閥門在海水淡化中應(yīng)用

                             上海申弘閥門有限公司

    近年來，隨著國民生活水平提高和工業(yè)發(fā)展，淡水耗量逐年增加，為了解決用水問題，許多大型海水淡化工程正在國內(nèi)緊張的進(jìn)行建設(shè)。本文從介質(zhì)、材料、防腐處理、結(jié)構(gòu)和安裝要求等方面入手，分析海水淡化項目工程          
     1 概述   
     近年來，隨著國民生活水平提高和工業(yè)發(fā)展，淡水耗量逐年增加，為了解決用水問題，許多大型海水淡化工程正在國內(nèi)緊張的進(jìn)行建設(shè)。本文從介質(zhì)、材料、防腐處理、結(jié)構(gòu)和安裝要求等方面入手，分析海水淡化項目工程設(shè)計過程中工藝閥門的選擇。    
2 工藝介質(zhì)    
海水淡化過程中，需要特別注意氯化物對設(shè)備的腐蝕。另外，海水溫度對腐蝕速率影響很大，溫度越高，腐蝕越快。而固體污染物會損害材料保護(hù)膜，引起沖刷腐蝕。各類化學(xué)污染物也會提高腐蝕概率。配料添加劑可能是一種人為的海域化學(xué)品污染物，但是從腐蝕角度看，適量則不會引起任何問題。如次氯酸鈉有時用來抑制藻類，但劑量太大會引起嚴(yán)重的點腐蝕。海水淡化有多種工藝，其中反滲透技術(shù)的主要工藝過程為海水取水→前處理→超濾→反滲透→產(chǎn)品水（副產(chǎn)反滲透濃液），各工藝過程主要介質(zhì)的組成見表1（取水地點不同海水成分有所差異）。    
3 閥門材料    
在海水淡化工程中，閥門材料問題較多出現(xiàn)在過流部件上。目前，常用過流部件材料主要有鎳鋁青銅、不銹鋼、雙相不銹鋼和金屬涂層等。   

表1 工藝介質(zhì)組成及設(shè)計參數(shù)        
3.1 鎳鋁青銅    
鎳鋁青銅（Al 8 Ni 2 Cu）具有優(yōu)異的耐應(yīng)力開裂腐蝕、耐疲勞腐蝕、耐空泡腐蝕、耐沖刷和抗海生物污損等性能。在含3%NaCl的海水中，與不銹鋼相比，鎳鋁青銅合金具有優(yōu)異的抗汽蝕破壞性。鎳鋁青銅在海水中的腐蝕為點蝕和縫隙腐蝕。鎳鋁青銅對海水流速敏感，超過臨界流速時，腐蝕速度急劇增加。鎳鋁青銅鑄造工藝不穩(wěn)定，鑄造的合格率偏低，作為閥門鑄件時，需深入研究。    
3.2 不銹鋼    
不銹鋼的耐腐蝕性隨材料化學(xué)成分不同而異。304不銹鋼在含1×10 -4 化物的水環(huán)境下，具有耐點腐蝕和耐裂隙腐蝕性，在海水中不能作為過流部件。316L是含鉬奧氏體不銹鋼，具有更好的抗一般腐蝕、點腐蝕和裂隙腐蝕性。316L在含氯化物＜2×10 -3 的亞海水環(huán)境下，具有耐點腐蝕和耐裂隙腐蝕性。海水的氯離子含量約1.83×10 -2 ，海水濃縮液的氯離子濃度3.4×10 -2 ，操作壓力約為7MPa。氯離子濃度小于2×10 -2 時，可選用ASTMA995-4A雙相不銹鋼。氯離子濃度小于4×10 -2 
的工況，可選用ASTMA995-雙相不銹鋼。隨著鉻、鉬和氮含量增加，可以提高不銹鋼在化物或其他鹵素離子環(huán)境下的耐點腐蝕和縫隙腐蝕性（表2）。   表2 不銹鋼材料選擇 化物或其他鹵素離子環(huán)境下的耐點腐蝕和縫隙腐蝕性（表2）。   表2 不銹鋼材料選擇         

3.3 球墨鑄鐵    
為了降低工程造價，閥體采用球墨鑄鐵襯EP-DM，閥瓣采用球墨鑄鐵襯防腐涂層的處理辦法。    
（1）球墨鑄鐵襯Halar    
Halar是乙烯與三氟氯乙烯的交替共聚物，是半結(jié)晶和可熔融加工的含氟聚合物。對大多數(shù)的無機(jī)和有機(jī)化學(xué)品以及有機(jī)溶劑，有良好的抗腐蝕能力。Halar制成品的表面類似于玻璃，能阻止微生物的增長，在國外已允許用于食品和飲水領(lǐng)域。在高溫下的耐氯和氯衍生物的性能突出。并具備突出的抗沖擊性能和相當(dāng)?shù)臋C(jī)械堅韌性。Halar涂層適合在氯離子濃度低于4×10 -2 
的環(huán)境中使用。    
（2）球墨鑄鐵襯Nylon11    
Nylon11是熱塑性和植物類涂層，能防止菌類生長和增長，通過10年鹽水沉浸測試，底層金屬沒有腐蝕跡象。為保證涂層的穩(wěn)定性及良好的粘和性，Nylon11用在蝶板涂層時其使用溫度不宜超過100℃。Nylon11涂層蝶板與膠套之間的摩擦系數(shù)低，能抵抗紫外線。與采用雙相鋼閥瓣相比，球墨鑄鐵涂Nylon11閥瓣的成本降低80%以上。Nylon11涂層適合在氯離子濃度低于3×10 -2 
的環(huán)境中使用。當(dāng)流通介質(zhì)中含磨損性顆?；蚪?jīng)常開關(guān)動作場合，不適合使用涂層。另外，在運輸和安裝過程中應(yīng)防止涂層劃傷和脫落。    

4閥門類型    
合理選擇閥門的類型，可以減少材料耗量，降低局部阻力和能耗，方便安裝，減少維修。本文重點論述大口徑切斷閥和止回閥的選擇。    
4.1 切斷閥    
   大型海水淡化中工藝管徑一般為DN300～1600，超出一般球閥和截止閥的使用范圍。蝶閥與相同口徑 閘閥（Z41H）相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，易防腐，安裝長度短，消耗鋼材少，閥門局部阻力系數(shù)相近的優(yōu)點，選擇蝶閥作為切斷閥更經(jīng)濟(jì)實用。根據(jù)壓力等級，蝶閥可分為低壓蝶閥和高壓蝶閥。

     （2）高壓蝶閥    

    選擇高壓蝶閥（圖2）材料時，除考慮海水的腐蝕因素外，還需要考慮材料的耐壓性能，工作壓力為69bar，高壓力≥85bar（反滲透高壓泵的關(guān)閉壓力）時，由于背壓高，為了減少扭矩，高壓蝶閥采用雙偏心結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y公稱尺寸≤DN500，采用對夾式連接。當(dāng)?shù)y公稱尺寸≥DN550，采用法蘭式連接。壓力等級Cl600，閥體和蝶板材料為雙相鋼ASTMA995GR.4A，由于閥桿暴露在介質(zhì)中，閥桿采用材料為ASTMA276UNS31803，閥座材料為RPTFE。雙偏心結(jié)構(gòu)增加了局部阻力系數(shù)，蝶板和閥桿固定需要銷釘，銷釘?shù)姆栏蠛推渌^流部件相同。 1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿 4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)    圖1 低壓蝶閥  

  4.2 止回閥    

止回閥通常安裝在海水泵出口，用以阻止海水倒流和水錘對設(shè)備的損壞。目前海水淡化項目中使用的止回閥有緩閉蝶式止回閥、全襯膠蝶式對夾止回閥、單瓣對夾止回閥和單瓣雙相鋼對夾止回閥等。1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿 4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)    圖2 雙偏心高性能蝶閥 
    （1）緩閉蝶式止回閥    

緩閉蝶式止回閥（H48X-10Q，圖3）的主體材料為球墨鑄鐵，機(jī)械或液壓緩閉抗水錘能力較好，適合低壓使用，目前在廢水處理、化工廠和市政等工程得到很大應(yīng)用，在海水淡化工程的產(chǎn)品水工段應(yīng)用。  1.閥體 2.閥瓣 3.儲油缸 4.微調(diào)閥    圖3 緩閉蝶式止回閥     

（2）全襯膠蝶式對夾止回閥     全襯膠蝶式對夾止回閥（H77X－10Q，圖4）是對緩閉蝶式止回閥HH48X-10Q在防腐方面的改進(jìn)，閥體和閥桿采用全襯膠方式，閥瓣可采用雙相不銹鋼或鎳鋁青銅。此類閥門設(shè)置在低壓海水泵的出口處，適合大口徑管路上安裝，閥門公稱直徑范圍為DN200～1200。設(shè)計時需要注意該閥門對安裝空間的要求，閥門安裝不當(dāng)會引起閥瓣和彈簧對閥桿作用，破壞閥體和閥桿接觸處密封，滲入介質(zhì)，造成閥體腐蝕，縮短閥門使用壽命。 圖4 全襯膠蝶式對夾止回閥H77X－10Q     
  （3）單瓣對夾止回閥    

單瓣對夾止回閥（H74H，圖5）結(jié)構(gòu)簡單，安裝空間小，可在低壓或高壓工況下使用。閥門整體采用雙相不銹鋼，抗海水的腐蝕性能好，質(zhì)量輕，可水平和垂直安裝，使用方便。在海水淡化裝置中，一般選用≤DN250的單瓣對夾止回閥。當(dāng)閥門公稱尺寸＞DN250時，水擊作用明顯，動作噪音大。大口徑單瓣對夾止回閥在氣路配管中廣泛應(yīng)用。閥門為非全通徑，閥瓣開度大45°，阻力系數(shù)增加，流通能力下降。    1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿    圖5 單瓣對夾止回閥     

（4）單瓣雙相鋼對夾止回閥    

單瓣雙相鋼對夾止回閥（圖6）安裝空間小，采用INCONEL彈簧配合閥瓣重力快關(guān)，流量或壓力低于一定值，自動關(guān)閉抗水擊，密封面采用EPDM密封圈，減少水錘作用。流線形閥瓣局部阻力系數(shù)低，閥門開度增大。單瓣雙相鋼對夾止回閥安裝在海水淡化的反滲透高壓泵出口，是高壓、抗擊水錘、耐腐蝕和止回的解決方案。     圖6 單瓣雙相鋼對夾止回閥    

 5 閥門安裝   

  5.1 一般要求    

閥門應(yīng)根據(jù)管道及儀表流程圖（P＆ID）上所示類型及數(shù)量設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)對某些閥門的安裝位置有具體要求時，應(yīng)按工藝要求設(shè)置。閥門的安裝位置應(yīng)集中布置在裝置區(qū)一側(cè)，并設(shè)置必要的操作平臺或檢修平臺。需要經(jīng)常操作、維修和更換的閥門，應(yīng)位于地面、平臺或梯子容易接近處。閥門手輪的中心距操作面的高度為750～1500mm之間，適宜的高度為1200mm，不需要經(jīng)常操作的閥門安裝高度可達(dá)1500～1800mm。閥門應(yīng)與加藥口保持適當(dāng)?shù)木嚯x，避免局部藥劑性能太強(qiáng)引起嚴(yán)重的點腐蝕。    
5.2 大型閥門    
大型閥門的本體荷載大，配管宜水平布置，單獨支撐，并考慮傳動機(jī)構(gòu)的操作檢修空間，還應(yīng)在閥門的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置支架。支架不應(yīng)設(shè)在檢修時需要拆卸的短管上，并考慮拆下閥門時不應(yīng)影響管道的支承，支承應(yīng)高出地面50～100mm。執(zhí)行機(jī)構(gòu)較重時，需要為其設(shè)置單獨支承。   
蝶閥安裝方式根據(jù)管道布置情況確定。管道水平布置時，蝶閥閥桿盡可能水平布置，務(wù)必保持蝶閥的開啟方向和介質(zhì)流動方向一致，以防止介質(zhì)中的漿體和污染物在閥軸和閥體的密封部位沉積。閥門開啟時工作扭矩小，并起到一定的管道清淤作用。   對夾式止回閥布置在海水泵出口，其后設(shè)置一個切斷閥，為了避免兩對夾閥門的閥瓣出現(xiàn)碰撞和干涉，兩個閥門之間需設(shè)置一直管段，直管段長度（1.5～2.0）DN。如果采用水平布置的全襯膠蝶式對夾止回閥時，閥桿需要垂直安裝，可以延長閥門使用壽命。如果采用單瓣對夾止回閥或者單瓣雙向鋼對夾止回閥時，閥門安裝方向應(yīng)有利于重力關(guān)閉方向。    
6結(jié)語    
海水淡化項目閥門選擇時，需要對閥門的過流介質(zhì)、腐蝕因素、材料選擇、結(jié)構(gòu)和安裝等多方面進(jìn)行分析，然后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較和選用。如還想了解更多閥門資料，請點擊減壓閥查看。