海水淡化工程中工藝閥門的選擇

海水淡化工程中工藝閥門的選擇

1大型海水淡化工程需要解決用水問題近年來，隨著人民生活水平的提高和工業(yè)的發(fā)展，淡水消耗逐年增加。為了解決水問題，許多大型海水淡化工程已經(jīng)在中國進行。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原料腐蝕嚴(yán)重海水淡化過程中,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(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密封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。3.1海水淡化工程鎳鋁青銅(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點腐蝕和耐裂隙腐蝕板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ASTMA995-5A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)。3.3磁墨鑄造鐵為了降低工程造價,閥體采用球墨鑄鐵襯EPDM,閥瓣采用球墨鑄鐵襯防腐涂層的處理辦法。(1)抗腐蝕性好的食品和飲料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)nylus11涂層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閥之間的使用范圍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。(1)采用經(jīng)營壓力閥的dn50d200低壓蝶閥(圖1)可以采用中線無銷釘襯膠蝶閥。當(dāng)?shù)y≤DN500時,采用對夾式連接。當(dāng)?shù)y≥DN550時,采用法蘭連接。當(dāng)?shù)y口徑≤6in.(DN150),開啟力小于400N,采用手柄操作。當(dāng)?shù)y口徑≥8in.(DN200),采用齒輪箱操作。由于低壓閥門的背壓低,采用中線結(jié)構(gòu)不會增加太多扭矩,這種結(jié)構(gòu)有兩次密封。主密封是蝶板和閥座采用預(yù)緊力獲得,第二密封是閥桿和閥座孔的過盈配合獲得。由于閥桿和介質(zhì)完全隔離,不滲入海水,故閥桿可采用2Cr13或等同材料制作。閥體采用球墨鑄鐵襯EPDM,增加密封性能。由于閥體不與介質(zhì)接觸,降低了閥體材料性能要求(表3)。(2)高壓控制閥的結(jié)構(gòu)特點見圖2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,最高壓力≥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。4.2流和水錘對設(shè)備的損傷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)球墨鑄鐵在海水淡化工程上的應(yīng)用緩閉蝶式止回閥(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(yīng)用,在海水淡化工程的產(chǎn)品水工段應(yīng)用。(2)全襯膠閥桿、閥瓣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(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長期作用,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。(3)抗海水淡化裝置單瓣對夾止回閥(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,閥瓣開度最大45°,阻力系數(shù)增加,流通能力下降。(4)壓封面控制好流線形閥瓣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。5安裝開口5.1閥門安裝位置閥門應(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,最適宜的高度為1200mm,不需要經(jīng)常操作的閥門安裝高度可達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引起嚴(yán)重的點腐蝕。5.2閥桿的安裝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(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閥門材料選擇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)和安裝等多方面進行分析,