摘要：淡水資源短缺正逐漸成為制約人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的全球性問題。海水淡化作為有望緩解淡水資源危機(jī)的重要手段，在過去的半個(gè)世紀(jì)取得了長足的進(jìn)步，發(fā)展出了一批諸如多級(jí)閃蒸法、低溫多效蒸餾法、反滲透膜法等關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)帶動(dòng)了設(shè)備建造所需關(guān)鍵材料與工藝的開發(fā)。概述了現(xiàn)有海水淡化技術(shù)與設(shè)備的原理，回顧了設(shè)備關(guān)鍵材料的發(fā)展歷程，為海水淡化設(shè)備建造和選材提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：海水淡化；蒸發(fā)器；換熱管；關(guān)鍵材料；研究進(jìn)展

水是孕育生命不可或缺的元素，人類社會(huì)的高速發(fā)展對(duì)淡水資源的過度使用導(dǎo)致地球上淡水的自循環(huán)平衡正在逐漸被打破，人類將不得不面對(duì)淡水資源短缺的危機(jī)。雖然地球表面70%的面積被水覆蓋，但能被人類直接利用的淡水僅占其中不足1%，于是從廣闊的海洋中汲取淡水成為人類向往的解決水資源短缺的途徑。進(jìn)入21世紀(jì)后，淡水資源愈加匱乏使得海水淡化技術(shù)從缺水的中東地區(qū)逐漸擴(kuò)展應(yīng)用到世界主要沿海國家，海水淡化技術(shù)也從最初的單一蒸餾法逐步發(fā)展出冷凍法、氣體水化物法、滲透膜法、離子交換法等諸多方法。

1海水淡化關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1蒸餾法

蒸餾法原理簡(jiǎn)單，是最早被利用的海水淡化技術(shù)，采用將海水加熱蒸發(fā)再冷凝的方法除去海水中對(duì)人體有害的鹽分和雜質(zhì)得到淡水。

1.1.1多效蒸餾法

多效蒸餾法將一系列蒸餾器串聯(lián)起來，熱源蒸汽（一般為工廠廢熱）從第一級(jí)進(jìn)入將熱量傳遞到一級(jí)蒸餾室的海水中。海水在蒸餾室中負(fù)壓的作用下沸點(diǎn)降低，從而易于被低品位余熱蒸汽加熱氣化，氣化后的海水蒸汽又可作為第二級(jí)蒸餾的熱源。串聯(lián)的多級(jí)蒸餾室使得熱源的余熱被充分利用，產(chǎn)生遠(yuǎn)大于熱源蒸汽量的蒸餾水，因此可應(yīng)用于大規(guī)模海水淡化工程.低溫多效蒸餾法由于可利用工廠低品位余熱（熱源蒸汽溫度低于70℃），而被廣泛應(yīng)用。首鋼京唐海水淡化項(xiàng)目即是鋼鐵生產(chǎn)流程低品位余熱利用的典型代表，其原理如圖2所示。利用鋼鐵流程低品位余熱作為熱源，鋼廠熱蒸汽從左側(cè)管道（紅色）進(jìn)入第一級(jí)蒸餾室中的換熱管中。室頂?shù)暮Ｋ畤婌F裝置將海水霧化噴出，從而增大水霧與換熱管的接觸面積。水霧吸收換熱管的熱量氣化為水蒸氣，冷凝之后匯入蒸餾水管道，濃鹽水流入收集槽。剩余蒸汽攜帶余熱進(jìn)入下一級(jí)換熱管作為第二級(jí)的熱源，通過七級(jí)蒸餾室將鋼廠余熱蒸汽的熱量充分利用，蒸汽溫度由第一級(jí)的70℃左右下降到第七級(jí)的45℃左右。圖2中第七級(jí)蒸餾室處的空氣引射和蒸汽引射裝置使整個(gè)設(shè)備中產(chǎn)生負(fù)壓，從而降低水的沸點(diǎn)，加速氣化過程，同時(shí)該負(fù)壓作為整個(gè)系統(tǒng)中熱蒸汽從一級(jí)流向七級(jí)的驅(qū)動(dòng)力。

1.1.2多級(jí)閃蒸法

多級(jí)閃蒸法是將海水預(yù)熱后導(dǎo)入閃蒸室，閃蒸室的壓力低于熱海水的飽和蒸氣壓，因此熱海水進(jìn)入閃蒸室即迅速蒸發(fā)，將蒸汽冷凝后得到淡水。由于其安全可靠，中東產(chǎn)油國大多采用此方法，并將其與發(fā)電廠結(jié)合。例如，阿聯(lián)酋建造了世界上最大的發(fā)電廠-多級(jí)閃蒸海水淡化設(shè)備。此方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于淡化海水過程中整個(gè)容器的傳熱面與蒸發(fā)面相互分離，從而杜絕了結(jié)垢的產(chǎn)生。此外多級(jí)閃蒸法還具有工藝成熟、維護(hù)量小、對(duì)原水要求低、適用壽命長、出水品質(zhì)好、熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，因此成為目前應(yīng)用最廣泛的工藝。而缺點(diǎn)則是耗電量大，此方法的淡化水產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，能耗一直維持在10kWh/m3以上。

1.2冷凍法

海水在結(jié)冰時(shí)鹽分被排除在冰晶以外，將冰晶洗滌、分離、融化后即可得到淡水，即為冷凍法。冷凍法工藝主要包括冰晶的形成、洗滌、分離、融化等。其中按冰晶形成的途徑不同可分為天然冷凍法和人工冷凍法，人工冷凍法又可分為直接冷凍法和間接冷凍法。但是間接冷凍法傳熱效率不高而且需要很大的傳熱面積從而限制了它的使用。

1.2.1冷媒直接接觸冷凍法

以不溶于水、沸點(diǎn)接近于海水冰點(diǎn)的正丁烷為冷凍劑，與預(yù)冷后的海水混合進(jìn)入冷凍室中。在壓力稍低于大氣壓的情況下，正丁烷氣化吸熱使冷凍室內(nèi)溫度維持在-3℃左右，海水冷凍結(jié)冰。

正丁烷蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至1大氣壓以上，進(jìn)入融化器與冰直接接觸，正丁烷蒸氣液化，冰融化形成水，正丁烷與水互不相溶，依靠密度的差異分離，水作為產(chǎn)品放出，正丁烷則在過程中循環(huán)使用。丁烷冷凍法方便、可靠，在目前的大中型海水淡化工廠中應(yīng)用較普遍。但由于丁烷循環(huán)使用要求系統(tǒng)必須嚴(yán)格密封，否則會(huì)因泄漏而使冷凍劑局部積累帶來安全隱患，使投資費(fèi)用增加。另外，雖然丁烷與水不互溶，若脫除不完全，水就不可避免地含有少量丁烷而受到污染。

1.2.2真空蒸發(fā)式直接冷凍法

真空蒸發(fā)式直接冷凍法是利用水的三相點(diǎn)原理的一種方法。在水的三相點(diǎn)附近氣、液、固三相共存，若將海水控制在三相點(diǎn)附近則海水的蒸發(fā)與結(jié)冰將同時(shí)進(jìn)行，再將冰與蒸氣分別融化和冷凝得到淡水。真空蒸發(fā)式直接冷凍法的關(guān)鍵技術(shù)在于如何移走產(chǎn)生的蒸氣，按照蒸氣移去的方式可分為真空冷凍蒸氣壓縮法和真空冷凍蒸氣吸收法。海水淡化設(shè)備關(guān)鍵材料的應(yīng)用現(xiàn)狀海水淡化設(shè)備的材料的選取需要綜合考慮成本、比強(qiáng)度、工藝性能以及在介質(zhì)中的穩(wěn)定性等多重因素。由于服役環(huán)境較為苛刻，材料一直是制約設(shè)備發(fā)展的重要因素。

2海水淡化設(shè)備關(guān)鍵材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1蒸餾法設(shè)備的關(guān)鍵材料

蒸發(fā)器是蒸餾法淡化設(shè)備的核心部分，主要部件包括殼體、內(nèi)件（管板支撐板、噴淋系統(tǒng)、內(nèi)部管道）以及換熱管等。

2.1.1殼體及內(nèi)件

殼體與內(nèi)件在選材時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注材料耐海水腐蝕的能力。研究表明，海水腐蝕的主要因素是溶解氧濃度、pH值和平均鹽度，在三者的共同作用下導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕以及受力構(gòu)件的應(yīng)力腐蝕等，從而導(dǎo)致材料失效。

2.1.2換熱管組

換熱管組服役過程中要承受熱海水的噴淋和熱鹽霧的侵蝕，在選材時(shí)主要考慮導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能，強(qiáng)度為次要因素。目前，主要采用鈦及鈦合金、銅合金以及鋁合金3種材料。鈦合金耐腐蝕性能極佳，傳熱效率低于銅合金，成本較高。因此大多在換熱管組頂部若干排換熱管采用鈦合金，利用其耐噴淋沖蝕的作用，可以使管組達(dá)到免維護(hù)的可靠性級(jí)別。在多級(jí)閃蒸設(shè)備中，若注入氧化型殺菌劑去除海水中的細(xì)菌則需要全部采用鈦管。

2.2膜法設(shè)備的關(guān)鍵材料選取

膜法設(shè)備的殼體和管道的選材與蒸餾法相似，由于膜法設(shè)備需要高壓泵產(chǎn)生溶液從反透膜一側(cè)進(jìn)入另一側(cè)的推動(dòng)力，高壓泵材料的選擇成為關(guān)鍵的一環(huán)。1979年，首個(gè)大型膜法設(shè)備在沙特建成，其高壓泵采用316L，運(yùn)行過程中產(chǎn)生較嚴(yán)重的縫隙腐蝕。1986年在中東建設(shè)的兩個(gè)膜法設(shè)備改用了317L，同樣產(chǎn)生了不同程度的腐蝕問題。隨后，904L和2205不銹鋼逐漸被使用，大多數(shù)情況下運(yùn)行穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)腐蝕問題。1991年阿聯(lián)酋Fujairah膜法設(shè)備采用254SMO超級(jí)奧氏體不銹鋼作為高壓泵的主要材質(zhì)，在服役過程中十分穩(wěn)定，于是254SMO逐漸成為大規(guī)模膜法設(shè)備高壓泵的首要選擇。20世紀(jì)后期，2507不銹鋼由于兼具優(yōu)異的耐蝕性與較低的成本，取代254SMO成為高壓泵的主流材料。

3總結(jié)

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，低溫多效蒸餾法、多級(jí)閃蒸法與膜滲透法3種技術(shù)逐漸從諸多海水淡化技術(shù)中脫穎而出，成為應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的淡化方法。技術(shù)的成熟離不開新型耐蝕材料的出現(xiàn)和成本的不降低。蒸發(fā)器殼體及內(nèi)件的選材從316L不銹鋼逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p相不銹鋼，換熱管組形成了鈦合金-銅合金搭配使用的模式，高壓泵的選材從普通不銹鋼逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌?jí)奧氏體不銹鋼。

蘇州浦宏環(huán)?？萍加邢薰臼且患覍Ｗ?/span>水處理設(shè)備的廠家，主要產(chǎn)品有RO反滲透設(shè)備，中水回用設(shè)備，EDI高純水設(shè)備,海水淡化設(shè)備，軟化水設(shè)備，超濾設(shè)備、去離子水設(shè)備，工業(yè)廢水污水處理設(shè)備等各種水處理技術(shù)的研發(fā)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)、安裝調(diào)試等一體化企業(yè)。商務(wù)咨詢：178-1187-2518 王工