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閥門在海水淡化中應用

  • 發(fā)布日期:2014/6/5      瀏覽次數(shù):3268
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                                閥門在海水淡化中應用

                                 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          
         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(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 工藝介質組成及設計參數(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?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,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(shù)相近的優(yōu)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。


         (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?shù)y公稱尺寸≤DN500,采用對夾式連接。當?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(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)行機構    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(H48X-10Q,圖3)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。  1.閥體 2.閥瓣 3.儲油缸 4.微調閥    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,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。 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,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(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    

    閥門應根據管道及儀表流程圖(P&ID)上所示類型及數(shù)量設置。當系統(tǒng)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(qū)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,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?shù)木嚯x,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(zhí)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(xiàn)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。如還想了解更多閥門資料,請點擊減壓閥查看。