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(guī)模逐年增加。海洋工程材料是構建淡化裝備的基礎，發(fā)展海洋工程材料，是保障海水淡化技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵。2016年6月24日，由中國工程院“海洋工程中關鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究”重點咨詢項目組發(fā)起“中國海洋材料產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟”成立大會在武漢洪山賓館隆重召開，會議期間，中國腐蝕與防護網(wǎng)記者有幸采訪到與會專家、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(nèi)外海水淡化技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術裝備選材、腐蝕應對措施、發(fā)展建議等多方面做了一系列的精彩解讀。

    阮國嶺總工 

    應對全球水資源危機   發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)

    聯(lián)合國教科文組織主持制定的水資源標準：人均水資源低于3000 m³為輕度缺水，低于2000 m³為中度缺水，低于1000 m³為重度缺水，低于500 m³為極度缺水，300 m³為維持當?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)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(shù)人口將生活在缺水的環(huán)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m³，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(qū)甚至低于世衛(wèi)組織規(guī)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(tài)維系的用水需求。除北方資源型缺水外，南方水質(zhì)型缺水以及沿海地區(qū)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(diào)水已不能解決我國水資源短缺的根本性問題，根據(jù)水利部《全國水資源綜合規(guī)劃》，到2030年，考慮南水北調(diào)，沿海地區(qū)年缺水量仍將達到214億m³。

    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(zhàn)略儲備。發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，對緩解沿海缺水地區(qū)和海島水資源短缺狀況，促進中西部地區(qū)苦咸水、微咸水淡化利用，優(yōu)化用水結構，保障水資源可持續(xù)利用具有重要意義，也有利于培育形成新的經(jīng)濟增長點，推動發(fā)展方式轉變。

    膜法與熱法并駕齊驅(qū)   為海水淡化插上雙翼

    國際脫鹽協(xié)會最新的統(tǒng)計顯示，全球淡化裝機容量在過去5年內(nèi)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(qū)，累計裝機容量8530萬m³/d，在建及合同裝機容量678萬m³/d。

    RO、MSF、MED是國際三大主流商業(yè)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(fā)展穩(wěn)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(guī)模生活用水需求，其余為滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)及軍事等方面需求。我國經(jīng)過20多年技術攻關，形成MED與RO并駕齊驅(qū)的海水淡化技術發(fā)展戰(zhàn)略。截至2014年底，投建海水工程112個，總規(guī)模92.7萬m³/d，其中MED 占34.6%，RO 占64.69%，主要分布北方沿海，天津產(chǎn)業(yè)發(fā)展位列全國之首。但我國淡化水用途單一，工業(yè)應用為主，規(guī)模58.7萬m³/d。

    阮總工說，加大大型熱法膜法海水淡化、大型海水循環(huán)冷卻等關鍵技術，實現(xiàn)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(chǎn)化，提高海水淡化裝備材料生產(chǎn)質(zhì)量控制技術和相關產(chǎn)品檢驗檢測技術的研發(fā)力度；同時，鼓勵開發(fā)海水淡化新技術，增強自主創(chuàng)新能力和配套能力，這包括積極研發(fā)電廠余熱高效利用技術，鼓勵沿海有條件的發(fā)電企業(yè)實行電水聯(lián)產(chǎn)，大力發(fā)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(chuàng)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(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的關鍵。

    在熱法淡化領域，經(jīng)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(chǎn)業(yè)化發(fā)展的基本條件。但與國外相比，自主技術由于缺少大規(guī)模應用示范，國際競爭力不足；相關企業(yè)普遍技術實力較弱，對新材料、新工藝的應用開發(fā)投入不足，無法實施差異化競爭戰(zhàn)略。

    國內(nèi)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(yè)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(fā)方面取得一定突破，但與國外產(chǎn)品存在差距，市場表現(xiàn)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(fā)展空間比膜法要小；膜法應用范疇不光是海水，在苦咸水、廢水方面發(fā)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(fā)揮“鈦”優(yōu)勢   助力海水淡化產(chǎn)業(yè)前行

    提及鈦材在海水淡化工程中的優(yōu)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(tǒng)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(jīng)濟性相當。鈦材在高溫、高鹽及低pH海水環(huán)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(yè)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(fā)。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(fā)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(fā)，縮短工藝流程、降低生產(chǎn)損耗、提高生產(chǎn)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(jīng)濟性和可靠性。

    二是全鈦蒸發(fā)器的開發(fā)。國際主流的熱法淡化蒸發(fā)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(fā)鈦鋼復合板蒸發(fā)器可兼顧兩者的優(yōu)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(fā)器及其內(nèi)構件設計帶來更大挑戰(zhàn)，這就需要上下游企業(yè)在復合板蒸發(fā)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(xiàn)新材料的工程應用。

    三是RO海水淡化用鈦制高壓管路系統(tǒng)。鈦材在高速海水沖擊環(huán)境下，耐蝕性能優(yōu)于C276鎳基合金鋼和254SMO奧氏體鋼，開發(fā)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(fā)針對百噸級、千噸級、萬噸級RO海水淡化高壓管路系統(tǒng)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(chǎn)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(fā)退役鈦材回收再利用技術，降低鈦制高壓管路系統(tǒng)的應用成本。

    放眼全局   未來將多方位強強聯(lián)合

    從我們國家戰(zhàn)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(huán)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(chǎn)業(yè)中位列第二，且在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等任務中多次提及。

    放眼國際，中東、亞洲及非洲地區(qū)的市場需求將帶動全球海水淡化發(fā)展。基于各國官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計和用水供需情況分析，未來5年全球新增產(chǎn)能預計4000萬m3/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(fā)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(chǎn)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(nèi)海水淡化到現(xiàn)階段已經(jīng)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(fā)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(fā)達國家?guī)缀跆幱谙嗤剑绻覀儑业乃畠r政策放開之后，我國海水淡化產(chǎn)業(yè)會以速度驚人的發(fā)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(huán)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(diào)，海水淡化產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展要做好以下幾點：

    一是建立科學的法規(guī)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(fā)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(qū)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(yōu)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(fā)、應用專項，促進裝備與材料開發(fā)的有機結合，滿足業(yè)主的不同需求，提升國產(chǎn)裝備的市場競爭力。鈦鋼復合板蒸發(fā)器和薄壁卷焊鈦管低成本加工技術、鈦制蒸發(fā)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(tǒng)及其相關部件的成套開發(fā)、鈦材在海水淡化高壓系統(tǒng)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(fā)器優(yōu)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(guī)格鈦制高壓管路的標準建設、面向不同規(guī)模RO海水淡化應用的鈦制高壓管路系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫，為加快新材料的推廣應用、優(yōu)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(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)是一項系統(tǒng)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(chuàng)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(xiàn)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(yè)，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(xiàn)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(fā)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(nèi)“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。

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責任編輯：王元

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