大型海水淡化工程用閥門的選擇

大型海水淡化工程用閥門的選擇

近年來，隨著國(guó)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(guó)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(xiàng)目工程
    1 概述
    近年來，隨著國(guó)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(guó)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(xiàng)目工程設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)備的腐蝕。另外，海水溫度對(duì)腐蝕速率影響很大，溫度越高，腐蝕越快。而固體污染物會(huì)損害材料保護(hù)膜，引起沖刷腐蝕。各類化學(xué)污染物也會(huì)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(huì)引起任何問題。如次氯酸鈉有時(shí)用來抑制藻類，但劑量太大會(huì)引起嚴(yán)重的點(diǎn)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(diǎn)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(jì)參數(shù)

    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(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。鎳鋁青銅對(duì)海水流速敏感，超過臨界流速時(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)，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(diǎn)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(jià)，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(duì)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(zhǎng)，在國(guó)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(jiān)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(zhǎng)和增長(zhǎng)，通過10年鹽水沉浸測(cè)試，底層金屬?zèng)]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(shí)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)中含磨損性顆粒或經(jīng)常開關(guān)動(dòng)作場(chǎng)合，不適合使用涂層。另外，在運(yùn)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(diǎn)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(jiǎn)單，易防腐，安裝長(zhǎng)度短，消耗鋼材少，閥門局部阻力系數(shù)相近的優(yōu)點(diǎn)，選擇蝶閥作為切斷閥更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。根據(jù)壓力等級(jí)，蝶閥可分為低壓蝶閥和高壓蝶閥。