在热法蒸馏技术类型的海水淡化项目中，钛焊管是作为海水淡化设备装置蒸发器和冷凝器的导热管（换热管）及其他需要经常与海水接触的管道的首选材料。本文即主要介绍钛焊管在海水淡化领域中的应用优势，同时也客观阐述目前钛焊管还没有在海水淡化中广泛使用的原因。

自上世纪80年代以来，各种海水淡化技术帮助人们在工业和日常生活中获取各种新的淡水资源。经过发展，截止到2012年，全球海水淡化工程项目累计已达近7000万m3/d的能力，这其中热法蒸馏法技术——多级闪蒸（MSF）和低温多效（MED）的海淡项目占比达30%。在中国也陆续有了不同方式方法的海水淡化项目，其中在京津唐地区就有2个大型的MED热法海水淡化项目，给当地带来了巨大的社会和经济效益。而在热法蒸馏技术类型的海水淡化项目中，钛焊管是作为海水淡化设备装置蒸发器和冷凝器的导热管（换热管）及其他需要经常与海水接触的管道的首选材料。

钛焊管钛材料特点

钛作为一种化学元素在地球储量十分丰富，仅次于铁、铝、镁，居第四位。目前除了在航天航空领域的广泛应用外，由于其抗腐蚀性的特点，也被广泛应用于海水淡化领域，其商业价值也越来越得到世人的重视。

相比其他材料，钛材在物理性质上有很多有别于其他材料的特性（见表1），主要特性有：

钛的密度比铝合金和镁合金大，但是只有铁的60%左右，铜的50%左右。

钛的线膨胀系数小，约为不锈钢的一半、铝合金的三分之一，随温度变化而产生的尺寸和形状的变化较小。

钛合金的热导率与不锈钢相当，与铝合金和镁合金比极小，用密度×比热表示的体积比热很低。因此，易升温，难传导热量。

电导率低，与铜比较拥有比铜高30倍的电阻率，与不锈钢一样难导电。

弹性模量小，约为钢铁材料的一半，易于挠曲。　　

钛焊管在海水淡化领域的性能优点

钛焊接管，简称钛焊管，包括钛焊接管和钛焊接轧制管，是通过焊接方式成型的周边有接缝的长条型的钛金属材质的管材，是区别于钛无缝管的另一种成型工艺的管材。

密度小，比强度（强度/比重）高金属钛的密度为4.51g/cm3，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，可作为结构材料使用。

极强的抗腐蚀性能

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是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。即使发生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。介质温度在315℃以下，钛的氧化膜始终保持这一特性。

正因为如此，钛管是海水淡化设备换热器的首选材料。由于海水腐蚀性强，当管材使用铜、碳钢或不锈钢时，海水作为冷却介质会对管材产生严重腐蚀，显著降低热交换器的使用寿命，因此钛材是非常好的替代材料，不仅可以减少设备的更换次数，同时也可以提高经济效益。

从表2钛和其他金属的海水腐蚀率对比表中，可以看出，钛在海水中几乎不被腐蚀。

较好的换热性能

钛的导热系数虽然比钢和铜低，但由于钛有着优异的耐腐蚀性能，且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，通过减薄壁厚，可减少热阻，同时钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。根据已有海水淡化项目表明，即使水流速为10m/s，钛管也不会出现任何剥蚀、孔蚀或冲击腐蚀。另外在水流速为3~5m/s的钛制海水淡化设备中，生物污堵现象是最轻微的。全世界已有数百万米的钛管在海水淡化项目中使用，已经很好地证明了其可靠性。

钛焊管在海水淡化设备中的应用

我们通过低温多效（MED）方法的海水淡水设备结构图为例，来举例说明钛焊管在海水淡化领域的应用情况（如图2）。

低温多效蒸馏海水淡化装置通常包括：蒸发器、冷凝器、闪蒸罐、蒸汽热压缩器、真空泵、支架、平台和梯子等部分构成，工艺泵及管路系统一般安装在蒸发器下方支架内部。装置的主体为蒸发器，包括壳体、导热管、管板、布水系统以及淡水箱等。

钛焊管既可以作为海水淡化设备装置蒸发器和冷凝器的导热管（也称换热管），也可作为其他需要经常与海水接触的管道的材料。

作为海水淡化设备中的导热管，表3给出了部分厂家多效蒸馏装置所用材质。可以看出：在使用钛材的多效蒸馏装置中，钛多用在蒸发器的第一排管和冷凝器的冷凝管。

但目前钛焊管由于种种原因还不属于设备主体管，世界上，主体管的使用材料主要有两个流派，一种为铝黄铜管HAL77-2，一种为新出现的铝合金管5052（以色列IDE公司采用最多）。在低温多效设备中每效直接受海水冲刷的位置（最上面三排）和最后工序除氧、脱气的冷凝器设备采用钛管，钛管的使用数量约为总管数量的10%，以海水淡化装置日产淡水量1万吨规格的设备为例，需要用钛管约8~10t，从材质上来说钛焊管是海水淡化工程的最优管材。我们以对比铜管为例，可以从多个角度来看出钛焊管的优势。

相比于铜管，钛焊管具有的优势

同样作业条件下，钛焊管的壁厚更薄，管材用量更少。

一般情况下，铜合金管等壁厚为0.9mm~1.2mm；用钛焊管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.3mm~0.5mm的薄壁管。

钛管的导热性好。

钛热导率为17W/（m.k），铝黄铜的为l00W/（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。

使用钛焊管的性价比更高。

由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的钛焊管重量只是铜合金管的50％，当钛管壁厚为铜合金管的50％时，相同传热面积的钛管重量仅为铜合金管的1/4。此时，钛焊管在价格方面的竞争力就显现出来。

钛焊管的使用寿命更长。

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焊管。

钛焊管目前没有被广泛使用的原因

钛焊管以前之所以没有得到广泛应用，主要原因是由于历史的原因，钛焊管相比其他管材还属于较为新兴的管材，人们对钛焊管还有不同程度的认识误区，具体表现如下：

任何事物都是具有两面性的，就材料而言，每一种都有其优缺点，关键是看你如何运用它们以及用在什么地方。

钛焊管相比于钛无缝管而言，主要有如下两个优势，一是钛焊管更易做薄壁管，其成型的管壁更薄，目前钛焊管最薄可以达到0.3mm，而钛无缝管做薄壁管的成材率比焊管要低，要做到0.7mm以下的钛无缝管，目前为止是相对比较困难且无价格优势的；二是钛焊管换热均匀度和换热效率更好，且无缝管易出现点腐蚀质量问题。因工艺不同，钛焊管的内外壁都非常光洁，无缝管内壁相对钛焊管而言粗糙，管内液体流动性不如钛焊管好，易于结垢，导致无缝管的换热均匀度和换热效率相对较低。对于海水淡化装置而言，管材的管壁越薄、内外壁越光洁，传热（换热）性能就越好。因此，钛焊管有其独特的优势，同时钛焊管的价格也呈下降趋势，综合性价比得到体现。可参见下表4钛无缝管与钛焊管价格对比表：

另外，由于成型工艺的原因，目前钛焊管已经普遍采用自动连续焊接的方式进行焊接，成型钛焊管的长度可以超过20m以上，而无缝管由于工艺和设备的原因，最大长度为16m。因此，在管材的长度上，钛焊管也有其独到的优势。

近年来，整个钛产业链的价格呈逐渐下降趋势，钛焊管的价格也逐年降低，相比于其他材料，其综合利用的经济性越来越得到体现（如表5）。目前国内钛焊管的价格已在20万元/吨左右，已具备大规模应用的价格条件。

钛焊管在海水淡化领域的发展趋势

钛焊管在海水淡化领域作为铜管和不锈钢管管材的有益补充和替代材料，随着生产技术和成本控制的降低，未来钛焊管技术发展主要在超薄壁管的发展和成本控制。

预计未来几年，在海水淡化领域，钛焊管将越来越薄（已有壁厚0.3mm钛焊管出现），整体价格呈稳定并缓慢降低的走势。并且由于超薄壁管的出现，在海水淡化项目中综合使用钛焊管的重量也在减轻，可以大大降低项目的综合成本。

小结

随着钛工业的发展，钛材的应用领域已越来越广泛。钛焊管作为海水淡化设备中良好的管材材料，将随着海水淡化热法项目的应用推广发展，得到越来越广泛的应用。