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閥門在海水淡化中應用 

1 概述

近年來,隨著國民生活水平提高和工業發展,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緊張的進行建設。本文從介質、材料、防腐處理、結構和安裝要求等方面入手,分析海水淡化項目工程設計過程中工藝閥門的選擇。  

2 工藝介質    

海水淡化過程中,需要特別注意氯化物對設備的腐蝕。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,其中反滲透技術的主要工藝過程為海水取水→前處理→超濾→反滲透→產品水(副產反滲透濃液),各工藝過程主要介質的組成見表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。       

3.1 鎳鋁青銅    

鎳鋁青銅(Al 8 Ni 2 Cu)具有優異的耐應力開裂腐蝕、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成分不同而異。304不銹鋼在含1×10 -4 化物的水環境下,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境下的耐點腐蝕和縫隙腐蝕性。

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,是半結晶和可熔融加工的含氟聚合物。對大多數的無機和有機化學品以及有機溶劑,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的機械堅韌性。Halar涂層適合在氯離子濃度低于4×10 -2 

的環境中使用。    

(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 

的環境中使用。當流通介質中含磨損性顆?;蚪洺i_關動作場合,不適合使用涂層。另外,在運輸和安裝過程中應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,超出一般球閥截止閥的使用范圍。蝶閥與相同口徑 閘閥(Z41H)相比,具有結構簡單,易防腐,安裝長度短,消耗鋼材少,閥門局部阻力系數相近的優點,選擇蝶閥作為切斷閥更經濟實用。根據壓力等級,蝶閥可分為低壓蝶閥和高壓蝶閥。

(1)高壓蝶閥    

選擇高壓蝶閥材料時,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,zui高壓力≥85bar(反滲透高壓泵的關閉壓力)時,由于背壓高,為了減少扭矩,高壓蝶閥采用雙偏心結構。當蝶閥公稱尺寸≤DN500,采用對夾式連接。當蝶閥公稱尺寸≥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中,閥桿采用材料為ASTMA276UNS31803,閥座材料為RPTFE。雙偏心結構增加了局部阻力系數,蝶板和閥桿固定需要銷釘,銷釘的防腐要求和其他過流部件相同。 

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.執行機構    圖2 雙偏心高性能蝶閥 

(1)緩閉蝶式止回閥    

緩閉蝶式止回閥的主體材料為球墨鑄鐵,機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用,在海水淡化工程的產品水工段應用。

(2)全襯膠蝶式對夾止回閥     全襯膠蝶式對夾止回閥是對緩閉蝶式止回閥在防腐方面的改進,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。設計時需要注意該閥門對安裝空間的要求,閥門安裝不當會引起閥瓣和彈簧對閥桿長期作用,破壞閥體和閥桿接觸處密封,滲入介質,造成閥體腐蝕,縮短閥門使用壽命。 

 (3)單瓣對夾止回閥    

單瓣對夾止回閥(H74H)結構簡單,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用。閥門為非全通徑,閥瓣開度zui大45°,阻力系數增加,流通能力下降。  

(4)單瓣雙相鋼對夾止回閥    

單瓣雙相鋼對夾止回閥安裝空間小,采用INCONEL彈簧配合閥瓣重力快關,流量或壓力低于一定值,自動關閉抗水擊,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。      

5 閥門安裝   

5.1 一般要求    

閥門應根據管道及儀表流程圖上所示類型及數量設置。當系統對某些閥門的安裝位置有具體要求時,應按工藝要求設置。閥門的安裝位置應集中布置在裝置區一側,并設置必要的操作平臺或檢修平臺。需要經常操作、維修和更換的閥門,應位于地面、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,zui適宜的高度為1200mm,不需要經常操作的閥門安裝高度可達1500~1800mm。閥門應與加藥口保持適當的距離,避免局部藥劑性能太強引起嚴重的點腐蝕。    

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,并考慮傳動機構的操作檢修空間,還應在閥門的一側或兩側設置支架。支架不應設在檢修時需要拆卸的短管上,并考慮拆下閥門時不應影響管道的支承,支承應高出地面50~100mm。執行機構較重時,需要為其設置單獨支承。   

蝶閥安裝方式根據管道布置情況確定。管道水平布置時,蝶閥閥桿盡可能水平布置,務必保持蝶閥的開啟方向和介質流動方向一致,以防止介質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,其后設置一個切斷閥,為了避免兩對夾閥門的閥瓣出現碰撞和干涉,兩個閥門之間需設置一直管段,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,閥門安裝方向應有利于重力關閉方向。    

6結語    

海水淡化項目閥門選擇時,需要對閥門的過流介質、腐蝕因素、材料選擇、結構和安裝等多方面進行分析,然后進行經濟技術比較和選用。


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