海水淡化工程中工藝閥門(mén)的選擇

海水淡化工程中工藝閥門(mén)的選擇

1大型海水淡化工程需要解決用水問(wèn)題近年來(lái)，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(wèn)題，許多大型海水淡化工程已經(jīng)在中國(guó)進(jìn)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(xiàng)目工程設(shè)計(jì)過(guò)程中工藝閥門(mén)的選擇。2原料腐蝕嚴(yán)重海水淡化過(guò)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(lèi)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(wèn)題。如次氯酸鈉有時(shí)用來(lái)抑制藻類(lèi),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(guò)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(guò)程主要介質(zhì)的組成見(jiàn)表1(取水地點(diǎn)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(mén)材料問(wèn)題較多出現(xiàn)在過(guò)流部件上。目前,常用過(guò)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(kāi)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(guò)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(mén)鑄件時(shí),需深入研究。3.2點(diǎn)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(diǎn)腐蝕和耐裂隙腐蝕性,在海水中不能作為過(guò)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ASTMA995-5A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(diǎn)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(jià),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(duì)大多數(shù)的無(wú)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(lèi)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)nylus11涂層Nylon11是熱塑性和植物類(lèi)涂層,能防止菌類(lèi)生長(zhǎng)和增長(zhǎng),通過(guò)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,Nylon11用在蝶板涂層時(shí)其使用溫度不宜超過(guò)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(kāi)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(guò)程中應(yīng)防止涂層劃傷和脫落。4門(mén)類(lèi)型合理選擇閥門(mén)的類(lèi)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(jiǎn)單,易防腐,安裝長(zhǎng)度短,消耗鋼材少,閥門(mén)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。(1)采用經(jīng)營(yíng)壓力閥的dn50d200低壓蝶閥(圖1)可以采用中線無(wú)銷(xiāo)釘襯膠蝶閥。當(dāng)?shù)y≤DN500時(shí),采用對(duì)夾式連接。當(dāng)?shù)y≥DN550時(shí),采用法蘭連接。當(dāng)?shù)y口徑≤6in.(DN150),開(kāi)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(mén)的背壓低,采用中線結(jié)構(gòu)不會(huì)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(guò)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(diǎn)見(jiàn)圖2選擇高壓蝶閥(圖2)材料時(shí),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(shí),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(chēng)尺寸≤DN500,采用對(duì)夾式連接。當(dāng)?shù)y公稱(chēng)尺寸≥DN550,采用法蘭式連接。壓力等級(jí)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(xiāo)釘,銷(xiāo)釘?shù)姆栏蠛推渌^(guò)流部件相同。4.2流和水錘對(duì)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(duì)設(shè)備的損壞。目前海水淡化項(xiàng)目中使用的止回閥有緩閉蝶式止回閥、全襯膠蝶式對(duì)夾止回閥、單瓣對(duì)夾止回閥和單瓣雙相鋼對(duì)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(jī)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(duì)夾止回閥(H77X-10Q,圖4)是對(duì)緩閉蝶式止回閥HH48X-10Q在防腐方面的改進(jìn),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(lèi)閥門(mén)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(mén)公稱(chēng)直徑范圍為DN200～1200。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意該閥門(mén)對(duì)安裝空間的要求,閥門(mén)安裝不當(dāng)會(huì)引起閥瓣和彈簧對(duì)閥桿長(zhǎng)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(mén)使用壽命。(3)抗海水淡化裝置單瓣對(duì)夾止回閥(H74H,圖5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝空間小,可在低壓或高壓工況下使用。閥門(mén)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(duì)夾止回閥。當(dāng)閥門(mén)公稱(chēng)尺寸>DN250時(shí),水擊作用明顯,動(dòng)作噪音大。大口徑單瓣對(duì)夾止回閥在氣路配管中廣泛應(yīng)用。閥門(mén)為非全通徑,閥瓣開(kāi)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(duì)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(dòng)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(mén)開(kāi)度增大。單瓣雙相鋼對(duì)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(kāi)口5.1閥門(mén)安裝位置閥門(mén)應(yīng)根據(jù)管道及儀表流程圖(P&ID)上所示類(lèi)型及數(shù)量設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)某些閥門(mén)的安裝位置有具體要求時(shí),應(yīng)按工藝要求設(shè)置。閥門(mén)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(tái)或檢修平臺(tái)。需要經(jīng)常操作、維修和更換的閥門(mén),應(yīng)位于地面、平臺(tái)或梯子容易接近處。閥門(mén)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(mén)安裝高度可達(dá)1500～1800mm。閥門(mén)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(qiáng)引起嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕。5.2閥桿的安裝大型閥門(mén)的本體荷載大,配管宜水平布置,單獨(dú)支撐,并考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的操作檢修空間,還應(yīng)在閥門(mén)的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置支架。支架不應(yīng)設(shè)在檢修時(shí)需要拆卸的短管上,并考慮拆下閥門(mén)時(shí)不應(yīng)影響管道的支承,支承應(yīng)高出地面50～100mm。執(zhí)行機(jī)構(gòu)較重時(shí),需要為其設(shè)置單獨(dú)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(shí),蝶閥閥桿盡可能水平布置,務(wù)必保持蝶閥的開(kāi)啟方向和介質(zhì)流動(dòng)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(mén)開(kāi)啟時(shí)工作扭矩小,并起到一定的管道清淤作用。對(duì)夾式止回閥布置在海水泵出口,其后設(shè)置一個(gè)切斷閥,為了避免兩對(duì)夾閥門(mén)的閥瓣出現(xiàn)碰撞和干涉,兩個(gè)閥門(mén)之間需設(shè)置一直管段,直管段長(zhǎng)度(1.5～2.0)DN。如果采用水平布置的全襯膠蝶式對(duì)夾止回閥時(shí),閥桿需要垂直安裝,可以延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命。如果采用單瓣對(duì)夾止回閥或者單瓣雙向鋼對(duì)夾止回閥時(shí),閥門(mén)安裝方向應(yīng)有利于重力關(guān)閉方向。6閥門(mén)材料選擇海水淡化項(xiàng)目閥門(mén)選擇時(shí),需要對(duì)閥門(mén)的過(guò)流介質(zhì)、腐蝕因素、材料選擇、結(jié)構(gòu)和安裝等多方面進(jìn)行分析,