现在,在海水淡化装置中022Cr17Ni12Mo2(316L)和022Cr19Ni13Mo3(317L)等普通型不锈钢管和铜镍合金仍是主要用材。铜镍合金C70600虽然具有良好的抗生物附着性能和耐缝隙腐蚀与应力腐蚀断裂性能,因而常用作海水管道材料,但这种材料对冲蚀腐蚀和电偶腐蚀敏感。在蒸馏法海水淡化装置中,白铜合金常用于热交换器管道的冷端,而热端则常用钛材。钛及钛合金耐蚀性、耐高温性能优异,但价格昂贵。而普通型不锈钢,因其在海水环境中的耐蚀性有限而无法确保设备的长期可靠性。目前,普通型不锈钢、白铜和钛材都有被耐蚀性更好的高等级不锈钢替代的趋势。当前,逐渐被推广应用的高等级不锈钢(合金)主要有高合金奥氏体不锈钢管 022Cr19Ni16Mo5N(317LMN)、015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN 等和双相不锈钢管 022Cr23Ni4MoCuN(2304)、022Cr23Ni5Mo3N(2205)等。
1. 高合金奥氏体不锈钢的应用情况
N08367 不锈钢管已广泛应用于反渗透工艺和多级闪蒸工艺海水淡化装置中。N08367不锈钢管主要用来替代传统的铜合金,虽然它比铜-镍合金价格高,但其截面可以更薄,质量更轻,因此成本更低。
022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN不锈钢管是一种更为经济的铜镍合金替代材料,用它制造的薄壁激光焊管可用于多级闪蒸工艺装置热回收段蒸发室的管道。
S32760 不锈钢管自20世纪80年代中期以来已在海水淡化系统得到广泛应用,但因焊缝腐蚀问题,这种材料在消防水和海水冷却系统出现过多次失效。不过,后来人们开发了可以避免焊缝处。相生成的焊接工艺后,S32760不锈钢又逐渐广泛应用于反渗透工艺装置的管道及其他部件,其中包括多级闪蒸工艺装置的海水吸水管。
S31254 不锈钢是一个相对成熟的钢种,其使用温度甚至可以超过100℃。自从1984年首次应用以来,S31254不锈钢管已经在越来越多的海水淡化装置中应用,至今还没有失效的报道。
2. 双相不锈钢的应用情况
近年来,双相不锈钢管在海水淡化装置中的应用也越来越多,其主要原因是双相不锈钢含镍较低,且具有很高的强度(为奥氏体不锈钢的两倍)和良好的耐蚀性能。双相不锈钢管高强度就意味着海水淡化的容器、管道等设备可以做得更薄、更轻,价格成本也更具竞争力。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢具有极优越的耐应力腐蚀开裂性能,大大提高了这方面的耐蚀能力和安全性。双相不锈钢又分为以022Cr23Ni4MoCuN(2304)为代表的节约型不锈钢、以022Cr23Ni5Mo3N(2205)为代表的普通型双相不锈钢和以022Cr25Ni7Mo4N(2507)为代表的超级双相不锈钢。其中,超级双相不锈钢具有很好的与015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN超级奥氏体不锈钢相近的耐腐蚀性能。
当节约型双相不锈钢开发出来后;为了在保证材料性能情况下获得最佳经济效益,后来提出了“双-双相不锈钢”用材概念。即在同一装置中,暴露于脱气海水的蒸发器底部采用耐蚀性较好的双相不锈钢,如022Cr23Ni5Mo3N(2205)不锈钢管;而蒸发器上部暴露于腐蚀性不强的冷凝液中,因此可以采用合金程度较低的节约型双相不锈钢,如022Cr23Ni4MoCuN(2304)不锈钢。
另外,由于超级铁素体不锈钢具有较高的铬含量并含有一定量的钼,除了具有普通铁素体不锈钢的强度高、抗氧化性好、抗应力腐蚀等优良特点外,同时还改善了铁素体不锈钢的延性-脆性转变、对晶间腐蚀的敏感性和焊接状态的低韧性等局限性。目前,一些超级铁素体不锈钢,如008Cr27Mo不锈钢,也逐渐应用于海水淡化装置。
我国海水淡化产业市场前景广阔,为我国不锈钢行业发展提供了很好的发展机遇。因此,我国不锈钢管厂家应该抓住时机,借鉴国外经验加大产品开发力度,重点关注超级奥氏体不锈钢、双相不锈钢和超级铁素体不锈钢,为海水淡化工业开发出性能优良、成本更低的高等级不锈钢产品。
图6-11是海水淡化系统的示意图。
海水的盐分浓度依海域的不同而不同,远洋海水中的盐分为3.2%~3.6%,其大致组成见表6-13。
不锈钢在海水中浸泡一年的腐蚀情况,见表6-14。