Прісна вода становить близько 3% водних ресурсів Землі. Отримання нових ресурсів прісної води шляхом опріснення морської води є основною тенденцією світового водокористування в майбутньому. В даний час опріснення морської води стало основним способом отримання джерел води в регіонах з нестачею водних ресурсів, таких як Близький Схід.
1. Стан опріснення морської води у світі
До 1993 року було 9014 обладнання для опріснення морської води в 5738 регіонах по всьому світу із загальною продуктивністю 1,624x107 м3/день. Загальна потужність лише на Близькому Сході досягла 8,91x106 м3/день, що становить 55%, а в Сполучених Штатах — 2,37x106м3/день, що становить 5%.
Ще в 1950-х роках опріснення морської води було використано для отримання прісної води. До основних методів опріснення морської води відносяться:
① Метод випаровування: багатоступеневий метод спалаху, одно-ступеневий метод спалаху, вертикальний багатоефективний метод, горизонтальний багатоефективний метод, метод занурювальної трубки та метод парового стиснення;
② Мембранний метод: електродіаліз, зворотний осмос;
③ Комбінований метод.
Серед них метод випарювання становить 60%, метод зворотного осмосу – 33%, метод електродіалізу – 5,5%.
2. Застосування титану в обладнанні для опріснення морської води
2.1 теплообмінна труба в обладнанні для опріснення морської води
Трубки з мідного сплаву в основному використовуються як теплопровідні трубки в оригінальному обладнанні для опріснення морської води. Через велику кількість недоліків трубок з мідного сплаву їх замінили на титанові трубки з високою надійністю та не потребують обслуговування.
(1) Товщина стінки титанової трубки
Товщина стінки теплообмінної труби визначається умовами експлуатації, матеріалами трубної дошки, конструктивною потужністю операції розширення труби, технологією зварювання кінців труби тощо. Через малий діаметр теплообмінної труби та низькі вимоги до міцності в реальному використанні використовується труба з меншою товщиною стінки. Зазвичай товщина стінки труби з мідного сплаву становить 0,9 мм-1,2 мм; Замінити на титанову трубу. У місцях з низькою корозійною активністю можна використовувати тонкостінну зварну трубу з товщиною стінки 0,3 мм.
(2) Теплопровідність титанової трубки
Через різні матеріали теплообмінної труби теплопровідність також різна, наприклад 17 Вт / (м • К) для титану, низька / (м • К) для алюмінієвої латуні, 47 Вт (м • К) для білої міді 90/10 і 29 Вт / (м • К) для білої міді 70/30. Таким чином, ефект теплопередачі теплообмінної труби можна контролювати за допомогою зміни товщини стінки. Серед перерахованих вище матеріалів титан має найнижчу теплопровідність. Наприклад, при використанні тонкостінної зварної титанової труби, хоча теплопровідність нижча, ніж алюмінієва латунь, вона еквівалентна білій міді 90/10 і краща, ніж білій міді 70/30.
(3) Економічність титанової трубки. Ціна титанової трубки за одиницю маси в 2-6 разів вища, ніж трубка з мідного сплаву, але з точки зору витрат ціна на титанову трубку може конкурувати з ціною на трубку з мідного сплаву. Завдяки низькій щільності титану та однаковій товщині стінок якість титанової трубки однакової довжини становить лише 50% від якості трубки з мідного сплаву. Якщо товщина стінки титанової труби становить 50% від товщини стінки труби з мідного сплаву, титанова труба з такою ж площею теплопередачі становить лише 1/4 труби з мідного сплаву. При синхронному перекладі загальна ціна тонкостінної титанової зварної труби така ж, як і алюмінієвої мідної труби, яка дешевша за мідну.
2.2 розробка та застосування тонкостінної титанової зварної труби в Японії
Успішний розвиток технології прокатки титанової стрічки став основою масового виробництва титанових зварних труб. У 1960-х роках титановий дріт використовувався в електролітичному виробництві ртутної каустичної соди в Японії; На початку 1990-х років, щоб запобігти забрудненню, процес виробництва каустичної соди був вдосконалений. Із застосуванням діафрагмового методу було застосовано понад 700 тонн титанової стрічки. Користуючись цією можливістю, Японія вивчила та розробила технологію безперервного виробництва гаряче{6}}та холоднокатаної-титанової смуги та створила систему серійного виробництва для опріснення морської води та титанових тонкостінних-зварних труб конденсатора на електростанції. Відповідно, розроблено технологію виробництва тонкостінних-зварних труб.
Конденсатори електростанцій виробництва Hitachi, Mitsubishi і Toshiba використовують титанові зварні труби товщиною 0,5 мм. У установках опріснення морської води, вироблених Mitsubishi, Kawasaki, Hitachi, Mitsui і Kobe Steel, використовуються титанові зварні труби товщиною 0,5-0,7 мм.
В основному використовується на електростанціях, титанові зварні труби широко використовуються як труби для передачі тепла в опрісненні морської води, виробництві чавуну, суднобудуванні, нафтопереробці, хімічній промисловості та інших галузях. До 1983 року, за 16 років, Японія виготовила 4038 тонн тонкостінних-титанових зварних труб для обладнання для опріснення морської води по всьому світу. Поки що не було пошкоджень, спричинених корозією морської води.
(1) Вентиляційний конденсатор і струменевий компресор
Справжнє обладнання для опріснення морської води в Японії – це обладнання для опріснення морської води потужністю 2650 т/день, виготовлене компанією Matsushima carbon Mine Co., Ltd. у 1967 році. Через корозію Br - у морській воді трубки теплопередачі та трубні решетки вентиляційного конденсатора та струминного компресора установки не можуть використовувати мідний сплав. Після заміни титану поломки через корозію не було.
(2) Теплорозрядний конденсатор
Багато{0}}ступеневий флеш-конденсатор використовує морську воду як охолоджуючу воду для охолодження водяної пари, що утворюється у флеш-камерах на всіх рівнях. Оскільки морська вода часто змішується з опадами та морськими організмами, вони прилипають до трубки теплопередачі та кінця трубки та руйнують трубку з мідного сплаву. Таким чином, титанові трубки використовуються майже у всіх теплообмінних конденсаторах обладнання MSF для опріснення морської води. Особливо для того, щоб знищити бактерії в морській воді, коли необхідно ввести кисень, більш необхідно використовувати титанові трубки з хорошою стійкістю до корозії.
(3) Конденсатор рекуперації тепла
Конденсатор теплоутилізаційного відділення має велику площу тепловіддачі. З економічних причин зазвичай використовуються трубки з мідного сплаву, а титанові – лише в особливих випадках. Наприклад, середовище, що містить такі забруднюючі речовини, як аміак або сірководень, викликає сильну корозію мідного сплаву. У 1977 році опріснювальна установка MSF 3600t / D, експортована до Німеччини, прийняла титан замість мідного сплаву, оскільки він є допоміжним обладнанням аміаку; Через корозію сіркокисню обладнання для опріснення 3120t / DMSP у Перу зазнало корозії після одного року використання. Нарешті всі теплообмінні трубки були замінені на титанові.
Повідомляється, що 60 000 титанових труб було використано на заводах з опріснення морської води з добовою продуктивністю 100 тонн. З 1967 по 1994 рік, майже за 30 років, було виготовлено 52 комплекти конденсаторів, що використовуються-для виробництва теплової енергії на енергетичному рівні, і 7 комплектів обладнання для опріснення морської води із загалом 11000 т титанових зварних труб. 3. Проблеми, які потребують уваги під час використання
(1) Гальванічна корозія: титан має позитивний потенціал у морській воді. При контакті з іншими металами він може сприяти корозії інших металів. Методи запобігання включають використання титану для трубки теплопередачі та трубчастої пластини або тимчасового анода. Вище 80 градусів сплав Fe-90% Ni використовується як жертвувальний анод для запобігання поглинанню водню; Нижче 80 градусів використовуйте сталеву пластину з покриттям або прогумованим покриттям.
(2) Для внутрішньотканинної корозії титанову трубку встановлюють на пластину титанової трубки шляхом розширення трубки. Інтерстиціальна корозія може виникнути в морській воді зі значенням pH 8 при 100 градусах. Однак мідний сплав використовується у фактичній водяній камері, і міжтканинна корозія не виникне, навіть якщо температура морської води досягне 120 градусів. Насправді, щоб підвищити надійність обладнання, зварювання кінців труби часто використовується для запобігання корозії зазору, коли воно використовується вище 100 градусів.
(3) Поглинання водню в морській воді вище 80 градусів; Титан може поглинати водень; Якщо застосовано катодний захист, надмірний захист призведе до поглинання водню. Якщо сплав fe-9% NQ використовується як пластина тимчасового анода, поглинання водню титаном не відбудеться.
(4) Вібрація. Через тонку стінку титанової труби слід також звернути увагу на пошкодження, спричинені вібрацією труби, під час заміни труби з мідного сплаву. Цю проблему можна вирішити за допомогою методу з меншим відстанню, ніж опорна пластина труби з труби з мідного сплаву.
