工程材料是構(gòu)建海水利用技術(shù)裝備的基礎(chǔ)，對保障裝備長期穩(wěn)定、高效運行起到十分重要的作用。國外海水淡化技術(shù)（尤其是熱法淡化）經(jīng)過了五十多年的發(fā)展，在模擬試驗和大量真實工況環(huán)境中的腐蝕失效研究基礎(chǔ)上，建立了包括多級閃蒸、多效蒸餾、機械壓縮蒸餾在內(nèi)的多種熱法海水淡化裝備科學(xué)選材方案，以及抑制或延緩材料環(huán)境腐蝕為目的的淡化裝備操作控制方法，對蒸餾海水淡化技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用起到了極大的促進作用，為建設(shè)日產(chǎn)幾十萬噸級、甚至近百萬噸級超大型海水淡化廠提供了基礎(chǔ)保障。

    我國海水淡化技術(shù)是在國家“八五”至“十二五”重點攻關(guān)項目的連續(xù)支持下，通過對淡化工藝、裝備設(shè)計開發(fā)進行的深入研究基礎(chǔ)上，分析借鑒國外先進經(jīng)驗而發(fā)展起來的。尤其是海水淡化裝備材料的腐蝕失效機理、裝備選材以及新材料工程應(yīng)用技術(shù)研究方面，基本與國外先進經(jīng)驗保持一致。

    5.3.2.1 海水淡化裝備常見的腐蝕問題

    1）均勻腐蝕

    在蒸餾海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，1960年Weir公司為科威特建設(shè)的多級閃蒸海水淡化廠，拉開了現(xiàn)代海水淡化技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的序幕。早期的蒸餾海水淡化裝備，采用了在海洋環(huán)境中應(yīng)用時間長、相關(guān)腐蝕數(shù)據(jù)豐富的碳鋼結(jié)構(gòu)材料和銅合金傳熱管，工程設(shè)計人員通過預(yù)測裝備材料在工況環(huán)境中的腐蝕速率，設(shè)計充分的腐蝕余量，來滿足裝備的使用壽命要求。

    通常在天然海水全浸環(huán)境中，銅合金材料具有較好的耐蝕性能，但采用無防腐措施的碳鋼材料，難以達到腐蝕防護要求，這主要是因為碳鋼在海水環(huán)境中的腐蝕速率較高。碳鋼的腐蝕過程符合電化學(xué)腐蝕原理，即基體中的鐵素體相作為腐蝕陽極區(qū)發(fā)生鐵溶出反應(yīng)，滲碳體相作為腐蝕陰極區(qū)發(fā)生氧去極化反應(yīng)，其海水腐蝕過程主要受陰極氧去極化過程控制，即腐蝕速率由氧到達碳鋼表面的擴散步驟控制。而蒸餾海水淡化工況環(huán)境較為特殊，其內(nèi)部海水工藝介質(zhì)的溫度、鹽度、溶解氧和CO2含量等與天然海水環(huán)境有一定差異，見表5-54。而這些環(huán)境因素對金屬材料的海水腐蝕過程有著顯著影響，從而導(dǎo)致其裝備材料腐蝕的特殊性。

    其中尤為重要的是，原料海水泵入淡化裝備受熱蒸發(fā)前，通常需要進行充分的脫氣處理，以減少海水蒸發(fā)產(chǎn)生的不凝性氣體在換熱面積聚，提高設(shè)備的換熱效率。如多級閃蒸海水淡化中，海水脫氣是在獨立的脫氣器中完成，而在低溫多效蒸餾海水淡化中，海水是在冷凝器及部分低溫效組完成脫氣的。這種去除海水中氧、二氧化碳等溶解氣體的過程，也同時降低了海水的腐蝕性。圖5-71為碳鋼腐蝕速率隨海水溫度、溶解氧含量的變化關(guān)系（海水流速2m/s），當(dāng)溶解氧從200ppb降低到10～20ppb時，碳鋼即使不采用其他防腐措施，也可在80℃以下的脫氣海水中達到最經(jīng)濟腐蝕速率。作為傳熱材料的銅合金管材，在該種環(huán)境下也具有較低的腐蝕速率，能夠滿足應(yīng)用需求。

    2）沖刷腐蝕

    在長期的應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)，該種選材方案在某些特殊環(huán)境下也存在其他類型的腐蝕形態(tài)。例如，多級閃蒸海水淡化裝備的工藝海水雖然經(jīng)過脫氣處理，對碳鋼腐蝕性降低，但海水劇烈沖刷可降低材料固液界面的擴散層厚度，氧的極限擴散電流密度增加，表現(xiàn)為不斷增大的腐蝕速率，導(dǎo)致碳鋼殼體局部腐蝕超過預(yù)期。圖5-72是碳鋼海水腐蝕速率隨流速和溶解氧含量的變化關(guān)系。

    尤其是在多級閃蒸裝備的兩級閃蒸室間碳鋼隔板下部（見圖5-73a），通常設(shè)置節(jié)流孔（即鹽水通道）以確保大量鹽水順利流過進入下一級閃蒸室，同時也能保持兩級閃蒸室之間必要的溫度、壓力差。當(dāng)海水接近節(jié)流孔時由于通道變窄，流速和湍動增大，對該部位碳鋼板產(chǎn)生劇烈沖刷，再加上閃蒸蒸汽夾帶液滴的沖擊和蒸汽泡在壁板破裂產(chǎn)生的空泡腐蝕等作用，進一步增大了碳鋼腐蝕速率（見圖5-73b）。個別閃蒸室該部位的腐蝕產(chǎn)物甚至由蒸汽夾帶至上部汽液分離器，造成分離器堵塞而頻繁停機檢修。

    銅合金作為蒸餾海水淡化常用材料，其在靜止海水環(huán)境中，由于表面可以形成一層保護膜，因而具備較好的耐蝕性能。但在高流速海水剪應(yīng)力作用下，銅合金表面鈍化膜易被剝離，增大腐蝕風(fēng)險。尤其是多級閃蒸中的換熱過程為單側(cè)相變（即管外蒸汽冷凝形成淡水，其冷凝潛熱用于加熱管內(nèi)海水），為提高換熱效率，管內(nèi)海水流速通常需要達到2～3m/s，這種高海水流速以及110～40℃的寬操作溫度范圍，也為傳熱材料帶來較大的腐蝕風(fēng)險。國外已投建的多級閃蒸海水淡化裝備，超過70%的腐蝕問題都來自于傳熱材料，而據(jù)沙特SWCC公司的統(tǒng)計，多級閃蒸裝備超過85%的銅合金管腐蝕失效問題均是由管內(nèi)海水沖刷腐蝕引起的。尤其是傳熱管入口端，傳熱材料受沖刷腐蝕影響更為嚴重。這種傳熱管內(nèi)部損傷通常位于海水輸入端管口到管內(nèi)150mm范圍內(nèi)，此時海水出現(xiàn)劇烈的湍流（局部海水流速無限大），產(chǎn)生較為嚴重的沖刷腐蝕，經(jīng)過該段后海水轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳎鋵鳠峁艿臎_刷作用逐漸減弱，見圖5-74。