現在,在海水淡化裝置中022Cr17Ni12Mo2(316L)和022Cr19Ni13Mo3(317L)等普通型不銹鋼管和銅鎳合金仍是主要用材。銅鎳合金C70600雖然具有良好的抗生物附著性能和耐縫隙腐蝕與應力腐蝕斷裂性能,因而常用作海水管道材料,但這種材料對沖蝕腐蝕和電偶腐蝕敏感。在蒸餾法海水淡化裝置中,白銅合金常用于熱交換器管道的冷端,而熱端則常用鈦材。鈦及鈦合金耐蝕性、耐高溫性能優異,但價格昂貴。而普通型不銹鋼,因其在海水環境中的耐蝕性有限而無法確保設備的長期可靠性。目前,普通型不銹鋼、白銅和鈦材都有被耐蝕性更好的高等級不銹鋼替代的趨勢。當前,逐漸被推廣應用的高等級不銹鋼(合金)主要有高合金奧氏體不銹鋼管 022Cr19Ni16Mo5N(317LMN)、015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN、022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN 等和雙相不銹鋼管 022Cr23Ni4MoCuN(2304)、022Cr23Ni5Mo3N(2205)等。
1. 高合金奧氏體不銹鋼的應用情況
N08367 不銹鋼管已廣泛應用于反滲透工藝和多級閃蒸工藝海水淡化裝置中。N08367不銹鋼管主要用來替代傳統的銅合金,雖然它比銅-鎳合金價格高,但其截面可以更薄,質量更輕,因此成本更低。
022Cr24Ni17Mo5Mn6NbN不銹鋼管是一種更為經濟的銅鎳合金替代材料,用它制造的薄壁激光焊管可用于多級閃蒸工藝裝置熱回收段蒸發室的管道。
S32760 不銹鋼管自20世紀80年代中期以來已在海水淡化系統得到廣泛應用,但因焊縫腐蝕問題,這種材料在消防水和海水冷卻系統出現過多次失效。不過,后來人們開發了可以避免焊縫處。相生成的焊接工藝后,S32760不銹鋼又逐漸廣泛應用于反滲透工藝裝置的管道及其他部件,其中包括多級閃蒸工藝裝置的海水吸水管。
S31254 不銹鋼是一個相對成熟的鋼種,其使用溫度甚至可以超過100℃。自從1984年首次應用以來,S31254不銹鋼管已經在越來越多的海水淡化裝置中應用,至今還沒有失效的報道。
2. 雙相不銹鋼的應用情況
近年來,雙相不銹鋼管在海水淡化裝置中的應用也越來越多,其主要原因是雙相不銹鋼含鎳較低,且具有很高的強度(為奧氏體不銹鋼的兩倍)和良好的耐蝕性能。雙相不銹鋼管高強度就意味著海水淡化的容器、管道等設備可以做得更薄、更輕,價格成本也更具競爭力。與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼具有極優越的耐應力腐蝕開裂性能,大大提高了這方面的耐蝕能力和安全性。雙相不銹鋼又分為以022Cr23Ni4MoCuN(2304)為代表的節約型不銹鋼、以022Cr23Ni5Mo3N(2205)為代表的普通型雙相不銹鋼和以022Cr25Ni7Mo4N(2507)為代表的超級雙相不銹鋼。其中,超級雙相不銹鋼具有很好的與015Cr24Ni22Mo8Mn3CuN超級奧氏體不銹鋼相近的耐腐蝕性能。
當節約型雙相不銹鋼開發出來后;為了在保證材料性能情況下獲得最佳經濟效益,后來提出了“雙-雙相不銹鋼”用材概念。即在同一裝置中,暴露于脫氣海水的蒸發器底部采用耐蝕性較好的雙相不銹鋼,如022Cr23Ni5Mo3N(2205)不銹鋼管;而蒸發器上部暴露于腐蝕性不強的冷凝液中,因此可以采用合金程度較低的節約型雙相不銹鋼,如022Cr23Ni4MoCuN(2304)不銹鋼。
另外,由于超級鐵素體不銹鋼具有較高的鉻含量并含有一定量的鉬,除了具有普通鐵素體不銹鋼的強度高、抗氧化性好、抗應力腐蝕等優良特點外,同時還改善了鐵素體不銹鋼的延性-脆性轉變、對晶間腐蝕的敏感性和焊接狀態的低韌性等局限性。目前,一些超級鐵素體不銹鋼,如008Cr27Mo不銹鋼,也逐漸應用于海水淡化裝置。
我國海水淡化產業市場前景廣闊,為我國不銹鋼行業發展提供了很好的發展機遇。因此,我國不銹鋼管廠家應該抓住時機,借鑒國外經驗加大產品開發力度,重點關注超級奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和超級鐵素體不銹鋼,為海水淡化工業開發出性能優良、成本更低的高等級不銹鋼產品。
圖6-11是海水淡化系統的示意圖。
海水的鹽分濃度依海域的不同而不同,遠洋海水中的鹽分為3.2%~3.6%,其大致組成見表6-13。
不銹鋼在海水中浸泡一年的腐蝕情況,見表6-14。