工程材料是构建海水利用技术装备的基础，对保障装备长期稳定、高效运行起到十分重要的作用。国外海水淡化技术（尤其是热法淡化）经过了五十多年的发展，在模拟试验和大量真实工况环境中的腐蚀失效研究基础上，建立了包括多级闪蒸、多效蒸馏、机械压缩蒸馏在内的多种热法海水淡化装备科学选材方案，以及抑制或延缓材料环境腐蚀为目的的淡化装备操作控制方法，对蒸馏海水淡化技术的规模化应用起到了极大的促进作用，为建设日产几十万吨级、甚至近百万吨级超大型海水淡化厂提供了基础保障。

    我国海水淡化技术是在国家“八五”至“十二五”重点攻关项目的连续支持下，通过对淡化工艺、装备设计开发进行的深入研究基础上，分析借鉴国外先进经验而发展起来的。尤其是海水淡化装备材料的腐蚀失效机理、装备选材以及新材料工程应用技术研究方面，基本与国外先进经验保持一致。

    5.3.2.1 海水淡化装备常见的腐蚀问题

    1）均匀腐蚀

    在蒸馏海水淡化技术领域，1960年Weir公司为科威特建设的多级闪蒸海水淡化厂，拉开了现代海水淡化技术规模化应用的序幕。早期的蒸馏海水淡化装备，采用了在海洋环境中应用时间长、相关腐蚀数据丰富的碳钢结构材料和铜合金传热管，工程设计人员通过预测装备材料在工况环境中的腐蚀速率，设计充分的腐蚀余量，来满足装备的使用寿命要求。

    通常在天然海水全浸环境中，铜合金材料具有较好的耐蚀性能，但采用无防腐措施的碳钢材料，难以达到腐蚀防护要求，这主要是因为碳钢在海水环境中的腐蚀速率较高。碳钢的腐蚀过程符合电化学腐蚀原理，即基体中的铁素体相作为腐蚀阳极区发生铁溶出反应，渗碳体相作为腐蚀阴极区发生氧去极化反应，其海水腐蚀过程主要受阴极氧去极化过程控制，即腐蚀速率由氧到达碳钢表面的扩散步骤控制。而蒸馏海水淡化工况环境较为特殊，其内部海水工艺介质的温度、盐度、溶解氧和CO2含量等与天然海水环境有一定差异，见表5-54。而这些环境因素对金属材料的海水腐蚀过程有着显著影响，从而导致其装备材料腐蚀的特殊性。

    其中尤为重要的是，原料海水泵入淡化装备受热蒸发前，通常需要进行充分的脱气处理，以减少海水蒸发产生的不凝性气体在换热面积聚，提高设备的换热效率。如多级闪蒸海水淡化中，海水脱气是在独立的脱气器中完成，而在低温多效蒸馏海水淡化中，海水是在冷凝器及部分低温效组完成脱气的。这种去除海水中氧、二氧化碳等溶解气体的过程，也同时降低了海水的腐蚀性。图5-71为碳钢腐蚀速率随海水温度、溶解氧含量的变化关系（海水流速2m/s），当溶解氧从200ppb降低到10～20ppb时，碳钢即使不采用其他防腐措施，也可在80℃以下的脱气海水中达到最经济腐蚀速率。作为传热材料的铜合金管材，在该种环境下也具有较低的腐蚀速率，能够满足应用需求。

    2）冲刷腐蚀

    在长期的应用过程中也发现，该种选材方案在某些特殊环境下也存在其他类型的腐蚀形态。例如，多级闪蒸海水淡化装备的工艺海水虽然经过脱气处理，对碳钢腐蚀性降低，但海水剧烈冲刷可降低材料固液界面的扩散层厚度，氧的极限扩散电流密度增加，表现为不断增大的腐蚀速率，导致碳钢壳体局部腐蚀超过预期。图5-72是碳钢海水腐蚀速率随流速和溶解氧含量的变化关系。

    尤其是在多级闪蒸装备的两级闪蒸室间碳钢隔板下部（见图5-73a），通常设置节流孔（即盐水通道）以确保大量盐水顺利流过进入下一级闪蒸室，同时也能保持两级闪蒸室之间必要的温度、压力差。当海水接近节流孔时由于通道变窄，流速和湍动增大，对该部位碳钢板产生剧烈冲刷，再加上闪蒸蒸汽夹带液滴的冲击和蒸汽泡在壁板破裂产生的空泡腐蚀等作用，进一步增大了碳钢腐蚀速率（见图5-73b）。个别闪蒸室该部位的腐蚀产物甚至由蒸汽夹带至上部汽液分离器，造成分离器堵塞而频繁停机检修。

    铜合金作为蒸馏海水淡化常用材料，其在静止海水环境中，由于表面可以形成一层保护膜，因而具备较好的耐蚀性能。但在高流速海水剪应力作用下，铜合金表面钝化膜易被剥离，增大腐蚀风险。尤其是多级闪蒸中的换热过程为单侧相变（即管外蒸汽冷凝形成淡水，其冷凝潜热用于加热管内海水），为提高换热效率，管内海水流速通常需要达到2～3m/s，这种高海水流速以及110～40℃的宽操作温度范围，也为传热材料带来较大的腐蚀风险。国外已投建的多级闪蒸海水淡化装备，超过70%的腐蚀问题都来自于传热材料，而据沙特SWCC公司的统计，多级闪蒸装备超过85%的铜合金管腐蚀失效问题均是由管内海水冲刷腐蚀引起的。尤其是传热管入口端，传热材料受冲刷腐蚀影响更为严重。这种传热管内部损伤通常位于海水输入端管口到管内150mm范围内，此时海水出现剧烈的湍流（局部海水流速无限大），产生较为严重的冲刷腐蚀，经过该段后海水转变为层流，其对传热管的冲刷作用逐渐减弱，见图5-74。