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海水淡化工藝閥門選擇

  • 發(fā)布日期:2017/5/11      瀏覽次數(shù):949
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                                   海水淡化工藝閥門選擇

                                    上海申弘閥門有限公司

    之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥,現(xiàn)在介紹海水淡化工藝閥門選擇大型海水淡化工程用閥門的選擇

    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。

    海水淡化是解決淡水資源短缺的重要途徑。本文詳細介紹了目前商業(yè)用的海水淡化工藝:低溫多效蒸餾、多級閃蒸、反滲透,分析了其工藝原理、工藝特點、發(fā)展趨勢以及我國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

    海水淡化工藝閥門選擇海水淡化

    01 低溫多效蒸餾工藝(LT-MED)

    低溫多效蒸餾工藝(LT-MED)在一系列壓力遞減的蒸發(fā)室中進行,蒸發(fā)室的個數(shù)稱為效數(shù),典型的LT-MED淡化廠的效數(shù)一般有7效以上。如圖1所示,每個蒸發(fā)室內(nèi)安裝有一系列蒸發(fā)管束,蒸發(fā)管束具有優(yōu)良的傳熱性能和一定的機械強度。

    海水淡化

    三效低溫多效蒸餾海水淡化工藝原理圖

    系統(tǒng)中,往*效蒸發(fā)管中通入來自外部熱源的蒸汽;海水從蒸餾系統(tǒng)的右邊進入,被后一效中生成的蒸汽預(yù)熱后一部分作為蒸餾系統(tǒng)的補充水。

    進入系統(tǒng)的海水從每一效的頂部噴灑到內(nèi)部的蒸發(fā)管束上,在重力的作用下沿蒸發(fā)管的表面從上而下流動并不斷從蒸發(fā)管表面吸收熱量而部分蒸發(fā)生成蒸汽,同時蒸發(fā)管內(nèi)部的蒸汽放熱冷凝生成淡水被收集。在系統(tǒng)上一效中生成的二次蒸汽經(jīng)除霧器去除鹽類物質(zhì)后進入到下一效的蒸發(fā)管中,直接作為下一效蒸發(fā)管的加熱蒸汽。

    沿蒸汽傳輸方向,效室內(nèi)的壓力和溫度逐漸下降,這樣,蒸發(fā)、冷凝在各效就會重復(fù)進行,只有在*效蒸發(fā)管中冷凝的淡水回流至蒸汽發(fā)生器,其余各效即成為產(chǎn)品水。

    技術(shù)特點

    LT-MED通過控制蒸發(fā)室內(nèi)的壓力,實現(xiàn)了海水在較低溫度(<70℃)條件下的蒸發(fā)和冷凝循環(huán),大大減弱了設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕問題,運行壽命長、維護量少,而且使得應(yīng)用廉價傳熱材料的可能性大大增加。

    由于LT-MED的冷凝過程*發(fā)生在蒸發(fā)管內(nèi)部,系統(tǒng)受海水水質(zhì)的影響非常小。在較低的溫度條件下,海水中的雜質(zhì)幾乎不發(fā)生相變,產(chǎn)品水的TDS可達5mg/L以下。LT-MED主要利用低壓蒸汽或者是發(fā)電廠的余熱,這也使得其能夠利用多種低位熱能而具備節(jié)能的特色。

    根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模、蒸發(fā)室個數(shù)以及蒸發(fā)管的傳熱效率的不同,造水比(生產(chǎn)淡水和消耗蒸汽的質(zhì)量比)為8~15,其運行負荷可以是設(shè)計負荷的40%~110%而保持造水比不變,這種操作彈性是一個重要優(yōu)勢,如果因某種原因蒸汽量減少或者增大,對LT-MED的運行影響并不大。但由于LT-MED的操作溫度超過70℃,這也成為該工藝技術(shù)進一步提高熱效率的制約因素。02多級閃蒸工藝(MSF)

    多級閃蒸工藝(MSF)的原理是將海水在一系列壓力逐漸減低的閃蒸室內(nèi)進行閃蒸,閃蒸室的個數(shù)稱為級數(shù),超大型的MSF淡化廠可達50級。

    海水淡化

    多級閃蒸海水淡化工藝原理圖

    如圖2所示,海水首先通過閃蒸室頂部的冷凝管束,在冷凝管束中被各級閃蒸室內(nèi)生成的逐漸升溫的蒸汽預(yù)熱,后到達鹽水加熱器。鹽水加熱器的加熱蒸汽來自火力發(fā)電廠,海水在加熱器內(nèi)被加熱到高溫度(90~115℃)后送入*級閃蒸室。

    閃蒸室內(nèi)的壓力低于海水所對應(yīng)的飽和蒸汽壓,即海水被送入閃蒸室的溫度高于在閃蒸室內(nèi)壓力條件下的沸點溫度,因此海水迅速沸騰,一直到溫度降到沸點,一部分海水汽化,生成的蒸汽通過除霧器去除溶解的鹽類物質(zhì),后在頂部的進水冷凝管束表面冷凝后生成淡水被收集。沒有汽化的海水溫度降低,流入到下一個壓力較低的閃蒸室繼續(xù)閃蒸的過程,這樣重復(fù)蒸發(fā)和冷凝的過程持續(xù)生成淡化水。

    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

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有:減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥在海水淡化工程中,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

          3.1 鎳鋁青銅  

       鎳鋁青銅(Al8Ni2Cu) 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 氯化物的水環(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,可以提高不銹鋼在氯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)的無機和有機化學(xué)品以及有機溶劑,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,Nylon 11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)濟實用。根據(jù)壓力等級,蝶閥可分為低壓蝶閥和高壓蝶閥。與本產(chǎn)品相關(guān)論文:自力式氧氣減壓閥安裝使用