重要防腐蚀材料：钛-海水淡化技术及应用

（一）钛的耐蚀能力

钛在淡水、海水和高温水蒸气（＞300℃）中都不会发生任何形式腐蚀。在热水或高温水蒸气中，钛的外观可能失去光泽，但不会发生腐蚀，因此钛在所有天然水中是最理想的耐蚀材料。

钛在温度高达260℃海水中很耐蚀。污染海水中的钛管凝汽器使用16年，只发现稍微变色而没有任何腐蚀现象。钛在不同深度的海水中暴露多年后均未测得明显腐蚀，即使钛表面有沉积物，也不发生缝隙腐蚀和点蚀。海水中存在硫化物时也不影响钛的耐蚀性。钛能抗高速海水的冲蚀，海水中悬浮摩擦性颗粒对于铜或铝合金十分有害，但对钛影响不大。钛已被公认为海水中最佳抗空泡腐蚀的金属材料之一。

铜基合金换热器管材的持续腐蚀和向废水中排出铜离子终究会给海水淡化工厂造成严重损失，并且恶化生产条件。尤其值得注意的是，铜污染给压水反应堆（PWR）和沸水反应堆（BWR）都带来了特别麻烦的问题。在PWR蒸汽发生管道中，铜沉积物引起局部的凹陷和堵塞，并且因为局部的流速加大而造成管道锈蚀破坏。在BWR中，反应堆内锆棒上的铜沉积物导致热斑和开裂，造成放射性物质进入水蒸气中，其后果不堪设想。如果以钛代铜，这些问题就会迎刃而解。

在侵蚀性介质中，钛表面上所形成的稳定的二氧化钛薄膜具有优良的抗腐蚀能力。焊缝上还是母体上所形成的这种薄膜，不论在焊缝或者热膨胀区都呈现出相同的耐蚀栓。如果钛上的氧化物薄膜受到损伤，就会被湿气或者冷水直接修复。

对于各种不锈钢来说，凹窝腐蚀是一个难以解决的老问题，而钛不仅不受凹窝腐蚀的影响，而且对微生物腐蚀也有免疫能力。毫无疑问，就海水淡化工厂的换热器和其他设备来说，钛的这种特性至关重要。钛管能够以其最小的壁厚满足机械性能方面的一些要求，并且在导热方法上也很有好处。

（二）钛管的导热特性和经济性

与传统的换热器结构形式相比，预先加工的钛换热器具有突出的优点，减少了设备处于停滞和工作中断的时间，可以把钛换热器自由地设计成为一组或者一群，从而限制乃至最大限度地减小震动，并促使热性能最佳化。新型的管—片和支撑板结构使得采用薄壁钛管成为可能。其结果是热传导效率更高，成本比较低，并且限制电化锈蚀。有报道说，在使用了钛冷凝器之后，电力工业的生产率提高了大约3％～4％。

钛的导热率[cal/（cm·s·℃）]是0.041，B30白铜是0.070，但使用簿壁钛管具有比B30更高的导热特性。另外，钛管单价比钢合金管高2～6倍，但是钛比重为4.5，B30白铜为8.94，当钦管壁厚为铜合金管的1/2时，同样导热面积的钛管的重量只相当于铜合金管的1/4，因此，在钛管的单价不超过铜合金管的4倍时，使用钛管就比铜管便宜，从价格方面看，使用钛管是合适的。(www.xing528.com)

（三）钛在海水淡化设施中的应用

早在三十多年前，人们就已经把钛管作为表面换热器安装在海水淡化设备上了；20世纪60年代中期，维京群岛的圣克鲁克斯海水淡化厂规模为150万gal/d的多级闪蒸设备的全部换热器都使用了钛管，从而克服了铜合金换热器所存在的腐蚀等诸多问题。70年代，圣克鲁克斯和Al Jobail等工厂使用了长达570万m的薄壁焊接性管，其中海水加热器的顶部温度达到140℃。统计数字表明，1995年全世界在海水淡化设备中使用了超过4250t钛管，制成的装量包括蒸发器、冷凝器、空气喷射泵冷凝器和其他换热器。

在广泛采用钛制设备的两种海水淡化方法中，都实现了多级闪蒸（急剧蒸发）和蒸汽压力再次增大的蒸发。多级闪蒸设备的固有优点之一是其热源能够来自由发电厂排出的气流，将其与余热结合起来，可以最大限度地提高生产效率，把纯净淡水的生产成本降到最低。

在多级闪蒸设备中，共有三个主要的热交换区段。

第一个是热排除部分，它利用引入未加处理的或者含氯化物的海水作为冷却介质。一般说来，金属的温度约为40℃，其状态与发电厂表面冷凝器的条件差不多，即使发生了部分的管路堵塞，钛也具有必要的耐冲蚀和抗冲击破坏能力，并且不受未处理海水中所含氨和硫化氢的影响。Al Jobail海水淡化厂在这一部分里采用了外径为36mm、壁厚为0.72mm、长度高达36.12万m、重量为1400t的钛管。

第二部分是海水加热器，它所承受的温度是最高的，并且在这种设备的管道内部往往会沉积出碳酸钙残鱼鳞状物。因此，有的海水加热器装有除去鳞片的装置，或者采取了预防处理手段。钛合金具有很高的抗还原性酸（氮化物）腐蚀能力，在加热海水时可以通过注入酸液来控制鳞片沉积韧的形成，在这种情况下，海水温度可以提高到最高（120℃），从而改进设备的热效率。

第三部分是热回收系统，其运行温度至少比热排除系统的运行温度高出30℃。另外，海水中含有一些氧和二氧化碳，在比较高的温度下和比较长的时间里，它们能够对铜合金造成危害，但是对钛则不会产生什么不利影响。据统计，在1993～1994年期间，阿联酋Taweelah A1海水淡化厂在这一系统中使用了外径为34mm，壁厚为0.5mm、长度为22.3万m、重量为556t的钛管。