不銹鋼管和不銹鋼板在海水淡化設(shè)備中的應(yīng)用
將鹽水轉(zhuǎn)化為淡水和飲用水的復(fù)雜工業(yè)過程如今在至少120個國家得到應(yīng)用。隨著干旱地區(qū)以及淡水資源不足和枯竭的島嶼社區(qū)人口的增長,人們對海水和含鹽水轉(zhuǎn)化為飲用水的需求增強。
在2005年國際海水淡化學(xué)會海水淡化和水再利用國際大會上,沙特王國水資源和電力部長H.E.Abdullah Al Hussayen 在大會開幕式上作了主旨演講,強調(diào)了在滿足不斷增長的對清潔淡水的需求方面,海水淡化和水資源管理的重要性。地球上水資源只有0.01%可再生并供人們**使用。世界上每年因不**的飲用水影響健康造成的損失可達(dá)3千億美元。自1955年以來,人口增長、污染和氣候變遷已經(jīng)使人均可利用的淡水量減少50%以上。
正是由于這種趨勢,海水淡化工工業(yè)正在經(jīng)歷快速增長。目前全世界海水淡化能力為每天3100萬立方米,計劃到2015年增長到6200萬立方米/天。所增加的投資預(yù)計為950億美元。
目前全球已有大約13600座海水淡化廠,每個工廠每天淡水產(chǎn)量超過100立方米。大約一半的海水淡化廠在中東,約20%在美國,13%在歐洲,12%在亞洲。
目前有5種商品化海水淡化工藝,常用的是多級閃蒸(MSF)工藝和反滲透(RO)工藝,兩者各占一半。這兩種工藝均采用強度高和耐蝕性好的含鎳材料。
由于全球每年為增加海水淡化能力投資數(shù)十億美元,所以這個重要領(lǐng)域?qū)Ω哝嚥讳P鋼的需求注定會增長含鎳雙相不銹鋼、超雙相不銹鋼和超奧氏體不銹鋼由于它們優(yōu)異的耐腐蝕性和較高的強度而成為受歡迎的選材。目前仍為脫鹽業(yè)主要用材的標(biāo)準(zhǔn)S31603和S31703不銹鋼和銅鎳合金(至少用于較低溫度和氯化物環(huán)境中),無法確保所需要的長期可靠性。
雖然高鎳不銹鋼單位成本較高,但由于強度高,使用時材料厚度可減薄,從而減輕了重量并降低了成本,與現(xiàn)有材料相比頗具競爭力。隨著新建大型設(shè)施設(shè)計壽命的延長(現(xiàn)在平均40年以上),壽命周期成本變得更加重要。
在2005年4月召開的美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)國際大會上,威廉-施萊克(Wilhelm Schleich)回顧了銅鎳合金C70600的性能并概述了它在海水設(shè)施中的應(yīng)用。施萊克說,過去幾十年里,已有數(shù)千噸的銅鎳合金C70600用作海水管道材料。C70600合金的顯著的性能是抗生物附著性能和耐縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂性能。施萊克承認(rèn),盡管C70600合金仍然是海水管道的合金選材,但這種材料對沖蝕腐蝕和電偶腐蝕敏感。但他強調(diào)這些缺點可在設(shè)計階段消除。
2004年,奧托昆普公司(先前的阿維斯塔公司)公布了兩份用于脫鹽裝置的鎳合金的資料。對于多級閃蒸法(MSF)裝置,建議如下:
-冷凝器管(通常采用鈦或銅鎳合金) S31254, S32750和S32654;
- 鹽水加熱器管和管板 — S32654;
- 閃蒸室外殼 S32205(免除噴漆,減少維護(hù))和S31254,S32654(密封表面、法蘭連接件);
- “下游各段” S32205
對于反滲透(RO)裝置,選材建議如下:
- 高壓泵S31254, S32750(用于高氯化物環(huán)境)和S32205( 用于低氯化物環(huán)境)
- 高壓管道S32750
阿維斯塔普樂域公司(Avesta Polarit AB)的簡-奧爾森 (Jan Olsson)等人在2003年的兩篇NACE報告中,對各種不銹鋼性能給出了一個有用的排序,按升序排列如下:S31603, S31703, S32205, N08904, S31254, S32750。
作者得出幾個結(jié)論:
- 除非補給水已脫氣,否則真的不應(yīng)當(dāng)使用S31603和S31703;
- S32205和N08904比S31603和S31703更好,但可能也會發(fā)生腐蝕;
- 高壓管道需要采用超雙相鋼和超奧氏體6%鉬合金;
- 焊接管會比無縫管便宜;
- 超雙相不銹鋼S32507可以減小厚度、重量和成本。
簡-奧爾森 (Jan Olsson)等人發(fā)表的關(guān)于整體雙相不銹鋼多級閃蒸室的**篇文章,評述了多級閃蒸設(shè)備蒸發(fā)器材料所遇到的腐蝕問題,從低碳鋼開始,到各種環(huán)氧樹脂涂層、金屬襯、以及不銹鋼復(fù)合板。蒸發(fā)器殼較理想的選材是整體雙相奧氏體-鐵素體不銹鋼2205。
由于S32205雙相不銹鋼的高強度,蒸發(fā)器容器可以制造得更薄、更輕 —比S31603設(shè)備輕和薄30%,對于利比亞一個16000m3/天的多級閃蒸廠來說,價格具有競爭力。這是自1993年日本橫濱會議以來,S32205在蒸發(fā)器容器上的次商業(yè)化應(yīng)用。在那次會議上,格羅思和奧爾森**提出將整體雙相不銹鋼用于蒸發(fā)器容器
在2005年國際海水淡化學(xué)會海水淡化和水再利用國際大會上,奧托昆普宣布節(jié)約型雙相不銹鋼用于Taweelah B 擴(kuò)建項目和Jebel Alil項目的建設(shè)。這些工廠蒸發(fā)器底部暴露于脫氣海水,將采用S32205雙相不銹鋼,蒸發(fā)器上部暴露于腐蝕性不強的冷凝液,將采用S32101節(jié)鎳型雙相不銹鋼。
含24%鎳和20%鉻的超奧氏體6%鉬合金N08367已廣泛用于海水處理設(shè)施。而2003年格拉布(Grubb)和格勞克(Gerlock)在NACE會議上發(fā)表一篇論文,論述N08367在反滲透工藝和多級閃蒸工藝海水淡化裝置的應(yīng)用。N08367作為一種具有競爭性的替代材料,被用來替代較傳統(tǒng)的銅合金。銅合金有一些優(yōu)點,包括高導(dǎo)熱性,但銅合金會受到液體流動引起的沖蝕腐蝕,特別是在有硫化物和胺等污染物存在的情況下更是如此。
N08367比銅-鎳合金價格高,但仍具競爭性,這是因為其截面可以更薄,重量更輕,因而成本更低。近年來,這種合金已被指定用于許多工廠,包括2002年在西半球的特立尼達(dá)大的反滲透裝置的關(guān)鍵預(yù)處理管道。該裝置設(shè)計能力為109,000m3/天。
2003年,弗朗西斯(Francis)和伯恩(Byrne)指出,鍛造合金S32760(含7%鎳、25%銅和3。5%鉬)自80年代中期以來,已在海水系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。然而在消防水和海水冷卻系統(tǒng)卻發(fā)生了許多失效問題,大多數(shù)與焊縫處的腐蝕有關(guān)。這兩位作者在其NACE論文中說,這些問題已經(jīng)通過開發(fā)“批準(zhǔn)合格”的焊接工藝規(guī)范避免焊縫處SIGMA相的形成而克服(SIGMA相會大大降低局部耐腐蝕性)。結(jié)果S32760現(xiàn)在被廣泛接受用于反滲透工藝裝置的管道及其它部件,其中包括多級閃蒸工藝裝置的海水吸水管。
本雜志2001年的一篇文章中重點介紹了薄壁激光焊接S34565奧氏體不銹鋼用于多級閃蒸工藝裝置熱回收段蒸發(fā)室的管道,作為90/10銅-鎳合金的一種經(jīng)濟(jì)的替代材料。S34565奧氏體不銹鋼通常含17%鎳、24%鉻和4%鉬。
本文以2001年Felton, Oldfield, Peet等人在NACE發(fā)表的文章為基礎(chǔ)。他們指出電偶腐蝕發(fā)生在管道和管板之間的某些焊縫,需要進(jìn)一步的研發(fā)工作來找出適合的管板材料。2002年他們在另一篇NACE文章中得出結(jié)論:與S34565合金制成的管道焊接在一起的適合的管板材料還是S34565.
這篇新文章并非對海水淡化工業(yè)用含鎳合金近幾年的發(fā)展作綜合評述,而是辨清了一些比較重要的選擇并證實了復(fù)雜的海水淡化工業(yè)過程對含鎳合金必不可少和不斷增長的需求.
不銹鋼管和不銹鋼板在海水淡化設(shè)備中的應(yīng)用