海水淡化设备的材料选择及防腐

海水淡化设备的材料选择及防腐

在海水淡化过程中，要用到很多材料，常用的壳体、换热材料有碳钢、不锈钢、钛管、铜管、铝管。下边就这几种材料在海水中的腐蚀做一个简单的介绍，并指出一些相应的防腐措施。

1、铸铁在海水中的腐蚀

铸铁在海水中的腐蚀类型为石墨腐蚀。即铸铁表面的铁腐蚀,留下不腐蚀的石墨和腐蚀产物,腐蚀后保持原来的外形和尺寸,但失去了重量和强度。除去石墨和腐蚀产物,呈不均匀全面腐蚀。

灰口铸铁HT200在海水中暴露1年的腐蚀率为0.16mm/a,平均点蚀深度、最大点蚀深度分别为0.27mm、0.45mm。灰口铸铁在海水中的腐蚀速度随暴露时间下降,HT200在海水暴露0.5年的腐蚀率为0.19mm/a,暴露1.5年的腐蚀率为0.14mm/a。

普通铸铁在海水中的腐蚀速度与碳钢接近。碳钢在青岛小麦岛海区暴露1年的典型腐蚀率为:全浸区0.18mm/a,海洋大气区0.06mm/a。

灰口铸铁在流动海水中的腐蚀速度随海水流速的增大而增大, HT200在3m/s的海水中试验164h的腐蚀率为1.0mm/a;在7和11m/s的海水中试验40h,腐蚀率为7.82和9.33mm/a。灰口铸铁在流速为5、10和15m/s的海水中试验30天的腐蚀率分别为1.8、2.7和3.6mm/a,它与碳钢在流动海水中的腐蚀速度接近。

(1)普通铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀速度与碳钢接近。

(2)低合金铸铁在海水中的腐蚀行为与普通铸铁的腐蚀行为相似。CrSbCu铸铁在海水中的腐蚀比普通铸铁轻。添加Ni、Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Cu、Ni-Cr-Re、Cu-Sn-Re、Cu-Cr、Cu-Al等的低合金铸铁在海水中的腐蚀速度与普通铸铁无明显差别。加入少量Ni、Cr、Mo、Cu、Sn、Sb、Re等元素可减小铸铁海洋大气区的腐蚀速度。

(3)高镍铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀均较轻。高镍铸铁在海水中暴露1.5年的腐蚀率大约是普通铸铁的1/3,它们在海水中暴露1.5年的最大点蚀深度小于0.20mm。

2、不锈钢在海洋环境中的腐蚀

在青岛小麦岛，即北纬36°03′，东经125°25′。此外海水平均温度13.6℃，盐度约32%。，pH8.2左右。条件下得到的数据

在海洋大气区暴露8a后，含铬大于约17%的不锈钢F179、Cr19Ni10和000Cr18Mo2基本不腐蚀，只是表面失去了光泽，腐蚀率<0.3微米每年，含铬低的2Cr13表面有一层棕色绣层，它发生全面腐蚀，2Cr13具有大气中维持钝态所需的Cr含量（>12%）,但是他在海水大气区不能维持钝态。它的腐蚀率约为5微m/a,点蚀深度<0.2mm.

不锈钢在全浸区腐蚀严重，耐蚀性差别很大，它们的耐蚀顺序分别是：000Cr18Mo2>00Cr19Ni10>1Cr18Ni19Ti>F179>2Cr13。2Cr13浸泡6各月已溃烂穿孔。F179有严重的沟槽腐蚀，浸泡1a时，已经穿孔。1Cr18Ni19Ti浸泡2a后发生隧道腐蚀，并已穿孔。00Cr19Ni10暴露4a时发生隧道腐蚀，并出现穿孔。沟槽腐蚀、隧道腐蚀以点蚀、缝隙腐蚀为起点，沟槽腐蚀的形貌是明显的蚀沟；隧道腐蚀则是隐伏的，多半不露出表面，基体内腐蚀，表面留下未受腐蚀的薄膜。000Cr18Mo2腐蚀较轻，暴露8a的最大点深度为0.95mm.在全浸区不锈钢的缝隙腐蚀很严重，F179、1Cr18Ni19Ti浸泡2a因缝隙腐蚀穿孔，00Cr19Ni10浸泡4a因缝隙腐蚀穿孔。000Cr18Mo2浸泡8a的最大缝隙腐蚀深度为1.3mm.在海水中，不锈钢有低的腐蚀率，它们因点蚀（包括沟槽腐蚀、隧道腐蚀）和缝隙腐蚀而受到破坏，其大部分表面不受腐蚀。

3、铝合金在海水中的腐蚀

铝合金有较高的强度、良好的强度/密度比和较好的耐海水腐蚀性能,在海洋环境中已被

广泛应用。铝合金在海洋环境中的腐蚀以点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀等为特征。

铝合金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。铝合金表面腐蚀较深的点蚀都发生在牡蛎的间隙或边缘处,这是污损生物引起的缝隙腐蚀。在无海生物污损的表面点蚀较轻,但点蚀密度比有牡蛎污损处大。试验的铝合金在潮汐区的平均腐蚀率都较低,暴露1年腐蚀率为5. 07. 1μm/a, 16年为2. 0-2.6μm/a, 平均腐蚀率意味着均匀减薄,而铝合金因点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀而遭受破坏。因此,铝合金在潮汐区的耐蚀性应该以点蚀、缝隙腐蚀数据来评价。

4、钛管的使用和防腐蚀

钛管的主要特性：密度小，比强度（强度/比重）高。高于铝而低于钢、铜、镍。但比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。耐腐蚀性能好，因为钛和氧有很大的亲和力，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、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。

这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。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，表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。耐热性能好。化工耐低温性能好，抗拉强度与其屈服强度接近。

二、海水淡化设备中钛管将逐渐替代原来的铜合金管，两者相比，钛管具有以下优点：

1、同样作业条件下，钛管的壁厚更薄，管材用量更少。一般，铜合金管等壁厚为

0.9mm-1.2mm；用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.5mm的薄壁管。

2、钛管的导热性好。钛热导率为17W／(m·k)，铝黄铜的为lOOW/（m·k），70／30白铜的为29W／(m·k)，钛的热导率最小．但使用薄壁钛管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90／10白铜相当，比70/30白铜的要好。

3、使用钛管的性价比更高。钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的钛管质量只是铜合金管的50％，当钛管壁厚为铜合金管的50％时，相同传热面积的钛管质量仅为铜合金管的1／4．可见，钛管在价格方面是有竞争力的。

4、钛管的使用寿命更长。由于海水常混有泥沙、海生物，它们在传热管内及管端附着，会侵蚀铜合金管，铜合金还会受海水中Bｒ-的腐蚀。而钛管就不会出现这种问题，特别是为了杀死海水中的细菌，不得不注入氧时，更需使用耐蚀性好的钛管。

一般来说，钛中的氢分为内氢和外氢两种。内氢是指钛在冶炼、热加工、热处理、酸洗、电镀等过程中引入的氢;而钛原来不含氢或者含氢很少。但在使用时由于从外界环境中引入的氢叫外氢，具体的说是通过以下几种途径在金属表面产生活性氢原子，然后进入金属中:

(1) 钛制设备所处的介质中含有分子氢，例如高温氢气氛。

(2) 钛发生全面腐蚀或者局部腐蚀产生的氢被钛吸收。例如钦的缝隙腐蚀常伴随着吸氢。

(3) 钛与负电性金属发生电偶腐蚀或阴极保护过保护时产生的氢。

后两种由电化学腐蚀阴极引起的钦氢脆更频繁，而且不需要高温高压就可以发生，更应引起重视。

Ti 愈来愈广泛地应用在许多关键生产设备中,如凝汽器. 但是随之而来,与其它耐蚀性较差的材料如不锈钢、Cu、碳钢等制成的设备、管道等相接触,造成的电偶腐蚀问题引起了愈来愈多的关注。

使用钛制凝汽器，存在着钛管的防火、钛管的振动磨损、生物附着、碳钢水室腐蚀以及对其进行阴极保护时所引起的析氢等问题。其中，前三者己经采取合适的措施得到了有效治理，而后者仍然是没有解决彻底。

一般认为，影响电偶腐蚀的因素主要有以下几点: