阮國嶺 國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所總工程師

    海水淡化是一種解決沿海缺水問題的水資源增量技術，其應用范圍和規模逐年增加。海洋工程材料是構建淡化裝備的基礎，發展海洋工程材料，是保障海水淡化技術和產業發展的關鍵。值此 2017 第四屆海洋材料與腐蝕防護大會即將召開之際，記者特邀請到與會專家、國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所阮國嶺總工程師，阮總工就國內外海水淡化技術和產業的發展現狀、技術裝備選材、腐蝕應對措施、發展建議等多方面做了一系列的精彩解讀。

    應對全球水資源危機 發展海水淡化產業

    聯合國教科文組織主持制定的水資源標準：人均水資源低于 3000m 3 為輕度缺水，低于 2000m 3 為中度缺水，低于 1000m 3 為重度缺水，低于 500m 3 為極度缺水，300m 3 為維持當地可持續發展的最低水資源量，即適當人口生存的最低標準。以此標準，到 2030 年全球半數人口將生活在缺水的環境中。尋求新的水源，通過海水淡化增加淡水供應量，已逐漸成為全世界的共識和通用做法，目前已解決全球 2 億人的用水問題。

    我國水資源總量近 2.84 萬億 m 3 ，居世界第六位，但人均量僅為世界平均水平的 1/4，排在第 110 名之后。而且我國水資源分布不均，16 省人均用水量低于重度缺水線，部分北方地區甚至低于世衛組織規定的最低人均水資源標準，靠本地水已難保證人口生存及生態維系的用水需求。除北方資源型缺水外，南方水質型缺水以及沿海地區地下水超采導致的海水入侵等問題，使國家供水安全保障面臨更為嚴峻的形勢。跨流域調水已不能解決我國水資源短缺的根本性問題，根據水利部《全國水資源綜合規劃》，到 2030 年，考慮南水北調，沿海地區年缺水量仍將達到 214 億 m 3 。

    阮總工表示，海水淡化是增加淡水供給的開源之舉，是水資源的重要補充和戰略儲備。發展海水淡化產業，對緩解沿海缺水地區和海島水資源短缺狀況，促進中西部地區苦咸水、微咸水淡化利用，優化用水結構，保障水資源可持續利用具有重要意義，也有利于培育形成新的經濟增長點，推動發展方式轉變。

    膜法與熱法并駕齊驅 為海水淡化插上雙翼

    國際脫鹽協會最新的統計顯示，全球淡化裝機容量在過去 5 年內以平均每年 12% 的速度增長，而且增長速率有逐年上升趨勢。截至 2014 年 9 月，全球淡化廠超過 18000 個，分布在 150 多個國家和地區，累計裝機容量 8530 萬m 3 /d，在建及合同裝機容量678萬m 3 /d。

    RO、MSF、MED 是國際三大主流商業化海水淡化技術，其中膜法海水淡化技術（RO）的市場占有率最高（達到44%），但包括 MSF 和 MED 的熱法海水淡化技術，市場保有量大且發展穩定，因此市場占有率與膜法技術相當；從用途上看，63.1%的淡化水用于市政供水，解決了城市大規模生活用水需求，其余為滿足工業、農業、旅游業及軍事等方面需求。我國經過 20 多年技術攻關，形成 MED 與 RO 并駕齊驅的海水淡化技術發展戰略。截至 2014 年底，投建海水工程 112 個，總規模 92.7 萬 m 3 /d，其 中 MED 占 34.6%，RO 占 64.69%，主要分布北方沿海，天津產業發展位列全國之首。但我國淡化水用途單一，工業應用為主，規模 58.7 萬 m 3 /d。

    阮總工說，加大大型熱法膜法海水淡化、大型海水循環冷卻等關鍵技術，實現反滲透海水淡化膜組件、高壓泵、能量回收等關鍵部件和熱法海水淡化核心部件的國產化，提高海水淡化裝備材料生產質量控制技術和相關產品檢驗檢測技術的研發力度；同時，鼓勵開發海水淡化新技術，增強自主創新能力和配套能力，這包括積極研發電廠余熱高效利用技術，鼓勵沿海有條件的發電企業實行電水聯產，大力發展與核能、風能、太陽能和海洋能等可再生能源耦合的新能源海水淡化技術。此外，還需研究建立國家級工程技術中心等科技創新服務平臺，加強國際技術交流與合作，提高海水淡化關鍵設備、成套裝置研制能力和技術集成水平。這些都是加快發展海水淡化產業的關鍵。

    在熱法淡化領域，經過20多年努力，我國在關鍵技術、工程設計、裝備研制、建設運營等方面取得了重要進展，具備產業化發展的基本條件。但與國外相比，自主技術由于缺少大規模應用示范，國際競爭力不足；相關企業普遍技術實力較弱，對新材料、新工藝的應用開發投入不足，無法實施差異化競爭戰略。

    國內膜法海水淡化領域初步具有工藝設計、裝備集成、工程建設能力，部分企業具備RO海水淡化項目EPC能力。但與國外相比，尚缺乏金融支持渠道及高水平運營技術，運作 BOT 項目的能力較弱；在 RO 膜與能量回收等關鍵部件開發方面取得一定突破，但與國外產品存在差距，市場表現不佳。

    阮總工表示，由于熱法淡化只適合一些有廢熱可以利用的場合，因此發展空間比膜法要?。荒し☉梅懂牪还馐呛Ｋ?，在苦咸水、廢水方面發展應用范圍比較廣，從長遠來，可能全世界共同看好的是膜法。

    發揮“鈦”優勢 助力海水淡化產業前行

    提及鈦材在海水淡化工程中的優勢及應用，阮總師指出，相對各種銅合金材料，鈦管耐沖刷腐蝕性能更強，應用于多級閃蒸可提高熱回收效率，應用于多效蒸餾可降低對海水預處理技術要求（主要是固體懸浮物含量），并降低后期維護成本。按成本因子法估算，采用傳統銅合金傳熱管，一套萬噸級蒸餾海水淡化裝置的噸水投資成本為 8097 元/（t/d），采用 TA2 鈦管噸水投資也僅為 8333 元 /（t/d），應用經濟性相當。鈦材在高溫、高鹽及低 pH 海水環境下具有較強的耐蝕性能，這為在高濃縮倍率蒸餾淡化及工業廢水濃縮方面的應用提供更佳的安全保障。

    從降低裝備投資成本和運營維護成本考慮，海水淡化用鈦材還需在以下方面開展工作：

    一是低成本薄壁卷焊鈦傳熱管的開發。鈦密度約為銅的 1/2，以當前鈦傳熱管市場價格，與銅管應用成本相當，但從降低熱阻、提高傳熱效率考慮，仍需開發超薄壁鈦傳熱管。這就需要上下游進一步開展合作攻關，在鈦材熔煉、大卷重鈦板、薄壁鈦管高效快速卷焊以及超薄壁鈦管工程應用方面進行技術研發，縮短工藝流程、降低生產損耗、提高生產效率、保障鈦管安全應用，從而進一步提升超薄壁鈦傳熱管的應用經濟性和可靠性。

    二是全鈦蒸發器的開發。國際主流的熱法淡化蒸發器筒體選材方案主要為兩種，一是以 316L 不銹鋼、2205 雙相鋼為主的低維護方案，二是以碳鋼 + 防腐涂料為主的低成本方案。開發鈦鋼復合板蒸發器可兼顧兩者的優勢，是未來熱法淡化裝置筒體材料的重要方向，但復合板的結構特點也為蒸發器及其內構件設計帶來更大挑戰，這就需要上下游企業在復合板蒸發器結構設計及工程應用保障技術方面開展合作攻關，以實現新材料的工程應用。

    三是 RO 海水淡化用鈦制高壓管路系統。鈦材在高速海水沖擊環境下，耐蝕性能優于 C276 鎳基合金鋼和 254SMO奧氏體鋼，開發 RO 用鈦制能量回收、高壓泵、增壓泵、閥門，可有效提升上述裝備過流部件的應用可靠性、降低運行維護費用；開發針對百噸級、千噸級、萬噸級 RO 海水淡化高壓管路系統的鈦及鈦合金管路、連接件、工藝泵、閥門、儀表安裝座等系列化產品，完善工程配套能力，促進鈦材在 RO 海水淡化中的應用；開發退役鈦材回收再利用技術，降低鈦制高壓管路系統的應用成本。

    放眼全局 未來將多方位強強聯合

    從我們國家戰略需求來講，十八大明確建設海洋強國。海水淡化是建設海洋強國的重要資源環境技術，在國家海洋局推進海洋強國建設的 30 項任務中，海水利用在八大海洋產業中位列第二，且在戰略性新興產業等任務中多次提及。

    放眼國際，中東、亞洲及非洲地區的市場需求將帶動全球海水淡化發展。基于各國官方數據統計和用水供需情況分析，未來 5 年全球新增產能預計 4000萬 m 3 /d；估算對蒸餾海水淡化傳熱材料的需求約為 40 萬噸，對蒸發器殼體材料及 RO 高壓管路材料的需求量超過 50 萬噸；在 RO 膜方面，目前全球海水淡化和苦咸水淡化反滲透膜年產能已達 1.2億平方米，未來需求量也將急劇增大。

    阮總工表示海水淡化可能會成為應對氣候變化的一個很重要的技術措施。海水淡化不僅僅指處理海水，也包括處理其他的水，用淡化技術處理水的過程，會成為應對氣候變化的非常重要的技術措施。我們國內海水淡化到現階段已經不是技術制約了，更多的是叫政策制約。如果說全球的海水淡化能發展的起來，很大的程度上都有一個叫價格的形成機制，我們國家在此領域還不不太完善。但從技術本身來說，我們國家與世界其他發達國家幾乎處于相同水平，如果我們國家的水價政策放開之后，我國海水淡化產業會以速度驚人的發展甚至超越他們。

    對于未來海水淡化裝備用的新材料，在選材上、在設計和建造過程可能會更加傾向于選擇耐蝕性能更好的材料、注重循環性能更好的材料、注重金屬材料和非金屬材料之間更合理的搭配。

    阮總工強調，海水淡化產業未來的發展要做好以下幾點：

    一是建立科學的法規政策框架。以建設海洋強國為契機，構建科學的政策框架，為海水淡化提供市場發展空間。制定出臺淡化水政府補貼具體方案和細則，明確不同區域、不同淡化技術淡化水的噸水補貼方案；制定給予淡化項目在稅收、融資、土地使用等方面的優惠政策；國家層面明確淡化工程的投資、建設、運營管理機構及機制，避免各部門扯皮，多頭管理的情況；國家出臺鼓勵政策，加大對自主技術的推廣，提高自主技術成熟度。

    二是加大科研投入。設立海洋工程材料研發、應用專項，促進裝備與材料開發的有機結合，滿足業主的不同需求，提升國產裝備的市場競爭力。鈦鋼復合板蒸發器和薄壁卷焊鈦管低成本加工技術、鈦制蒸發器的工程應用技術研究，這些是熱法淡化可開展的工作。鈦制高壓管路系統及其相關部件的成套開發、鈦材在海水淡化高壓系統的示范應用，這些是膜法淡化可開展的工作。

    三是亟待解決的關鍵技術問題及關鍵材料。基于鈦復合板材的蒸發器優化設計與材料應用配套技術、超薄壁鈦傳熱管的低成本加工及工程應用技術、針對 DN120 及以上規格鈦制高壓管路的標準建設、面向不同規模 RO 海水淡化應用的鈦制高壓管路系統及配件的成套化和系列化，這些是要重點解決的關鍵技術及材料問題。在基礎研究工作方面，要加強海水淡化用材的基礎研究，建立包括海水淡化材料機械、腐蝕等各項性能的數據庫，為加快新材料的推廣應用、優化我國淡化裝備選材技術標準體系、提升自主裝備的技術水平和國際競爭力奠定基礎。

    后記：

    發展海水淡化產業是一項系統工程，也是一項造福于民的偉大工程。在工程建設的實踐過程中，大家行動起來，積極探索、務實創新，為我們偉大祖國的美好明天貢獻力量吧！

    ●  人物簡介

    阮國嶺，現任國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所總工程師、教授級高工，上海交通大學、中國海洋大學、青島科技大學、南京理工大學兼職教授、博導。

    1990 年于浙江大學畢業，獲得博士學位，進入國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所。1993 年 10 月，他被破格評為高級工程師。1995 年 10 月，他被國家海洋局破格評為研究員。2002 年，他被任命為海水淡化與綜合利用研究所所長助理。現任研究所總工程師。在海水淡化技術的主要方面，目前已申報國家發明和實用新型專利 21 項，其中的 10 項已獲得證書和公示。阮國嶺成為國內“低溫蒸餾海水淡化技術”和“熱法及膜法海水淡化”的領軍人物，在國際學術界也有著較大的影響。