本文來自公眾號(hào)：晨源鈦業(yè)
海洋約覆蓋地球表面積的70. 8%，海洋資源和能源的利用和開發(fā)，備受關(guān)注。另一方面鈦極耐海水腐蝕，鈦用于海洋工程各個(gè)領(lǐng)域，也受到世界各國(guó)的普遍重視。
淡水約占地球水資源的3%，通過海水淡化獲得水資源是-一個(gè)新的趨勢(shì)，尤其是缺水嚴(yán)重的中東地區(qū)。早在20世紀(jì)50年代就用海水淡化獲得淡水，1979 年世界各地建設(shè)了1468臺(tái)海水淡化裝置，到1993年世界各地在5738個(gè)地區(qū)建設(shè)了9014臺(tái)海水淡化裝置。2004年世界各地正在建設(shè)的有15000臺(tái)海水淡化裝置。①蒸發(fā)法單級(jí)閃蒸法、多級(jí)閃蒸法，立式多效法，橫式多效法、浸管法，蒸汽壓縮法;③復(fù)合法。其中，應(yīng)用最多的是蒸發(fā)法，其次是逆浸透法，電滲析法用得較少。日本國(guó)內(nèi)主要的海水淡化法見表2-44.1965年，美國(guó)哈維鋁公司在維爾京群島建設(shè)的-~座海水淡化工廠，其導(dǎo)熱管全部采用壁厚0.7mm無縫鈦管，總長(zhǎng)185萬米，約24t，日處理海水能力為184萬立方米。1967 年，日本松島碳礦株式會(huì)社建成了2650t/d海水淡化設(shè)備。該裝置的通風(fēng)凝結(jié)器及噴射壓氣機(jī)的傳熱管和管板，由于受海水中溴(Br) 的腐蝕，不能用銅合金，換用鈦后，沒發(fā)生過因腐蝕導(dǎo)致的故障。表2-44為日本國(guó)內(nèi)主要使用的海水淡化法。①鈦管的壁厚導(dǎo)熱管壁厚由 使用條件、管板材料、擴(kuò)管作業(yè)的施工能力，管端的焊接技術(shù)等來決定。由于導(dǎo)熱管直徑小，對(duì)強(qiáng)度要求不高，因此實(shí)際使用中采用壁厚較薄的管材。一般，鋼管等壁厚為0.5~1.2mm;用鈦管代替，在腐蝕性小的地方，可用壁厚為0.3mm的薄璧焊管。②鈦管的導(dǎo)熱性由 于導(dǎo)熱管的材質(zhì)不同，熱導(dǎo)率也不同，如鈦為17W/(m. K)，鋁黃銅為100W/(m. K)，90/10白銅為47W/(m●K)，70/30 白銅為29W/(m●K)。因此,可通過壁厚的變化控制導(dǎo)熱管的導(dǎo)熱效果。在以上材料中，鈦的熱導(dǎo)率最小，如使用薄壁鈦焊管，導(dǎo)熱性雖然比鋁黃銅差，但與90/10白銅相當(dāng)。③鈦管的經(jīng)濟(jì)性鈦管的 單位質(zhì)量?jī)r(jià)格比銅合金貴2~6倍，但從性價(jià)比上考慮，鈦管價(jià)格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時(shí)，同等長(zhǎng)度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的50%.當(dāng)鈦管壁厚為鋼合金管的50%時(shí)，相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量?jī)H為銅合金管的1/4。可見，鈦管在價(jià)格方面是有競(jìng)爭(zhēng)力的。(2)使用海水淡化鈦制設(shè)備時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)①除去鈦中的間隙元素。鈦制設(shè)備在100°C以上海水中存有宏觀裂紋時(shí)，容易發(fā)生間隙元素腐蝕，這種腐蝕不受海水濃度的影響。在105°C含4%NaCl的海水中，可能產(chǎn)生間隙元素腐蝕。②要使用薄壁鈦管材。鈦的熱導(dǎo)率低，僅為鋁黃銅的1/6， - - 般鈦管材壁厚為0. 3~0. 7 mm。③鈦制設(shè)備應(yīng)避免與鐵容器接觸，因鈦容易吸氫使鈦材變脆。在海洋平臺(tái)，上，用鈦制作閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷凝管和換熱管、泵、閥、管件等;在深海鉆采海底石油中，用作提升管、預(yù)應(yīng)力管接頭、夾具及配件等。地球埋藏的石油有30%位于海底的地殼中，儲(chǔ)量大約1300億噸，海底鉆采石油有很大意義。海洋平臺(tái)可以分為兩類:底部固定支撐式平臺(tái)和浮式平臺(tái)，海底油田一般深100m左右。固定平臺(tái)用得較多，但水深增加后從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上來說，浮動(dòng)方式更有利。用鈦替代鋼作海洋平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)材料是不切實(shí)際的，但是在海洋平臺(tái)上用鈦管做閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷凝管和換熱管、泵、閥、管件;在深海鉆探中采用鈦制海底石油提升管以及采油預(yù)應(yīng)力管接頭、夾具及配件等是可行的。.北海石油平臺(tái)上熱交換器已采用了鈦管。由于鈦耐酸性(含硫)原油和海水的腐蝕，油和氣的冷卻使用了鈦裝置。在直接冷卻中，列管熱交換器，對(duì)剛從井中噴出的油氣混合物進(jìn)行冷卻，以海水為冷卻劑。在交替式間接冷卻系統(tǒng)中，先使用碳鋼熱交換器，以淡水為冷卻劑來冷卻原油，再用鈦的板式或管式熱交換器中的海水來冷卻那些冷卻原油的淡水。輔助裝置上使用了鈦制管狀壓縮冷卻器、內(nèi)冷卻器、低壓原油冷卻器。Ti-12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni)合金管比工業(yè)純鈦管能提高耐縫隙腐蝕能力。各種類型的泵(如深井泵和離心泵)采用鑄鈦泵殼和葉輪，石油平臺(tái)上閥門和其他管件配件等采用鈦制品后，減少了維修工作量。(2)預(yù)應(yīng)力管接頭、夾具及配件在北海等海流急的海域長(zhǎng)期運(yùn)行的浮式采油平臺(tái)系統(tǒng)中，原油采油提升管的接頭設(shè)計(jì)較復(fù)雜，關(guān)鍵性的部位如采油提升管底部位與采油井口之間的接頭以及采油提升管的彎曲和撓曲部分宜采用鈦材制造。大型海洋熱能轉(zhuǎn)換電站(10~40MW)，利用海洋能量的效益很大。可利用的海洋能量有波浪、海流、潮汐、海洋溫差及鹽分濃度差等，正在開發(fā)對(duì)海洋溫差發(fā)電的應(yīng)用。海洋溫差發(fā)電是利用熱帶海洋自然溫差來產(chǎn)生有用的能量。因?yàn)樗抢萌≈槐M的太陽能來加熱海水表面而獲取電能，因此在這種能量的產(chǎn)生過程中不會(huì)有污染。海洋溫差發(fā)電有兩種方式:一-種是把溫海水閃蒸帶動(dòng)透平機(jī)旋轉(zhuǎn)的開式循環(huán);另一種是用海水把氟氯烷或氨這樣的低沸點(diǎn)介質(zhì)蒸發(fā)及凝縮的閉式循環(huán)。見圖2-12。閉式循環(huán)由于采用了低沸點(diǎn)介質(zhì)，可使壓力差增大，把能量密度提高，因此海洋溫差發(fā)電通常指閉式循環(huán)。使用接近海面的高溫海水，把氨這樣的低沸點(diǎn)工作流體由液體蒸發(fā)成氣體再增壓，利用這種壓力使透平機(jī)旋轉(zhuǎn)。然后，使用從深海采出的低溫海水，驅(qū)動(dòng)透平機(jī)后的流體再回復(fù)成液體，用泵使之循環(huán)送至蒸發(fā)器中。海洋熱能轉(zhuǎn)換采用朗肯(Rankine) 循環(huán)，在該循環(huán)中，用海洋表面熱水(80~90 F●)來蒸發(fā)典型工作介質(zhì)氨，被蒸發(fā)出來的氣體氨驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)，然后用從海底(1500~3000ft@深)抽上來的溫度較低的海水(40~50 F)對(duì)氨進(jìn)行冷凝。產(chǎn)生的電能可并人海岸電網(wǎng)，或用于工廠船舶進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。中太平洋的瑙魯共和國(guó)世界上第-一個(gè) 成功地采用溫差發(fā)電向電力系統(tǒng)輸電，最大輸出功率達(dá)120kW (有效電力31.5kW)。這種海洋溫差發(fā)電裝置，采用沸點(diǎn)為一40.8C的氟氯烷R-22(CHCIF2)作為低沸點(diǎn)介質(zhì)，用它來驅(qū)動(dòng)透平機(jī)使發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。其蒸發(fā)器及凝縮器的傳熱管均采用了鈦。此外，在地?zé)崮茉捶矫嬉苍谘芯坷免仯驗(yàn)椴牧系墓ぷ鳝h(huán)境是含有硫化氣體和氯化物的蒸氣或高溫水。在這個(gè)領(lǐng)域中可充分利用鈦對(duì)海水、含硫氣體、氯化物等優(yōu)異的耐蝕性及高比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。另外，在地?zé)崮茉捶矫妫佊捎诰邆鋵?duì)海水、含硫氣體、氯化物等的耐蝕性，以及高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。隨著鈦質(zhì)壓艙水管道的成功使用，鈦還被應(yīng)用在其他類型的海水系統(tǒng)中，例如消防水、冷卻水和灑水滅火系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，鈦的中等尺寸部件可與不銹鋼相競(jìng)爭(zhēng)。其較大尺寸部件可與石墨增強(qiáng)的復(fù)合材料相比。工件直徑不超過203. 2mm時(shí)，使用鈦在經(jīng)濟(jì)上是最佳選擇，更大直徑的工件應(yīng)優(yōu)先選擇復(fù)合材料。鈦在海水系統(tǒng)中應(yīng)用，主要是因?yàn)殁伖苣透g和可以冷彎。與傳統(tǒng)制造方法比較，冷成形成本低。較大的鈦工件，可以鑄造，從幾克到2750kg的鑄件均可鑄造出來，如消防水系統(tǒng)的大量控制閥和集水閥等。(二)鈦在海洋土木建筑行業(yè)的應(yīng)用海洋建筑面臨的主要問題是受海水和海鹽粒子的嚴(yán)重腐蝕，鈦材由于具有優(yōu)越的耐腐蝕性能成為海洋建筑的首選材料，海洋建筑領(lǐng)域，鈦的應(yīng)用主要有三類:②耐腐蝕結(jié)構(gòu)件;③混凝土結(jié)構(gòu)件防腐蝕。日本四面臨海，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要日本擴(kuò)大利用海域，日本在海洋用鈦方面成績(jī)顯著。日本設(shè)立了超大型浮式海洋構(gòu)筑物技術(shù)研究小組。鈦材成為海洋構(gòu)筑物的首選材料，其作用有二個(gè)，一是用鈦薄板包覆易腐蝕部位;二是海洋構(gòu)筑物易腐性部分用鈦鋼復(fù)合板。鈦在海洋建筑中的使用實(shí)例見表2-45。
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