CN1659103A - 用于海水脱盐系统的蒸发器管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水脱盐系统中所使用的蒸发器管，借此，特别是在淡水储备极少的地区，可从海水中提取出饮用水或工业用水。本发明所述的蒸发器管的特征在于由同时具有抗海水腐蚀性和耐酸性的钢制成，并具有0.1mm～0.5mm的壁厚。本发明所述的蒸发器管可以经济地制造和使用，其特征在于，在具有高抗腐蚀性的同时，由于具有较薄的壁，因而还具有良好的热传递性，同时对于较低的pH还具有较高的抗腐蚀性。此外，还可以可靠地防止蒸发器管上水垢的形成。因此，它适用于在间歇式运行的海水脱盐系统例如以风能为动力的海水脱盐系统中经济地运行。

Description

用于海水脱盐系统的蒸发器管

技术领域

本发明涉及一种海水脱盐系统中所使用的蒸发器管，借此，特别是在某些缺乏淡水资源的地区，可从海水中分别提取饮用水、家庭或工业用水。

背景技术

在实践中，多种通过蒸馏使海水脱盐的方法已经被接受。用于该目的的已知系统如：多级闪蒸系统(MSF)、多效系统(ME)、以及机械蒸汽压缩(MVC)系统和热力(TMC)蒸汽压缩系统。在所有这些系统中，大量的蒸发器管被用于海水的蒸发和蒸发能量的回收利用，其中所述的蒸发器管通常结合成束，例如大约1000个蒸发器管的束。这些蒸发器管可以如同降膜蒸发器一样竖直安装，也可以水平安装。

在操作中，将海水膜设置在管的外侧或内侧，将如此产生的蒸汽引导至管的另一面使蒸气在略高的压力下在此冷凝，所述水汽也因此可以在较高的温度下凝结。将在此过程中所释放的冷凝热通过管壁传递到管的另一面，并在此处引起相应数量的海水从海水膜中蒸发。

考虑到操作的条件，所有系统中的蒸发器管都必须能同时抵抗海水和蒸馏水的腐蚀，同时还要具有良好的热传导性能。在这样特殊的条件下，铝合金及铜、镍、铁合金(CuNiFe管)的蒸发器管是迄今为止已知可以接受的蒸发器管。这两种材料均具有良好的热传导性能。铝管具有更高的成本效率，但只能在最高60～70℃的温度下经济地和持久地使用。另一方面，CuNiFe管由于具有较高比例的镍，因此即使在较高的温度下也可以获得改善的抗海水腐蚀性能。然而，随着镍比例的增加，这种蒸发器管的价格也随之增加，从而降低了作为整体的海水脱盐系统的经济效率。而且，目前所使用的蒸发器管的壁厚通常为2mm，这对于管的使用寿命具有正面的影响，但也决定了整个海水脱盐系统的重量相当程度上是来自大量所需的蒸发器管。这样就显著地增加了建造这样的海水脱盐系统的后勤支出，特别是在偏远地区。

此外，如果该海水脱盐系统要在可变的、非恒定的操作条件下运行，则对抗腐蚀性的要求将特别高。在使用根据DE 3613871 A1所述的系统所进行的实际实验中显示，用于海水脱盐的以风能为动力的蒸汽凝结系统与相应的具有恒定能量供应的稳定运行系统相比，其中的铝管和CuNiFe管均会受到显著更快的腐蚀作用。值得注意的一点是，在CuNiFe管的蒸馏物一面的腐蚀作用明显比海水面更强。

另外，在实际条件下发现，在用于海水脱盐的以风能为动力的蒸汽凝结系统中，在蒸发器管上形成水垢的风险比在稳定运行的系统中要高很多。当蒸发器管在和风或弱风期间干转(没有产出地运转)时，该现象就更显著。通常作为对策而使用的防垢剂对于解决该问题并不合适，因为它们不足以延迟水垢的产生。目前唯一可能的防止水垢的有效方法是在海水蒸发前用酸清除碳酸盐而使其变成二氧化碳。然而，这会产生进一步的问题，即由于在分配酸时的误差，必须预计存在酸添加量过高的情况，因此甚至在较低的pH值时，蒸发器管也必须具有抗腐蚀性。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是，进一步改进用于海水脱盐系统的蒸发器管，使其能够克服现有技术的缺陷，同时还适用于间歇操作的海水脱盐系统。

通过具有权利要求1所述特征的蒸发器管可以实现该目标。因此，根据本发明，首次提出用钢来形成蒸发器管，所述钢既可以抵抗海水腐蚀，同时还可以抵抗酸的腐蚀，所述的蒸发器管的壁厚为0.1mm～0.5mm。

特别是，本发明首次摒弃了目前流行的一种偏见，即钢不适合用作海水脱盐系统中蒸发器管的材料。也就是说，目前仅仅认为只有特殊的、高合金的钢具有在海水脱盐系统所存在的条件下所要求的抗腐蚀性，但通常这样的钢热传导性很低。根据本发明，已经认识到这样的钢仍然可以使用，因为，当将先前提出的至少2mm的壁厚显著减少时，也不会明显地削弱该装置的稳定性。这样这种材料所固有的低导热性的缺点通过减少热传导的距离而得到补救。此外，从本发明的结构中可知，对于从蒸馏蒸汽到海水膜的热传递，从蒸发管表面到蒸汽或到海水的热传递明显要比通过管壁的热传导更重要。

根据本发明，对于海水脱盐系统的经济运行，现在也是首次可以应用钢蒸发器管，同时与使用传统的蒸发器管的情况相比，本发明的钢蒸发器管还产生了明显更高的抗腐蚀性。此外由于这样的钢对于低pH值更稳定，因此还可以有利地用于在蒸馏步骤前在海水中加入酸的系统中，由此，可以可靠地防止在蒸发器管上形成水垢。这样本发明的蒸发器管还特别适用于以风能为动力的海水脱盐系统。

本发明的另一个优点是所述钢管可以以有竞争能力的价格而获得。由于所需的机械稳定性，本发明的蒸发器管的壁厚被限定为最小约0.1mm。如此之薄的管特别适用于管腔内压力高于外部压力的系统，即馏分凝结在管内侧的系统。

由于与例如传统的CuNiFe材料相比，不锈钢之类的材料具有有利的强度性能，因此根据本发明它们也可以用于管腔内压力低于外部压力的系统中。特别是在使用降膜蒸发器的情况下。尽管壁厚较小，但根据本发明，可以可靠且持久地避免蒸发器管的压曲。

本发明另一个优点是，由于本发明所选的蒸发器管的壁厚较小，在海水脱盐系统中该蒸发器管以及成束的蒸发器管就能保持较低的重量。

这样本发明的蒸发器管就可以被经济地提供和使用，具体地说，其特征在于所述蒸发器管具有较高的抗腐蚀性及由于具有较薄的管壁而产生的良好的热传导性。

本发明有益的开发内容正是所附权利要求的主题。

所述蒸发器管可以用根据DIN EN(德国工业标准英文版)10 088-2(美国：ASTM/UNS S 34565)的材料号为1.4565S的钢材制成，这是一种对海水具有极高的耐腐蚀性的钢。这样，即使是非常薄的蒸发器管也能具有足以使用许多年的使用寿命。该材料简称为X3CrNiMnMoNbN23-17-5-3，且已在实际试用中得到非常良好的结果，所述材料具有800～1000N/mm²的拉伸强度Rm，断裂伸长率至少为30％，并在至少420N/mm²下具有0.2％的极限永久伸长率Rp 0.2。

进一步发现，如果蒸发器管壁厚在0.2mm和0.3mm之间，则该蒸发器管更适合于通常的应用。这样的壁厚可以很好地兼顾该蒸发器管的功能要求和处理性能。

如果用金属板形成蒸发器管并用焊接方法生产则更为有利，因为其生产成本极低。在很低的技术支出下，这样的钢板或钢带即可根据所需的方式成形，并焊接以形成管状结构。这里特别可以采用自动激光焊接技术来生产高品质的焊接缝，使其具有与管同等的抗腐蚀性，这样连接处就不会成为本发明的蒸发器管上的薄弱点。这样即可以用甚至更低的成本来生产本发明所述的蒸发器管。

此外，可以将蒸发器管的管端与由同种钢材构成的管基部(tubebottom)相连接。这样所具有的优点为，蒸发器管的安装和定向所必须的管基部可以具有与蒸发器管相同的热膨胀系数，且腐蚀电位没有差别，而在使用两种不同金属材料的情况下则会出现该电位差，所述两种不同金属在金属的电化序中具有不同的标准电极电位。在实际实验中发现，如果管端和管基部通过焊接连接，优选通过激光焊接，则是特别有利且经济的。在管壁足够厚的情况下，管端可以直接焊接到管基部。此外，这里应进一步理解，管基部不仅仅是用于安装在蒸发器管的末端，还可以通过该管基部或几个这样的管基部，将用于所蒸发的海水的空间与用于凝结出的蒸馏物的空间彼此分隔开。为此目的，在蒸发器管与管基部的凹槽之间，传统上需要用塑料密封件或橡胶密封件进行密封，但由于根据本发明所提供的对部件的焊接，该密封件可以省略。在实际实验中还发现，与借助密封件的情况相比，该焊接可以使海水区与蒸馏物区更好、更可靠地分开。以这种方式，可以显著降低对故障的敏感性。其附加的优点在于这样的事实，即由于节省了与海水脱盐系统中的蒸发器管数量相应的所需的大量密封件，因此可以获得相当可观的成本优势。

如果蒸发器管的横截面不同于圆环形就会更加有利。换句话说，垂直于管轴的切面或斜切面的相交线可以至少在某些地方不同于圆环形或椭圆环形，这可以通过例如压印连续的螺旋线以使管成形来实现。这导致了降膜中附加湍流的产生，从而使热传递得到了改善。热传递得以改善的另一个原因是由于通过成形增大了管壁的表面。通过蒸发器管中的该形状变化，还可以使降膜偏离重力作用的方向，这使得该液膜难以破裂，并减少了形成不被降膜润湿的干燥点的可能性。这样，海水脱盐系统的效率得以提高，且在蒸发器管壁上形成水垢的危险得以减少。管壁的成形优选在不使蒸发器管的安装和其与管基部的连接产生问题的情况下进行。例如，如果管的成形区的直径在任何部位都不大于未成形管的直径，和/或如果计划用于连接到管基部的区域没有成形时，情况就是如此。

本发明的蒸发器管可以极好地应用于已知的海水脱盐系统中，其选择性地还可以通过改型进行应用。此外它有助于对该海水脱盐系统的效率、可靠性和耐久性作出实质性的改善。

除了所述的实施方式，本发明还包括更多的构造方法。

可以使用具有相似性质的钢来替代根据DIN EN 10 088-2的材料号为1.4565S的钢。例如根据DIN EN 10 088-2材料号为1.4439(X2CrNiMoN17-13-5，美国：UNS S31726)和1.4539(X1NiCrMoCu25-20-5，美国：UNSN08904)的钢。另外，也可以用奥氏体不锈钢，例如所谓的6％-Mo钢，其中包括AL-6XN、1925 hMo SB8、25-6Mo、254 SMO、20Mo-6、YUS 170、2419 MoN、B66、3127 hMo、654 SMO等(UNS号：N08367、N08932、N08926、S31254、N08026、N08925、S31266、N08031、S32654)。另外，也可以使用钛或钛合金作为蒸发器管的材料。

此外蒸发器管也可通过挤压成形等方法制造。

Claims (6)

1.用于海水脱盐系统的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管由具有抗海水腐蚀性和耐酸性的钢制成，并具有0.1mm～0.5mm的壁厚。

2.如权利要求1所述的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管是由根据DIN EN 10 088-2的材料号为1.4565S的钢制成。

3.如权利要求1或2所述的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管具有0.2mm～0.3mm的壁厚。

4.如权利要求1～3中任一项所述的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管由金属板形成，并通过焊接法制得。

5.如权利要求1～4中任一项所述的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管的管端与由同种的钢构成的管基部相连接，两者特别是通过焊接连接。

6.如权利要求1～5中任一项所述的蒸发器管，其特征在于，所述蒸发器管的横截面有别于圆形。