鈦管在海水淡化中的應(yīng)用
一、鈦管化學(xué)成分及機(jī)械性能
ASTMB338/ASMESB338標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)為Gr2鈦管的化學(xué)成分如下：
Ti：余量；雜質(zhì)含量中N≤0.03%；C≤0.08%；H≤0.015%；Fe≤0.30%；O≤0.25%
其他元素單一雜質(zhì)≤0.1%（可能含的非人為元素有鋁、礬、錫、鉻、鉬、鈮、鋯、鉿、鉍、鈀、銅、硅、鈷、鉈）；其他元素雜質(zhì)總量≤0.4%。
機(jī)械性能為：抗拉強(qiáng)度≥345Mpa；屈服強(qiáng)度≥275Mpa；延伸率≥20%
二、鈦管用于海水淡化的主要特性：
1、密度小，比強(qiáng)度（強(qiáng)度/比重）高
金屬鈦的密度為4.51g/cm3，高于鋁而低于鋼、銅、鎳。但比強(qiáng)度位于金屬之首，是不銹鋼的3倍，是鋁合金的1.3倍；
2、耐腐蝕性能好
鈦是一種非?；顫姷慕饘?，其平衡電位很低，在介質(zhì)中的熱力學(xué)腐蝕傾向大。但實(shí)際上鈦在許多介質(zhì)中很穩(wěn)定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質(zhì)中是耐腐蝕的。這是因?yàn)殁伜脱跤泻艽蟮挠H和力，在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面生成一層致密的、附著力強(qiáng)、惰性大的氧化膜，保護(hù)了鈦基體不被腐蝕。即使由于機(jī)械磨損也會(huì)很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬。介質(zhì)溫度在315℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。
3、換熱性能好
金屬鈦的導(dǎo)熱系數(shù)雖然比碳鋼和銅低，但由于鈦優(yōu)異的耐腐蝕性能，所以壁厚可以大大減薄，而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝，減少了熱組，太表面不結(jié)垢也可減少熱阻，使鈦的換熱性能顯著提高。
4、耐熱性能好
新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長(zhǎng)期使用。
5、化工耐低溫性能好
鈦合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等為代表的低溫鈦合金,其強(qiáng)度隨溫度的降低而提高,但塑性變化卻不大。
6、抗拉強(qiáng)度與其屈服強(qiáng)度接近
鈦的這一性能說(shuō)明了其屈強(qiáng)比（抗拉強(qiáng)度/屈服強(qiáng)度）高，表示了金屬鈦材料在成形時(shí)塑性變形差。由于鈦的屈服極限與彈性模量的比值大，使鈦成型時(shí)的回彈能力大。
三、海水淡化設(shè)備中鈦管將逐漸替代原來(lái)的銅合金管，兩者相比，鈦管具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、同樣作業(yè)條件下，鈦管的壁厚更薄，管材用量更少。一般，銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm；用鈦管代替，在腐蝕性小的地方，可用壁厚為0.5mm的薄壁管。
2、鈦管的導(dǎo)熱性好。鈦熱導(dǎo)率為17W/(m·k)，鋁黃銅的為lOOW/（m·k），70/30白銅的為29W/(m·k)，鈦的熱導(dǎo)率ZUI?。褂帽”阝伖?，導(dǎo)熱性雖然比鋁黃銅差，但與90/10白銅相當(dāng)，比70/30白銅的要好。
3、使用鈦管的性?xún)r(jià)比更高。鈦管價(jià)格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時(shí)，同等長(zhǎng)度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50％，當(dāng)鈦管壁厚為銅合金管的50％時(shí)，相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量?jī)H為銅合金管的1/4．可見(jiàn)，鈦管在價(jià)格方面是有競(jìng)爭(zhēng)力的。
4、鈦管的使用壽命更長(zhǎng)。由于海水常混有泥沙、海生物，它們?cè)趥鳠峁軆?nèi)及管端附著，會(huì)侵蝕銅合金管，銅合金還會(huì)受海水中Bｒ-的腐蝕。而鈦管就不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，特別是為了殺死海水中的細(xì)菌，不得不注入氧時(shí)，更需使用耐蝕性好的鈦管。
鈦材在海水淡化中的應(yīng)用
鈦材在海水淡化中的應(yīng)用2009-10-28 15:47海水淡化方法中，多級(jí)閃蒸（Muiti-Stage Flash,縮寫(xiě)為MSF）海水淡化技術(shù)占有主導(dǎo)地位。其生產(chǎn)能力為全世界海水淡化總產(chǎn)量的56%。世界上規(guī)模在4000t/d以上的海水淡化裝置中，MSF裝置占77.3%。目前，單機(jī)容量ZUI大的MSF裝置是意大利SIR/EU-TECO公司生產(chǎn)的，出力為36000t/d，安裝在意大利本土。
從目前市場(chǎng)占有率來(lái)看，蒸餾和反滲透是主要型式。反滲透海水淡化裝置能耗較少，近年來(lái)裝船量增長(zhǎng)較快。在出海船只中，蒸餾法海水淡化裝置是主導(dǎo)產(chǎn)品，而且類(lèi)型也比較多，既有多級(jí)閃發(fā)、沸騰蒸餾和壓氣蒸餾之分，也有管式、板式之分。多級(jí)閃發(fā)技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)較成熟，其熱源主要是鍋爐蒸汽。壓氣蒸餾法需要有附加的蒸汽壓縮裝置，適用于供汽不便、沒(méi)有低品位熱量可用的場(chǎng)合。沸騰蒸餾法具有其他方法不可比擬的特點(diǎn)，如設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、原水不需要預(yù)處理、出水品質(zhì)較高等。其中的板式蒸餾法雖然蒸發(fā)效率高，但板間流體通道容易被固體顆粒沉積所堵塞，不適用于尾氣直接加熱的蒸餾裝置。
鈦是海水淡化設(shè)備換熱器的SX材料
鈦對(duì)氯具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，是海水淡化設(shè)備換熱器的SX材料。隨著沿海地區(qū)石化、電力等行業(yè)的迅速發(fā)展，應(yīng)用海水取代日益緊張的淡水作為工業(yè)冷卻介質(zhì)，可以節(jié)約大量的淡水資源，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是由于海水腐蝕性強(qiáng)，當(dāng)管材使用普通碳鋼或不銹鋼時(shí)，海水作為冷卻介質(zhì)會(huì)對(duì)管材產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，顯著降低熱交換器的使用壽命。這樣，不僅增加了設(shè)備的更換次數(shù)，同時(shí)也由于設(shè)備失效引起停工過(guò)于頻繁而使經(jīng)濟(jì)效益下降。為解決這一問(wèn)題，需要對(duì)管子進(jìn)行材料升級(jí)，升級(jí)材料常用的主要是鈦管。
就材料而言，應(yīng)用ZUI廣泛的是工業(yè)純鈦（ASTM Grade 2)，溫度比較高的海水加熱器使用Grade 7或者Grade 12，Grade 16（Ti-0.5%Pd)具有更高的抗腐蝕能力，但是成本較高。事實(shí)表明Grade 1和Grade 2等工業(yè)純鈦在天然水、海水和各種氯化物中具有特殊的抗應(yīng)力腐蝕的能力。在海水流速為3--5m/s的鈦制海水淡化設(shè)備中，生物污堵現(xiàn)象是ZUI輕微的，鈦換熱器的污堵系數(shù)約為0.99--0.95。
選用工業(yè)純鈦TA1無(wú)縫管做閃蒸器的冷凝管和鹽水加熱器的熱交換管，管板選用了TA1+16MnR+316L雙面復(fù)合鋼板。因?yàn)殁佡|(zhì)軟輕、耐蝕、高強(qiáng)度，是良好的抗海水腐蝕材料，使用它的可靠性高。使用鈦復(fù)合鋼板，可以減少鈦的使用量，且能滿足使用要求，降低裝置造價(jià)。
西北有色金屬研究院、北京有色金屬研究總院等單位也先后開(kāi)發(fā)出一系列海洋工程用有耐蝕鈦合金，如Ti75、Ti31和Ti631。
國(guó)外鈦制品板式換熱器在海水淡化上的應(yīng)用
目前主要的海水淡化方法有多級(jí)閃蒸（MSF）、反滲透（SWRO）、多效蒸發(fā)（MED）和壓汽蒸餾（VC）等，而適用于大型海水淡化的方法只有SWRO、MSFT和MED等。
商用和軍用航空用鈦占?xì)W洲市場(chǎng)總需求量的50%，這部分比較穩(wěn)定。而工業(yè)用鈦等領(lǐng)域不太穩(wěn)定，化學(xué)工業(yè)、電力、脫鹽業(yè)及其它占28%，熱交換器占11%，海洋業(yè)占8%，裝甲占3%。
在國(guó)外，鈦熱交換器的市場(chǎng)也極為可觀。美國(guó)在海洋油氣、天然氣、海水淡化等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)鈦換熱器、鈦冷凝器、鈦制采油平臺(tái)鈦蒸發(fā)器等。美國(guó)Delaware煉油廠用鈦管取代了所有換熱器的銅、鎳合金管，總長(zhǎng)度達(dá)300km以上，其脫硫分離塔塔頂鈦冷凝器已運(yùn)行15年尚未腐蝕。
日本1999年制造熱交換器的用鈦量為2100噸，估計(jì)2009年達(dá)到5000噸。日本鈦應(yīng)用的特點(diǎn)仍是民用?；?、電力和海水淡化是日本鈦市場(chǎng)的主要領(lǐng)域。
Ti-0.5Ni-0.5Ru Ti-0.005Pd-0.13Cr Ti-0.4Ni-0.016Pd-0.025Ru-0.13Cr 等新型耐蝕合金已被推向市場(chǎng)，Ti-0.05Pd-0.3Co具有耐縫隙腐蝕性能，也用于熱交換器。
日本在薄壁鈦焊管的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面建立了海水淡化和電站冷凝器鈦薄壁焊管用帶卷的 批量生產(chǎn)體系，相應(yīng)開(kāi)發(fā)了薄壁焊管的生產(chǎn)技術(shù)。日立，三菱及東芝的電站冷凝器，使用了厚0.5mm的鈦焊管，三菱、川崎、日立、三井以及神戶(hù)制鋼等等公司生產(chǎn)的海水淡裝置，便用了厚0.5--0.7mm的鈦焊管。
據(jù)報(bào)：日產(chǎn)100噸的海洋水淡化裝置用鈦管達(dá)6萬(wàn)根。從1967年至1994年，在近30年的時(shí)間里，共生產(chǎn)了52套原子能級(jí)火力發(fā)電用冷凝器和7套海水淡化設(shè)備，共計(jì)使用鈦焊管11000噸。
