海洋工程材料叢書：海水資源綜合利用裝備與材料

第1章海水資源綜合利用工程概述
1.1海水資源綜合利用的戰略地位和發展前景1
1.1.1水危機1
1.1.2世界水資源分佈2
1.1.3水資源概況3
1.1.4國際海水資源綜合利用現狀5
1.2海水資源利用技術發展概述7
1.2.1總體概況7
1.2.2海水淡化技術發展現狀7
1.2.3海水直接利用技術發展現狀8
1.2.4海水化學資源提取及綜合利用技術8
1.3新材料對海水利用產業發展的促進作用9
參考文獻11

第2章蒸餾海水淡化工程材料
2.1蒸餾海水淡化技術及裝備簡介12
2.1.1多級閃蒸海水淡化工藝及裝備12
2.1.2低溫多效蒸餾海水淡化工藝及裝備15
2.1.3機械壓縮蒸餾海水淡化工藝及裝備19
2.2蒸餾海水淡化裝備選材與設計21
2.2.1概述21
2.2.2蒸發器筒體選材22
2.2.3傳熱材料與管板27
2.2.4主體裝備其他部件選材39
2.2.5工藝管路系統43
2.3主要材料的環境腐蝕特點及防腐措施46
2.3.1碳鋼的腐蝕及防護46
2.3.2不銹鋼的腐蝕及防護50
2.3.3銅合金材料的腐蝕及防護54
2.3.4鈦及鈦合金的腐蝕及防護59
2.3.5鋁合金的腐蝕及防護61
2.4工程材料經濟性分析63
2.4.1蒸餾海水投資構成及估算方法63
2.4.2裝備選材對工程投資的影響67
2.4.3裝備選材對造水成本的影響71
2.5北疆發電廠20萬噸/日低溫多效蒸餾海水淡化工程73
2.5.1項目概況73
2.5.2裝備運行條件74
2.5.3裝備選材及運行成本構成76
參考文獻77

第3章膜法海水淡化工程材料
3.1膜法海水淡化技術及裝備簡介80
3.1.1膜法預處理技術及裝備80
3.1.2膜法脫鹽技術及裝備82
3.2功能膜材料87
3.2.1超濾膜材料87
3.2.2反滲透膜材料101
3.2.3納濾膜材料110
3.2.4新型膜材料及未來發展趨勢113
3.3其他膜法海水淡化工程材料128
3.3.1高壓泵、增壓泵、能量回收裝備材料128
3.3.2低壓管路135
3.3.3高壓管路136
3.3.4閥門137
3.3.5膜殼137
3.3.6未來發展趨勢138
3.4工程案例140
3.4.1澳大利亞珀斯反滲透海水淡化工程140
3.4.2華能玉環反滲透海水淡化工程142
參考文獻146

第4章海水化學資源利用裝備與材料
4.1海水化學資源利用技術簡介149
4.1.1海水制鹽150
4.1.2海水鹵水提溴151
4.1.3海水鹵水提鉀151
4.1.4海水鹵水提鎂151
4.1.5海水鹵水微量元素提取152
4.1.6海水鹵水資源綜合利用技術152
4.2海水化學資源利用工藝及裝備152
4.2.1傳統海水制鹽裝備152
4.2.2海水提溴工藝及裝備165
4.2.3海水提鎂工藝及裝備174
4.2.4海水提鉀工藝及裝備180
4.2.5提取其他微量元素工藝及裝備185
4.3海水化學資源提取裝備選材及腐蝕防護技術190
4.3.1金屬在鹵水或鹽溶液中的腐蝕特點190
4.3.2耐腐蝕金屬材料192
4.3.3防腐襯裡195
4.3.4防腐塗層196
4.3.5電化學保護197
4.3.6其他非金屬材料197
參考文獻198

第5章海水直接利用裝備與材料
5.1海水冷卻裝備與材料201
5.1.1海水冷卻技術及裝備簡介201
5.1.2海水冷卻系統中常見的腐蝕類型208
5.1.3海水冷卻系統中腐蝕的影響因素210
5.1.4金屬材料在海水體系中的腐蝕行為212
5.1.5海水換熱器（凝汽器）腐蝕及防腐措施221
5.1.6海水冷卻塔腐蝕及防腐措施223
5.1.7海水管線腐蝕及防腐措施224
5.1.8海水泵腐蝕及防腐措施225
5.1.9海水閥腐蝕及防腐措施226
5.1.10工程案例227
5.2電廠海水煙氣脫硫技術、裝備與材料238
5.2.1技術及裝備簡介238
5.2.2吸收塔法海水煙氣脫硫裝備與材料241
5.2.3膜吸收法海水煙氣脫硫裝備與材料244
5.3海水直接利用新技術及裝備材料245
5.3.1海水源熱泵技術245
5.3.2深海水利用技術249
5.4海水直接利用技術發展趨勢252
5.4.1全面提升海水藥劑環境友好化水準252
5.4.2大力推進關鍵裝備研發與產業化252
5.4.3拓展應用領域，提高應用規模252
5.4.4建立、完善政策法規與技術標準體系252
參考文獻252

第6章工業含鹽廢水處理裝備與材料
6.1含鹽工業廢水現狀簡介255
6.2反滲透廢水處理技術及其膜材料256
6.2.1反滲透廢水處理技術特點256
6.2.2廢水處理反滲透膜及膜組件257
6.2.3反滲透廢水處理技術應用領域259
6.2.4高性能膜材料未來發展趨勢263
6.3蒸餾濃縮零排放技術裝備及其選材265
6.3.1蒸餾濃縮零排放技術特點265
6.3.2蒸餾濃縮零排放工藝及裝備265
6.3.3關鍵裝備的選材268
6.3.4未來發展趨勢272
6.4膜蒸餾技術及裝備材料273
6.4.1膜蒸餾技術廢水處理特點273
6.4.2膜蒸餾廢水處理工藝流程273
6.4.3膜蒸餾用憎水膜材料278
6.4.4膜蒸餾組件281
6.4.5存在問題和未來發展趨勢285
6.5正滲透含鹽廢水處理技術及材料285
6.5.1正滲透廢水處理技術特點285
6.5.2正滲透工藝流程286
6.5.3正滲透膜材料289
6.5.4正滲透膜未來發展趨勢296
6.6電容去離子技術裝備及電極材料297
6.6.1電容去離子技術特點297
6.6.2電容去離子工藝及裝備298
6.6.3電極材料299
6.6.4未來發展趨勢304
參考文獻305
索引309

水是生命之源、生產之要、生態之基。隨著全球經濟社會的快速發展和人們生活水準的提高，水資源危機正變成人類面臨的挑戰之一。向大海要水源，大力發展以海水淡化、海水直接利用為主的海水資源綜合利用技術，提升濱海缺水地區的淡水資源可供應量，降低工業生產對本地區緊缺淡水資源的依賴，同時發展海水化學資源提取、廢水零排放技術，減少大規模海水資源利用可能產生的海洋環境負面影響，促進源水區的生態環境改善，正在成為全世界沿海國家和地區應對水資源危機的主要措施。近20年來，海水資源綜合利用技術在全球有了快速發展，其使用的國家和地區既包括中東的產油國家，也包括西班牙、以色列、澳大利亞、美國等發達國家。而且，為了應對當前全球氣候異常變化的影響，越來越多的亞洲、非洲、大洋洲、中美洲等發展中國家也對海水資源綜合利用技術日益關注。
既是水資源總量的大國，也是人均水資源量的貧國，水資源安全始終是國家安全的核心，也是國家“兩個百年”戰略目標實現的重要基礎。早在20世紀60年代，就開始進行海水資源綜合利用技術研究工作，進入新世紀更是得到了全社會和學術界的極大關注，被認為是解決當前和未來較長一個時期水資源安全問題的重要措施。目前，已成為完全獨立掌握海水資源綜合利用技術的少數國家之一，海水淡化產能從10年前的不足3萬立方米每天提升到90多萬立方米每天，工業冷卻用海水量增長到1000多億立方米每年，90%以上的濱海電力企業採用海水冷卻技術。這些海水資源利用工程的投建，緩解了濱海地區淡水資源供應的緊張狀況，成為促進沿海地區經濟可持續發展的重要推力。近些年在國家的大力支持下，海水資源利用裝備市場得到了快速發展，一批大中型國有企業、民營企業紛紛將海水資源綜合利用技術及裝備作為企業的新經濟增長點，部分研究機構、企業已具備與國外相關企業同台競技的能力，自主技術裝備走出國門，開始在國際市場上嶄露頭角。
然而，海水資源綜合利用技術與發達國家相比還有一定差距，主要表現在關鍵材料和設備方面，如海水淡化反滲透膜及元件還相當依賴進口，低成本耐蝕材料裝備的設計、加工及工程應用技術還有待系統研究，關鍵裝備如大型蒸餾海水淡化蒸發器及蒸汽噴射泵、反滲透海水淡化高壓泵/能量回收裝置、自然通風海水冷卻塔、海水脫硫吸收塔等的優化設計及系統集成能力還有待加強等，這些都成為提升海水資源綜合利用技術競爭力亟待解決的核心問題。
此外，雖已開展材料在天然海水中的長期腐蝕研究，對不同種類鋼鐵、有色金屬、混凝土等工程材料在海洋大氣區、浪花飛濺區、海洋潮差區、海水全浸區和海底泥土區的腐蝕機理有了一定瞭解和腐蝕資料的積累。但由於海水資源利用裝備材料所處的工況環境不同于天然海水，內部工藝海水的鹽度、溫度、溶解氧含量、pH值等與自然海水差別較大，其對裝備材料的腐蝕影響存在較大差異。海水資源利用技術的規模化發展起步較晚，裝備選材大多依據國外經驗，在材料環境腐蝕機理及防護措施方面尚未進行系統總結，這不僅制約了海水資源綜合利用技術領域的新材料、新裝備開發和應用研究，也導致用戶對自主技術裝備長期可靠性的擔憂。
本書以中國工程院啟動的“中國海洋工程材料研發現狀及發展戰略初步研究”和“中國海洋工程中關鍵材料發展戰略研究”兩個諮詢專案的實施為契機，在調研和總結國外海水資源綜合利用裝備開發設計原則及選材要求的基礎上，結合作者及其團隊多年從事海水資源綜合利用技術裝備開發方面的經驗編寫。本書系統論述了海水淡化、海水化學資源提取、海水直接利用、含鹽廢水處理的工藝和裝備特點，以及裝備選材原則、結構材料在特殊工況環境中的腐蝕防護措施、功能分離膜材料的種類和性能要求等內容。

全書共6章，阮國嶺、高從堦擔任主編，其中第1章由阮國嶺、高從堦、徐克編寫，第2章由徐克、張令品、齊春華、呂慶春、張曉晨、孫靖、劉豔輝、苗編寫，第3章由高從堦、王曉玲、周勇、蘇立永、趙河立、蘇慧、莫穎慧、胥建美、徐國榮、邵天寶、吳水波、劉筱昱、李露編寫，第4章由黃西平、張琦、高春娟、劉偉、王俐聰、駱碧君編寫，第5章由尹建華、王維珍、高麗麗、李運平、樊利華、崔振東、侯相鈺編寫，第6章由阮國嶺、徐克、王曉玲、齊春華、張乾、任建波、邢玉雷、徐國榮、張曉晨、劉豔輝編寫。

本書可供海水資源利用工程設計人員，電力、市政、材料等行業的技術人員參考，也可作為國內水處理公司技術人員和相關專業的本科生和研究生的參考書。希望本書的出版能對讀者有所裨益，為推進海水資源綜合利用領域與上游材料行業的協同發展盡綿薄之力。

本書得到了中國工程院海洋工程材料調研專案組總負責人周廉院士的大力支持，專案組各位材料領域的院士、專家為本書成稿提供了許多積極意見和建議，特此表示感謝。由於本書涉及多學科交叉，內容較為廣泛，加之編者水準所限，不足之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所阮國嶺
2016年6月20日