低温多效海水淡化装置防腐研究

2016-12-13常利峰

中国新技术新产品 2016年15期

关键词：管板碳钢淡化

常利峰

（一重集团大连设计研究院有限公司，辽宁大连 116600）

低温多效海水淡化装置防腐研究

常利峰

（一重集团大连设计研究院有限公司，辽宁大连 116600）

本文介绍了低温多效海水淡化蒸发装置的选材情况，对蒸发装置产生的腐蚀原因进行分析，提出了改进措施。并根据海水中易引起腐蚀的因素，建议对进料海水进行有效针对性地预处理。

海水淡化；牺牲阳极；防腐

水资源短缺与对水需求量增大的矛盾日益凸显，影响着沿海国家和地区的经济发展。沙特、以色列等中东国家70%的淡水资源来自于海水淡化，他们在海水淡化获取淡水方面的成功，使越来越多的国家和地区认可采用海水淡化技术解决水资源短缺问题。我国近年来也逐渐面临沿海地区工业发展与淡水资源不足的矛盾，海水淡化技术及产业也逐渐成为经济关注和技术发展的热点。海水淡化技术包括电渗析、反渗透、低温多效蒸馏、多级闪蒸和太阳能海水淡化等多种方案或其组合方案。低温多效海水淡化技术，可以利用电厂和工厂低品位热，对原料海水的预处理要求低、淡化水品质高、设备构造简单、装置生产能力大，是海水淡化最具发展前景的技术之一。

1.设备的选材和腐蚀原因分析

低温多效海水淡化蒸发器一般由壳体、换热管、管板和支撑架等组成。换热管使用的材料一般为钛材、铝黄铜和铝合金等。固定换热管的管板，有铝合金、双相钢、316L。壳体用不锈钢，或者采用碳钢，涂刷环氧树脂涂料进行防腐。蒸发器接触的海水腐蚀性非常强，通常会引起以下3种情况的腐蚀：不同金属的接触容易引起电化学腐蚀，而电化学腐蚀往往会诱发和加速应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、氢脆等其他各种类型的局部腐蚀，从而加速设备的破坏。海水中溶解氧的存在也会形成腐蚀，碳酸钙等结垢会引起的换热管垢下腐蚀等。换热管腐蚀、蒸发器壳体腐蚀以及管板腐蚀，会污染产品水水质，造成设备停运和巨大的经济损失。

大港3000t/d多级闪蒸海水淡化设备运行几年后，检修发现，海水室与冷凝室都出现了比较严重的腐蚀。海水室中的腐蚀主要发生在不锈钢与碳钢之间的塞焊点、各级室连通槽上口的焊缝处。另外，个别塞焊点发生了腐蚀穿孔的现象。腐蚀孔直径为4mm～6mm，最深的部位为5mm左右。腐蚀类型为电化学腐蚀。

为了解决海水室腐蚀问题，采用海水室316L不锈钢表面刷防腐漆，但是防腐漆脱落；采用同种不锈钢材料对焊缝及塞焊点进行加帽补焊的方法，有一定的防腐效果，点蚀程度大大减轻。加装牺牲阳极的防腐蚀方法，点蚀问题解决得较彻底。铜镍合金层一般情况下可以耐高温海水的腐蚀，但由于喷涂层中可能存在一些细小的针孔，以及没有喷涂到铜镍合金的部位，就会形成许多微小电池。经过高温浓缩的海水通过这些针孔渗透到碳钢基体，最后高浓度的电解质导致产生电化学腐蚀。

采用双相钢作为蒸发器壳体和管板可以增加抗腐蚀能力，但是造价非常昂贵。碳钢价格相对低廉，用于海水淡化蒸发器壳体制造可以显著降低成本，但是防护措施做不好，会发生严重的腐蚀。防护涂层的碳钢蒸发器壳体是以色列IDE公司的低温多效海水淡化装置的关键技术之一。黄岛电厂3000t/d的低温多效海水淡化蒸发装置中，蒸发器壳体也采用了碳钢加防腐涂层工艺，运行效果较为理想。

换热管是低温多效海水淡化装置的重要部件，其投资成本在装置的总成本中占有相当高的比例。师红旗等人针对蒸发器换热管束腐蚀穿孔进行分析得出结论：蒸发器管束外表面是垢下腐蚀引起的腐蚀穿孔，另外，水中溶解氧含量过高是导致蒸发器管束发生腐蚀穿孔的主要原因，因此他们建议严格控制水中含氧量，优化蒸发器结构从而提高蒸发器管束的使用寿命。

为解决海水对换热管的腐蚀问题，大部分海水淡化公司在对换热管选材时，通常会选择铝黄铜、钛材料等。钛管有诸多优点：（1）钛管密度小，比强度高。高于铝而低于钢、铜、镍。是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。（2）耐腐蚀性能好。钛和氧有很好的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强以及惰性大的氧化膜，氧化膜保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损，氧化膜也会很快自愈或重新再生。这个特点表明钛是具有强烈钝化倾向的金属。（3）换热性能好。金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛具有优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热阻，而且表面不结垢，可以减少热阻，这样就使得钛的换热性能显著提高。钛的缺点是价格非常昂贵。

铝及其合金具有比重轻、比强高，价格适当，规格品种齐全的特点，因而在海洋工程结构中得到了广泛应用。在流动海水中，铝合金比普通碳钢和紫铜更加耐流动海水腐蚀，特别是铝镁系和铝镁锰系合金。以色列IDE公司将特种铝合金管（A5052）用于低温多效海水淡化工程，显著降低海水淡化装置的总成本。铝合金缺点是在海水中无抗污损能力。污损海生物对铝合金的腐蚀有明显影响。

海水高腐蚀性一个重要原因是海水中含有大量氯离子。氯离子半径小，活性大，使许多金属的钝化膜遭受破坏。氯离子的存在对有机涂层的破坏不像对金属腐蚀那样大，但由于海水渗透涂层膜，对基底金属腐蚀影响较大，而基底金属的腐蚀使涂膜丧失结合力，又加大了有机涂层的腐蚀速度。海水中溶解氧量、温度、流速等都会对金属喷涂层、有机涂层防护体系产生影响。

西海岸核电站在钛管凝汽器中使用了青铜管板，运行9个月后，电化学腐蚀导致管板损坏。对水室进行改造，水室中采用了阴极保护装置，阻止了腐蚀的进一步发展，最终避免了由此而引起的大量检修工作和一些非计划停运的可能性。

某滨海电厂海水冷凝器中冷凝管为铜镍合金管，水箱采用铸铁材质，管板采用海军黄铜材质。经过一段时间生产以后，在检修过程中发现，管板部位有轻微渗漏，碳钢水室壁腐蚀严重。99年进行整改，采用阴极保护技术后，防腐效果明显，设备运行正常。

2.蒸发装置设备腐蚀的解决措施

低温多效海水淡化装置，其蒸发器及冷凝器装置内部由高温浓海水、盐雾及蒸汽构成了一个高温高湿高盐度的工作环境，极易遭受电化学腐蚀，尤其是局部腐蚀和焊缝腐蚀更为严重。蒸发器常采用防腐涂层保护，但由于设备体积较大，装配复杂，由于不适当的表面处理和不正确的使用以及维修保养差，再加上涂层面上的局部缺口，使涂层有效防腐蚀性能下降，在涂层局部破损点上会发生相当严重的腐蚀。

除了选材、涂层，牺牲阳极。采取加装合适的牺牲阳极进行阴极保护的方法，也可以解决腐蚀问题。牺牲阳极阴极保护技术由于具有经济有效、对相邻的金属设备干扰小等诸多优点和独特的功能，因而在腐蚀控制领域得到广泛的应用。

海水介质中使用的牺牲阳极主要是锌基合金牺牲阳极和铝基合金牺牲阳极。锌基合金牺牲阳极电流效率高，溶解均匀，电流有自调节作用，性能稳定，保护效果好，被大量用于海船及其他海上设施中的阳极保护。

铝基合金牺牲阳极重量小，电容量大，输出相同电量的铝基阳极要比其他阳极轻的多，所以相同重量的前提下其保护面积大，在达到同样保护效果的前提下，采用铝基合金牺牲阳极要比锌基合金牺牲阳极的费用低。铝阳极同锌基阳极相比，最突出的优点：（1）电容量大，可以设计长寿命阳极；（2）重量轻，施工方便；（3）制造工艺简便，材料来源充足，单位电量的价格便宜；（4）在海水环境中性能良好，有自动调节电流的作用。