的動力消耗大，多與發(fā)電站相鄰建立。

（3）反滲透工藝 反滲透法(RO)技術是利用半透膜的滲透原理，在半透膜的一側對海水施加大于滲透壓的壓力，海水中的水分子會透過半透膜到另一則，而鹽份則留在原海水中，這種與自然滲透相反的水遷移過程連續(xù)產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，目前已成為應用最廣的海水淡化技術。RO 技術主要特點是設備簡單，裝置緊湊，操作方便;常溫操作，無相變，能耗低;但半透膜對海水中的顆粒及污染物敏感，預處理要求較高，成本高。此外，在設備運行期間，各種污染物的沉積會對膜造成污染，因此還需對膜進行定期的清洗、除污和消毒。

1.2 新興海水淡化技術

(1）集成海水淡化技術

為了進一步降低海水淡化能耗，除了反滲透淡化技術外，海水淡化工藝集成技術也開始得到重視，通過集成工藝可以有效發(fā)揮各工藝的優(yōu)勢，提高能源利用率，改善出水質量，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，主要包括如下形式：

膜蒸餾 ，是一種以熱蒸餾驅動膜分離的新型海水淡化集成方法，需要熱源對海水進行加熱，受熱蒸發(fā)的水蒸汽的積累產生一定的蒸汽分壓。膜兩側的蒸汽分壓差所產生的驅動力使水蒸汽能源源不斷的透過疏水膜，水分子氣化通過膜后再進行冷凝實現(xiàn)了海水的水鹽分離 。該方法混合了熱法和膜法的優(yōu)勢，分離效率高且操作條件溫和，結構簡單緊湊，預處理要求低。但尚未實現(xiàn)工業(yè)化，如何提高膜通量及熱效率成為膜蒸餾發(fā)展的關鍵。

RO與MSF 集成 ，MSF具有產水水質好，但效率低且較易結垢，而RO則產水效率高，水質較差，兩者優(yōu)勢互補，可以降低產水成本，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 ，將電滲析作為預脫鹽工段，降低海水的含鹽量，隨后通過反滲透膜達到海水淡化的目的。該集成工藝降低了海水對金屬管道的腐蝕性，同時降低反滲透的壓力，大幅節(jié)約能耗。

(2)新能源海水淡化技術 由于太陽能、風能、核能等清潔能源具有儲量大、環(huán)境友好、可持續(xù)利用的特點，將新能源應用于海水淡化成為全球發(fā)展的趨勢。

利用太陽能 。目前有兩種技術思路：一是將太陽能轉化為熱能使海水發(fā)生相變，即太陽能光熱海水淡化技術;二是利用太陽能發(fā)電，驅動海水淡化，即太陽能發(fā)電海水淡化技術。近期仍將以太陽能光熱轉換而設計的蒸餾法為主，目前太陽能海水淡化技術應用的最大障礙在于不穩(wěn)定性強、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，對于將太陽能運用于海水淡化技術具有不同的優(yōu)勢。為了提高利用太陽能的效率，需要不斷優(yōu)化集熱及光電轉化效率，同時不斷改善海水淡化的技術，提高太陽能在海水淡化中的經濟性及實用性 。

利用風能。 按風能轉換方式的不同分為兩種：一種為利用風力渦輪的旋轉，將風能轉換為機械能直接驅動海水淡化用能設備;另一種為利用風力發(fā)電機，先將風能轉換為電能，再驅動海水淡化用能設備。利用風能進行海水淡化還存在一些問題，具有間歇性和不穩(wěn)定性，如何使傳統(tǒng)的海水淡化技術適應風能，是發(fā)展風能海水淡化項目的關鍵。

利用核能。 核能海水淡化是利用核反應堆釋放出的熱能或者轉化后的電能作為驅動能量進行海水淡化。通過相關研究，核能海水淡化已經成為成熟的商業(yè)技術，被許多國家所利用。但核能的特殊性，其與海水淡化結合應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，利用海洋能驅動(潮汐能、波浪能等)海水淡化、地熱海水淡化技術以及生物質能海水淡化系統(tǒng)均取得了一定進展并在相關項目獲得應用。此外，正滲透、電容去離子、離子濃差極化、電化學介導、碳納米管、旋轉離心力、超臨界海水淡化、磁流體及超空化等新型海水淡化技術也進入實驗研發(fā)階段，在防垢、能耗、淡化效率、成本等方面更具優(yōu)勢，未來隨著技術的成熟也會逐漸得以實際應用。

2. 海水淡化工程用材的特點

由于海水中含有較高含量的氯離子，對材料有較強的腐蝕性，顯著降低設備的使用壽命。對于低溫多效海水淡化裝置，其蒸發(fā)器及冷凝器裝置內部由高溫濃海水、鹽霧及蒸汽構成了一個高溫(45-70℃)、高濕(100%)、高鹽度(~6%NaCl)的工作環(huán)境，適當殼體及管道極易遭受電化學腐蝕，尤其是局部腐蝕和焊縫腐蝕。因此，其內部結構大量采用銅合金、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表面生成一層氧化亞銅保護膜，這層膜可提高銅管的耐蝕性，但是銅管在使用過程中也有產生沖蝕與沉積腐蝕的現(xiàn)象。

鋁合金在海淡裝置中也有應用，但其在海水中抗污損能力較差，污損海生物對鋁合金有明顯腐蝕。因此，鋁合金在海水淡化工業(yè)中使用時常常會在間隙或邊緣發(fā)生點蝕。

鈦對氯離子也具有很強的抗腐蝕性，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，整體來看，碳鋼+涂層技術主要掌握在國外少數(shù)幾個廠家手中、維護成本較高，雙相不銹鋼整體結構強度和耐蝕性良好，維護成本低，因此獲得了越來越廣的應用。但雙相不銹鋼的價格較高，不利于海水淡化成本控制。隨著復合板制造技術的成熟及推廣，雙相不銹鋼復合板開始得到了更多關注，由于其兼具雙相不銹鋼與碳鋼的雙重性能優(yōu)勢，可同時滿足海水淡化蒸發(fā)器的耐蝕及結構強度要求，并大幅降低材料及設備建造成本，是海水淡化蒸發(fā)器用材的理想選擇之一，對降低海水淡化整體成本、提高市場競爭力具有重要意義。