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
    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。
表1 工藝介質組成及設計參數

    3.1 鎳鋁青銅
    鎳鋁青銅（Al8Ni2Cu） 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氯化物的水環境下，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，Nylon 11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粒或經常開關動作場合，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，超出一般球閥和截止閥的使用范圍。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。