L'eau douce représente environ 3 % des ressources en eau de la planète. L'obtention de nouvelles ressources en eau douce grâce au dessalement de l'eau de mer est une tendance majeure de l'utilisation mondiale de l'eau à l'avenir. À l’heure actuelle, le dessalement de l’eau de mer est devenu le principal moyen d’obtenir des sources d’eau dans les zones dépourvues de ressources en eau comme le Moyen-Orient.
1. Situation du dessalement de l'eau de mer dans le monde
En 1993, il y avait 9 014 équipements de dessalement d’eau de mer dans 5 738 régions du monde, avec une capacité totale de 1 624 x 107 m3/j. La capacité totale au Moyen-Orient à elle seule a atteint 8,91 x 106 m3/j, soit 55 %, et celle des États-Unis était de 2,37 x 106 m3/j, soit 5 %.
Dès les années 1950, le dessalement de l’eau de mer était utilisé pour produire de l’eau douce. Les principales méthodes de dessalement de l’eau de mer comprennent :
① Méthode d'évaporation : méthode de flash en plusieurs étapes, méthode de flash en une seule étape, méthode multi-effet verticale, méthode multi-effet horizontale, méthode du tube plongeur et méthode de compression de vapeur ;
② Méthode membranaire : électrodialyse, osmose inverse ;
③ Méthode composée.
Parmi eux, la méthode d'évaporation représente 60 %, la méthode d'osmose inverse représente 33 % et la méthode d'électrodialyse représente 5,5 %.
2. Application du titane dans les équipements de dessalement de l’eau de mer
2.1 tuyau de transfert de chaleur dans l'équipement de dessalement de l'eau de mer
Les tubes en alliage de cuivre sont principalement utilisés comme tubes conducteurs de chaleur dans les équipements de dessalement d'eau de mer d'origine. En raison de nombreux défauts des tubes en alliage de cuivre, ils ont été remplacés par des tubes en titane très fiables et sans entretien.
(1) Épaisseur de paroi du tube en titane
L'épaisseur de paroi du tuyau de transfert de chaleur est déterminée par les conditions de service, les matériaux de la plaque tubulaire, la capacité de construction de l'opération d'expansion du tuyau, la technologie de soudage des extrémités du tuyau, etc. En raison du petit diamètre du tuyau de transfert de chaleur et des faibles exigences de résistance, le tuyau avec une épaisseur de paroi plus fine est utilisé en utilisation réelle. Généralement, l'épaisseur de paroi des tuyaux en alliage de cuivre est de 0,9 mm - 1,2 mm ; Remplacez par un tuyau en titane. Dans les endroits à faible corrosivité, des tuyaux soudés à paroi mince d'une épaisseur de paroi de 0,3 mm peuvent être utilisés.
(2) Conductivité thermique du tube en titane
En raison des différents matériaux du tube de transfert de chaleur, la conductivité thermique est également différente, par exemple 17 W/(m • K) pour le titane, faible/(m • K) pour le laiton aluminium, 47 W (m • K) pour le cuivre blanc 90/10 et 29 W/(m • K) pour le cuivre blanc 70/30. Par conséquent, l’effet de transfert de chaleur du tuyau de transfert de chaleur peut être contrôlé par le changement de l’épaisseur de paroi. Parmi les matériaux ci-dessus, le titane a la conductivité thermique la plus faible. Par exemple, en utilisant des tuyaux soudés en titane à paroi mince, bien que la conductivité thermique soit pire que celle du laiton en aluminium, elle équivaut à 90/10 de cuivre blanc et meilleure que 70/30 de cuivre blanc.
(3) Économie du tube en titane, le prix de masse unitaire du tube en titane est 2-6 fois supérieur à celui du tube en alliage de cuivre, mais en termes de rapport coût-performance, le prix du tube en titane peut rivaliser avec celui du tube en alliage de cuivre. En raison de la faible densité du titane et de la même épaisseur de paroi, la qualité d'un tube en titane de même longueur n'est que de 50 % de celle d'un tube en alliage de cuivre. Lorsque l'épaisseur de paroi du tube en titane est de 50 % de celle du tube en alliage de cuivre, le tube en titane avec la même zone de transfert de chaleur ne représente que 1/4 du tuyau en alliage de cuivre. En interprétant simultanément, le prix global du tube soudé en titane à paroi mince est le même que celui du tube en cuivre et aluminium, qui est moins cher que le tube en cuivre.
2.2 développement et application de tubes soudés en titane à paroi mince au Japon
Le développement réussi de la technologie de laminage de bandes de titane est devenu la base de la production en série de tubes soudés en titane. Dans les années 1960, le fil de titane était utilisé dans la production électrolytique de soude caustique au mercure au Japon ; Au début des années 1990, afin de prévenir la pollution, le procédé de production de soude caustique a été amélioré. Avec l'adoption de la méthode du diaphragme, plus de 700 tonnes de bandes de titane ont été appliquées. Profitant de cette opportunité, le Japon a étudié et développé la technologie de production continue de bandes de titane laminées à chaud-et à froid-, et a établi un système de production par lots pour le dessalement de l'eau de mer et des tubes soudés à paroi mince en titane-de condenseur dans une centrale électrique. En conséquence, la technologie de production de tubes soudés à paroi mince-est développée.
Les condenseurs des centrales électriques produits par Hitachi, Mitsubishi et Toshiba utilisent des tuyaux soudés en titane de 0,5 mm d'épaisseur. Les unités de dessalement d'eau de mer produites par Mitsubishi, Kawasaki, Hitachi, Mitsui et Kobe Steel utilisent des tuyaux soudés en titane de 0,5 à 0,7 mm d'épaisseur.
Principalement utilisé dans les centrales électriques, le tube soudé en titane a été largement utilisé comme tube de transfert de chaleur dans le dessalement de l'eau de mer, la fabrication du fer, la construction navale, le raffinage du pétrole, l'industrie chimique et d'autres domaines. En 1983, en 16 ans, le Japon avait produit 4 038 tonnes de tubes soudés en titane à paroi mince-pour les équipements de dessalement de l'eau de mer dans le monde entier. Jusqu’à présent, aucun dommage n’a été causé par la corrosion due à l’eau de mer.
(1) Condenseur de ventilation et compresseur à jet
Le véritable équipement de dessalement d'eau de mer au Japon est l'équipement de dessalement d'eau de mer de 2 650 t/D construit par Matsushima Carbon Mine Co., Ltd. en 1967. En raison de la corrosion du Br - dans l'eau de mer, les tubes de transfert de chaleur et les plaques tubulaires du condenseur de ventilation et du compresseur à jet de l'unité ne peuvent pas utiliser d'alliage de cuivre. Après le remplacement du titane, aucune défaillance due à la corrosion n'a été constatée.
(2) Condenseur de décharge de chaleur
Le condenseur flash à plusieurs étages utilise l'eau de mer comme eau de refroidissement pour refroidir la vapeur d'eau générée par les chambres flash à tous les niveaux. L'eau de mer étant souvent mélangée à des sédiments et à des organismes marins, ceux-ci adhèrent au tube de transfert de chaleur et à son extrémité et érodent le tube en alliage de cuivre. Par conséquent, les tubes en titane sont utilisés dans presque tous les condenseurs de transfert de chaleur des équipements de dessalement d’eau de mer MSF. Surtout pour tuer les bactéries présentes dans l'eau de mer, lorsqu'il faut injecter de l'oxygène, il est davantage nécessaire d'utiliser des tubes en titane ayant une bonne résistance à la corrosion.
(3) Condenseur de récupération de chaleur
Le condenseur du département de récupération de chaleur possède une grande zone de transfert de chaleur. Pour des raisons économiques, les tubes en alliage de cuivre sont généralement utilisés et les tubes en titane ne sont utilisés que lors d'occasions spéciales. Par exemple, le milieu contenant des polluants tels que l'ammoniac ou le sulfure d'hydrogène présente une forte corrosion sur l'alliage de cuivre. En 1977, l'unité de dessalement MSF de 3 600 t/D exportée vers l'Allemagne a adopté le titane au lieu de l'alliage de cuivre car il s'agit d'un équipement auxiliaire de l'ammoniac ; En raison de la corrosion du sulfure d'oxygène, l'équipement de dessalement 3120t/DMSP au Pérou a été corrodé après un an d'utilisation. Enfin, tous les tubes de transfert de chaleur ont été remplacés par des tubes en titane.
On rapporte que 60 000 tubes en titane ont été utilisés dans des usines de dessalement d'eau de mer, avec une production quotidienne de 100 tonnes. De 1967 à 1994, en près de 30 ans, 52 ensembles de condenseurs utilisés pour la production d'énergie thermique-au niveau énergétique et 7 ensembles d'équipements de dessalement d'eau de mer ont été produits, avec un total de 11 000 tonnes de tubes soudés en titane. 3.. Problèmes nécessitant une attention particulière lors de l'utilisation.
(1) Corrosion galvanique : le titane a un potentiel positif dans l'eau de mer. Au contact d’autres métaux, il peut favoriser la corrosion d’autres métaux. Les méthodes de prévention comprennent l'utilisation de titane pour les tubes de transfert de chaleur et les plaques tubulaires, ou pour l'anode sacrificielle. Au-dessus de 80 degrés, l'alliage fe-90 % Ni est utilisé comme anode sacrificielle pour empêcher l'absorption d'hydrogène ; En dessous de 80 degrés, utilisez une plaque d'acier revêtue ou doublée de caoutchouc.
(2) Pour la corrosion interstitielle, le tube en titane est installé sur la plaque tubulaire en titane en élargissant le tube. La corrosion interstitielle peut se produire dans l'eau de mer avec un pH de 8 à 100 degrés. Cependant, un alliage de cuivre est utilisé dans la chambre à eau proprement dite et la corrosion interstitielle ne se produira pas même si la température de l'eau de mer atteint 120 degrés. En réalité, afin d'améliorer la fiabilité de l'équipement, le soudage des extrémités des tuyaux est souvent utilisé pour empêcher la corrosion des espaces lorsqu'il est utilisé à plus de 100 degrés.
(3) Absorption d'hydrogène, dans l'eau de mer au-dessus de 80 degrés ; Le titane peut absorber l'hydrogène ; Lorsqu’une protection cathodique est appliquée, une surprotection provoquera une absorption d’hydrogène. Si un alliage fe-9% NQ est utilisé comme plaque d'anode sacrificielle, l'absorption de l'hydrogène du titane ne se produira pas.
(4) Vibrations. En raison de la fine paroi du tuyau en titane, il convient également de prêter attention aux dommages causés par les vibrations du tuyau lors du remplacement du tuyau en alliage de cuivre. Ce problème peut être résolu en utilisant une méthode avec un espacement plus petit que la plaque de support de tube en alliage de cuivre.
