專利名稱：用于海水脫鹽系統(tǒng)的蒸發(fā)器管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海水脫鹽系統(tǒng)中所使用的蒸發(fā)器管，借此，特別是在某些缺乏淡水資源的地區(qū)，可從海水中分別提取飲用水、家庭或工業(yè)用水。
背景技術(shù)：
在實(shí)踐中，多種通過(guò)蒸餾使海水脫鹽的方法已經(jīng)被接受。用于該目的的已知系統(tǒng)如多級(jí)閃蒸系統(tǒng)(MSF)、多效系統(tǒng)(ME)、以及機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)系統(tǒng)和熱力(TMC)蒸汽壓縮系統(tǒng)。在所有這些系統(tǒng)中，大量的蒸發(fā)器管被用于海水的蒸發(fā)和蒸發(fā)能量的回收利用，其中所述的蒸發(fā)器管通常結(jié)合成束，例如大約1000個(gè)蒸發(fā)器管的束。這些蒸發(fā)器管可以如同降膜蒸發(fā)器一樣豎直安裝，也可以水平安裝。
在操作中，將海水膜設(shè)置在管的外側(cè)或內(nèi)側(cè)，將如此產(chǎn)生的蒸汽引導(dǎo)至管的另一面使蒸氣在略高的壓力下在此冷凝，所述水汽也因此可以在較高的溫度下凝結(jié)。將在此過(guò)程中所釋放的冷凝熱通過(guò)管壁傳遞到管的另一面，并在此處引起相應(yīng)數(shù)量的海水從海水膜中蒸發(fā)。
考慮到操作的條件，所有系統(tǒng)中的蒸發(fā)器管都必須能同時(shí)抵抗海水和蒸餾水的腐蝕，同時(shí)還要具有良好的熱傳導(dǎo)性能。在這樣特殊的條件下，鋁合金及銅、鎳、鐵合金(CuNiFe管)的蒸發(fā)器管是迄今為止已知可以接受的蒸發(fā)器管。這兩種材料均具有良好的熱傳導(dǎo)性能。鋁管具有更高的成本效率，但只能在最高60～70℃的溫度下經(jīng)濟(jì)地和持久地使用。另一方面，CuNiFe管由于具有較高比例的鎳，因此即使在較高的溫度下也可以獲得改善的抗海水腐蝕性能。然而，隨著鎳比例的增加，這種蒸發(fā)器管的價(jià)格也隨之增加，從而降低了作為整體的海水脫鹽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率。而且，目前所使用的蒸發(fā)器管的壁厚通常為2mm，這對(duì)于管的使用壽命具有正面的影響，但也決定了整個(gè)海水脫鹽系統(tǒng)的重量相當(dāng)程度上是來(lái)自大量所需的蒸發(fā)器管。這樣就顯著地增加了建造這樣的海水脫鹽系統(tǒng)的后勤支出，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)。
此外，如果該海水脫鹽系統(tǒng)要在可變的、非恒定的操作條件下運(yùn)行，則對(duì)抗腐蝕性的要求將特別高。在使用根據(jù)DE 3613871 A1所述的系統(tǒng)所進(jìn)行的實(shí)際實(shí)驗(yàn)中顯示，用于海水脫鹽的以風(fēng)能為動(dòng)力的蒸汽凝結(jié)系統(tǒng)與相應(yīng)的具有恒定能量供應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)相比，其中的鋁管和CuNiFe管均會(huì)受到顯著更快的腐蝕作用。值得注意的一點(diǎn)是，在CuNiFe管的蒸餾物一面的腐蝕作用明顯比海水面更強(qiáng)。
另外，在實(shí)際條件下發(fā)現(xiàn)，在用于海水脫鹽的以風(fēng)能為動(dòng)力的蒸汽凝結(jié)系統(tǒng)中，在蒸發(fā)器管上形成水垢的風(fēng)險(xiǎn)比在穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)中要高很多。當(dāng)蒸發(fā)器管在和風(fēng)或弱風(fēng)期間干轉(zhuǎn)(沒(méi)有產(chǎn)出地運(yùn)轉(zhuǎn))時(shí)，該現(xiàn)象就更顯著。通常作為對(duì)策而使用的防垢劑對(duì)于解決該問(wèn)題并不合適，因?yàn)樗鼈儾蛔阋匝舆t水垢的產(chǎn)生。目前唯一可能的防止水垢的有效方法是在海水蒸發(fā)前用酸清除碳酸鹽而使其變成二氧化碳。然而，這會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的問(wèn)題，即由于在分配酸時(shí)的誤差，必須預(yù)計(jì)存在酸添加量過(guò)高的情況，因此甚至在較低的pH值時(shí)，蒸發(fā)器管也必須具有抗腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的目的是，進(jìn)一步改進(jìn)用于海水脫鹽系統(tǒng)的蒸發(fā)器管，使其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，同時(shí)還適用于間歇操作的海水脫鹽系統(tǒng)。
通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的蒸發(fā)器管可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。因此，根據(jù)本發(fā)明，首次提出用鋼來(lái)形成蒸發(fā)器管，所述鋼既可以抵抗海水腐蝕，同時(shí)還可以抵抗酸的腐蝕，所述的蒸發(fā)器管的壁厚為0.1mm～0.5mm。
特別是，本發(fā)明首次摒棄了目前流行的一種偏見，即鋼不適合用作海水脫鹽系統(tǒng)中蒸發(fā)器管的材料。也就是說(shuō)，目前僅僅認(rèn)為只有特殊的、高合金的鋼具有在海水脫鹽系統(tǒng)所存在的條件下所要求的抗腐蝕性，但通常這樣的鋼熱傳導(dǎo)性很低。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這樣的鋼仍然可以使用，因?yàn)?，?dāng)將先前提出的至少2mm的壁厚顯著減少時(shí)，也不會(huì)明顯地削弱該裝置的穩(wěn)定性。這樣這種材料所固有的低導(dǎo)熱性的缺點(diǎn)通過(guò)減少熱傳導(dǎo)的距離而得到補(bǔ)救。此外，從本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中可知，對(duì)于從蒸餾蒸汽到海水膜的熱傳遞，從蒸發(fā)管表面到蒸汽或到海水的熱傳遞明顯要比通過(guò)管壁的熱傳導(dǎo)更重要。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于海水脫鹽系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，現(xiàn)在也是首次可以應(yīng)用鋼蒸發(fā)器管，同時(shí)與使用傳統(tǒng)的蒸發(fā)器管的情況相比，本發(fā)明的鋼蒸發(fā)器管還產(chǎn)生了明顯更高的抗腐蝕性。此外由于這樣的鋼對(duì)于低pH值更穩(wěn)定，因此還可以有利地用于在蒸餾步驟前在海水中加入酸的系統(tǒng)中，由此，可以可靠地防止在蒸發(fā)器管上形成水垢。這樣本發(fā)明的蒸發(fā)器管還特別適用于以風(fēng)能為動(dòng)力的海水脫鹽系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述鋼管可以以有競(jìng)爭(zhēng)能力的價(jià)格而獲得。由于所需的機(jī)械穩(wěn)定性，本發(fā)明的蒸發(fā)器管的壁厚被限定為最小約0.1mm。如此之薄的管特別適用于管腔內(nèi)壓力高于外部壓力的系統(tǒng)，即餾分凝結(jié)在管內(nèi)側(cè)的系統(tǒng)。
由于與例如傳統(tǒng)的CuNiFe材料相比，不銹鋼之類的材料具有有利的強(qiáng)度性能，因此根據(jù)本發(fā)明它們也可以用于管腔內(nèi)壓力低于外部壓力的系統(tǒng)中。特別是在使用降膜蒸發(fā)器的情況下。盡管壁厚較小，但根據(jù)本發(fā)明，可以可靠且持久地避免蒸發(fā)器管的壓曲。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于本發(fā)明所選的蒸發(fā)器管的壁厚較小，在海水脫鹽系統(tǒng)中該蒸發(fā)器管以及成束的蒸發(fā)器管就能保持較低的重量。
這樣本發(fā)明的蒸發(fā)器管就可以被經(jīng)濟(jì)地提供和使用，具體地說(shuō)，其特征在于所述蒸發(fā)器管具有較高的抗腐蝕性及由于具有較薄的管壁而產(chǎn)生的良好的熱傳導(dǎo)性。
本發(fā)明有益的開發(fā)內(nèi)容正是所附權(quán)利要求的主題。
所述蒸發(fā)器管可以用根據(jù)DIN EN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)英文版)10 088-2(美國(guó)ASTM/UNS S 34565)的材料號(hào)為1.4565S的鋼材制成，這是一種對(duì)海水具有極高的耐腐蝕性的鋼。這樣，即使是非常薄的蒸發(fā)器管也能具有足以使用許多年的使用壽命。該材料簡(jiǎn)稱為X3CrNiMnMoNbN23-17-5-3，且已在實(shí)際試用中得到非常良好的結(jié)果，所述材料具有800～1000N/mm2的拉伸強(qiáng)度Rm，斷裂伸長(zhǎng)率至少為30％，并在至少420N/mm2下具有0.2％的極限永久伸長(zhǎng)率Rp 0.2。
進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果蒸發(fā)器管壁厚在0.2mm和0.3mm之間，則該蒸發(fā)器管更適合于通常的應(yīng)用。這樣的壁厚可以很好地兼顧該蒸發(fā)器管的功能要求和處理性能。
如果用金屬板形成蒸發(fā)器管并用焊接方法生產(chǎn)則更為有利，因?yàn)槠渖a(chǎn)成本極低。在很低的技術(shù)支出下，這樣的鋼板或鋼帶即可根據(jù)所需的方式成形，并焊接以形成管狀結(jié)構(gòu)。這里特別可以采用自動(dòng)激光焊接技術(shù)來(lái)生產(chǎn)高品質(zhì)的焊接縫，使其具有與管同等的抗腐蝕性，這樣連接處就不會(huì)成為本發(fā)明的蒸發(fā)器管上的薄弱點(diǎn)。這樣即可以用甚至更低的成本來(lái)生產(chǎn)本發(fā)明所述的蒸發(fā)器管。
此外，可以將蒸發(fā)器管的管端與由同種鋼材構(gòu)成的管基部(tubebottom)相連接。這樣所具有的優(yōu)點(diǎn)為，蒸發(fā)器管的安裝和定向所必須的管基部可以具有與蒸發(fā)器管相同的熱膨脹系數(shù)，且腐蝕電位沒(méi)有差別，而在使用兩種不同金屬材料的情況下則會(huì)出現(xiàn)該電位差，所述兩種不同金屬在金屬的電化序中具有不同的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果管端和管基部通過(guò)焊接連接，優(yōu)選通過(guò)激光焊接，則是特別有利且經(jīng)濟(jì)的。在管壁足夠厚的情況下，管端可以直接焊接到管基部。此外，這里應(yīng)進(jìn)一步理解，管基部不僅僅是用于安裝在蒸發(fā)器管的末端，還可以通過(guò)該管基部或幾個(gè)這樣的管基部，將用于所蒸發(fā)的海水的空間與用于凝結(jié)出的蒸餾物的空間彼此分隔開。為此目的，在蒸發(fā)器管與管基部的凹槽之間，傳統(tǒng)上需要用塑料密封件或橡膠密封件進(jìn)行密封，但由于根據(jù)本發(fā)明所提供的對(duì)部件的焊接，該密封件可以省略。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，與借助密封件的情況相比，該焊接可以使海水區(qū)與蒸餾物區(qū)更好、更可靠地分開。以這種方式，可以顯著降低對(duì)故障的敏感性。其附加的優(yōu)點(diǎn)在于這樣的事實(shí)，即由于節(jié)省了與海水脫鹽系統(tǒng)中的蒸發(fā)器管數(shù)量相應(yīng)的所需的大量密封件，因此可以獲得相當(dāng)可觀的成本優(yōu)勢(shì)。
如果蒸發(fā)器管的橫截面不同于圓環(huán)形就會(huì)更加有利。換句話說(shuō)，垂直于管軸的切面或斜切面的相交線可以至少在某些地方不同于圓環(huán)形或橢圓環(huán)形，這可以通過(guò)例如壓印連續(xù)的螺旋線以使管成形來(lái)實(shí)現(xiàn)。這導(dǎo)致了降膜中附加湍流的產(chǎn)生，從而使熱傳遞得到了改善。熱傳遞得以改善的另一個(gè)原因是由于通過(guò)成形增大了管壁的表面。通過(guò)蒸發(fā)器管中的該形狀變化，還可以使降膜偏離重力作用的方向，這使得該液膜難以破裂，并減少了形成不被降膜潤(rùn)濕的干燥點(diǎn)的可能性。這樣，海水脫鹽系統(tǒng)的效率得以提高，且在蒸發(fā)器管壁上形成水垢的危險(xiǎn)得以減少。管壁的成形優(yōu)選在不使蒸發(fā)器管的安裝和其與管基部的連接產(chǎn)生問(wèn)題的情況下進(jìn)行。例如，如果管的成形區(qū)的直徑在任何部位都不大于未成形管的直徑，和/或如果計(jì)劃用于連接到管基部的區(qū)域沒(méi)有成形時(shí)，情況就是如此。
本發(fā)明的蒸發(fā)器管可以極好地應(yīng)用于已知的海水脫鹽系統(tǒng)中，其選擇性地還可以通過(guò)改型進(jìn)行應(yīng)用。此外它有助于對(duì)該海水脫鹽系統(tǒng)的效率、可靠性和耐久性作出實(shí)質(zhì)性的改善。
除了所述的實(shí)施方式，本發(fā)明還包括更多的構(gòu)造方法。
可以使用具有相似性質(zhì)的鋼來(lái)替代根據(jù)DIN EN 10 088-2的材料號(hào)為1.4565S的鋼。例如根據(jù)DIN EN 10 088-2材料號(hào)為1.4439(X2CrNiMoN17-13-5，美國(guó)UNS S31726)和1.4539(X1NiCrMoCu25-20-5，美國(guó)UNSN08904)的鋼。另外，也可以用奧氏體不銹鋼，例如所謂的6％-Mo鋼，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號(hào)N08367、N08932、N08926、S31254、N08026、N08925、S31266、N08031、S32654)。另外，也可以使用鈦或鈦合金作為蒸發(fā)器管的材料。
此外蒸發(fā)器管也可通過(guò)擠壓成形等方法制造。
權(quán)利要求
1.用于海水脫鹽系統(tǒng)的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管由具有抗海水腐蝕性和耐酸性的鋼制成，并具有0.1mm～0.5mm的壁厚。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管是由根據(jù)DIN EN 10 088-2的材料號(hào)為1.4565S的鋼制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管具有0.2mm～0.3mm的壁厚。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管由金屬板形成，并通過(guò)焊接法制得。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管的管端與由同種的鋼構(gòu)成的管基部相連接，兩者特別是通過(guò)焊接連接。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器管，其特征在于，所述蒸發(fā)器管的橫截面有別于圓形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海水脫鹽系統(tǒng)中所使用的蒸發(fā)器管，借此，特別是在淡水儲(chǔ)備極少的地區(qū)，可從海水中提取出飲用水或工業(yè)用水。本發(fā)明所述的蒸發(fā)器管的特征在于由同時(shí)具有抗海水腐蝕性和耐酸性的鋼制成，并具有0.1mm～0.5mm的壁厚。本發(fā)明所述的蒸發(fā)器管可以經(jīng)濟(jì)地制造和使用，其特征在于，在具有高抗腐蝕性的同時(shí)，由于具有較薄的壁，因而還具有良好的熱傳遞性，同時(shí)對(duì)于較低的pH還具有較高的抗腐蝕性。此外，還可以可靠地防止蒸發(fā)器管上水垢的形成。因此，它適用于在間歇式運(yùn)行的海水脫鹽系統(tǒng)例如以風(fēng)能為動(dòng)力的海水脫鹽系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。
文檔編號(hào)C02F1/04GK1659103SQ03812734
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
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