上海申弘阀门有限公司
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阀门在大型海水淡化系统应用
上海申弘阀门有限公司
近年来，随着国民生活水平提高和工业发展，淡水耗量逐年增加，为了解决用水问题，许多大型海水淡化工程正在国内紧张的进行建设。本文从介质、材料、防腐处理、结构和安装要求等方面入手，分析海水淡化项目工程上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀,气动截止阀,电动蝶阀,气动蝶阀,电动球阀,气动球阀,电动闸阀,气动闸阀,电动调节阀,气动调节阀，减压阀。水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。大型反渗透海水淡化系统特别适合于海岛、沿海城市和地区以饮用水为目的的淡化过程，它可以将反渗透海水淡化消耗的电力保持在4KWh/m3以下。反渗透是一种压力驱动的分离技术，由于淡化过程中没有相变，具有显著的节能特征。
大型反渗透海水淡化系统
我国的人均淡水资源量仅为世界平均值的1/4，属于贫水国家，其中沿海城市和岛屿地区缺水更为突出。解决缺水的方法除了传统意义上的调水和蓄水工程、节水以及污水回用之外，海水淡化技术受到越来越多的重视。
海水因含盐量高、硬度高，对水处理设备腐蚀性大，而且水温季节性变化大,使得常规的反渗透海水淡化系统比常规的苦咸水脱盐系统要复杂得多，工程投资和能耗也高得多。通过*工艺设计，合理的组件配置降低工程投资和能耗，降低制水成本，并确保系统稳定运行，为您提供的海水淡化解决方案。
大型反渗透海水淡化系统
海水淡化主要技术内容
海水从取水头部取出后，根据不同的海水水质进行相应的预处理过程，其目的是使海水在进入反渗透膜之前达到SDI<3等控制指标，以确保反渗透膜的使用寿命。经过预处理的合格海水用高压泵加压送入反渗透膜组堆，透过反渗透膜的水经收集后再经过适当的预处理送入管网系统供用户使用，未能透过反渗透膜的高压浓盐水进入能量回收装置以回收其能量，经过能量回收装置的浓盐水排回大海。
由于反渗透膜在国外已经是十分成熟的产品，因此反渗透海水淡化系统的技术关键在于合理的设计预处理系统、选用合适的高压泵和能量回收装置、设计完善的控制系统进行监测和控制、选用科学的材料和防腐措施以防止管路和系统的腐蚀。另外，对于开放式取水，除了保证系统的污染指数外，还必须采取科学的杀菌灭藻措施以防止微生物对系统的侵害。
大型反渗透海水淡化系统
反渗透法海水淡化技术特点
1、投资少：投资额为其他工艺的1/2-2/3。
2、占地省：约为其他工艺的1/2-2/3。
3、能耗低：比其他工艺低20%以上。
4、对海水适应性强，设备机动性强。
大型反渗透海水淡化系统
反渗透海水淡化技术经济指标
1、脱盐率99.5%。
2、水回收率35%-40%。
3、吨水耗电3-4度。
4、吨水运行成本3-4元。
1 概述
近年来，随着国民生活水平提高和工业发展，淡水耗量逐年增加，为了解决用水问题，许多大型海水淡化工程正在国内紧张的进行建设。本文从介质、材料、防腐处理、结构和安装要求等方面入手，分析海水淡化项目工程设计过程中工艺阀门的选择。
2 工艺介质
海水淡化过程中，需要特别注意氯化物对设备的腐蚀。另外，海水温度对腐蚀速率影响很大，温度越高，腐蚀越快。而固体污染物会损害材料保护膜，引起冲刷腐蚀。各类化学污染物也会提高腐蚀概率。配料添加剂可能是一种人为的海域化学品污染物，但是从腐蚀角度看，适量则不会引起任何问题。如次氯酸钠有时用来抑制藻类，但剂量太大会引起严重的点腐蚀。海水淡化有多种工艺，其中反渗透技术的主要工艺过程为海水取水→前处理→超滤→反渗透→产品水（ 副产反渗透浓液） ，各工艺过程主要介质的组成见表 1（ 取水地点不同海水成分有所差异） 。
3 阀门材料
在海水淡化工程中，阀门材料问题较多出现在过流部件上。目前，常用过流部件材料主要有镍铝青铜、不锈钢、双相不锈钢和金属涂层等。
3.1 镍铝青铜
镍铝青铜（Al8Ni2Cu） 具有优异的耐应力开裂腐蚀、耐疲劳腐蚀、耐空泡腐蚀、耐冲刷和抗海生物污损等性能。在含3%NaCl的海水中，与不锈钢相比，镍铝青铜合金具有优异的抗汽蚀破坏性。镍铝青铜在海水中的腐蚀为点蚀和缝隙腐蚀。镍铝青铜对海水流速敏感，超过临界流速时，腐蚀速度急剧增加。镍铝青铜铸造工艺不稳定，铸造的合格率偏低，作为阀门铸件时，需深入研究。
3.2 不锈钢
不锈钢的耐腐蚀性随材料化学成分不同而异。304不锈钢在含1×10-4 氯化物的水环境下，具有耐点腐蚀和耐裂隙腐蚀性，在海水中不能作为过流部件。316L是含钼奥氏体不锈钢，具有更好的抗一般腐蚀、点腐蚀和裂隙腐蚀性。316L在含氯化物＜2×10-3 的亚海水环境下，具有耐点腐蚀和耐裂隙腐蚀性。海水的氯离子含量约1.83×10-2 ，海水浓缩液的氯离子浓度3.4×10-2 ，操作压力约为7MPa。氯离子浓度小于2×10-2 时，可选用ASTMA995-4A双相不锈钢。氯离子浓度小于4×10-2 的工况，可选用ASTMA995-双相不锈钢。随着铬、钼和氮含量增加，可以提高不锈钢在氯化物或其他卤素离子环境下的耐点腐蚀和缝隙腐蚀性（表2） 。
3.3 球墨铸铁
为了降低工程造价，阀体采用球墨铸铁衬EP-DM，阀瓣采用球墨铸铁衬防腐涂层的处理办法。 （1） 球墨铸铁衬Halar
Halar是乙烯与三氟氯乙烯的交替共聚物，是半结晶和可熔融加工的含氟聚合物。对大多数的无机和有机化学品以及有机溶剂，有良好的抗腐蚀能力。Halar制成品的表面类似于玻璃，能阻止微生物的增长，在国外已允许用于食品和饮水领域。在高温下的耐氯和氯衍生物的性能突出。并具备突出的抗冲击性能和相当的机械坚韧性。Halar 涂层适合在氯离子浓度低于4×10-2 的环境中使用。
（2） 球墨铸铁衬Nylon11
Nylon11是热塑性和植物类涂层，能防止菌类生长和增长，通过10年盐水沉浸测试，底层金属没有腐蚀迹象。为保证涂层的稳定性及良好的粘和性，Nylon 11用在蝶板涂层时其使用温度不宜超过100℃ 。Nylon11涂层蝶板与胶套之间的摩擦系数低，能抵抗紫外线。与采用双相钢阀瓣相比，球墨铸铁涂Nylon11阀瓣的成本降低80%以上。Nylon11涂层适合在氯离子浓度低于3×10-2 的环境中使用。当流通介质中含磨损性颗粒或经常开关动作场合，不适合使用涂层。另外，在运输和安装过程中应防止涂层划伤和脱落。
4 阀门类型
合理选择阀门的类型，可以减少材料耗量，降低局部阻力和能耗，方便安装，减少维修。本文重点论述大口径切断阀和止回阀的选择。
4.1 切断阀
大型海水淡化中工艺管径一般为DN300～1600，超出一般球阀和截止阀的使用范围。蝶阀与相同口径闸阀（Z41H） 相比，具有结构简单，易防腐，安装长度短，消耗钢材少，阀门局部阻力系数相近的优点，选择蝶阀作为切断阀更经济实用。根据压力等级，蝶阀可分为低压蝶阀和高压蝶阀。
（1）低压蝶阀
低压蝶阀（图1） 可以采用中线无销钉衬胶蝶阀。当蝶阀≤DN500时，采用对夹式连接。当蝶阀≥DN550时，采用法兰连接。当蝶阀口径≤ 6in.（DN150） ，开启力小于400N，采用手柄操作。当蝶阀口径≥8in. （DN200） ，采用齿轮箱操作。由于低压阀门的背压低，采用中线结构不会增加太多扭矩，这种结构有两次密封。主密封是蝶板和阀座采用预紧力获得，第二密封是阀杆和阀座孔的过盈配合获得。由于阀杆和介质*隔离，不渗入海水，故阀杆可采用2Cr13或等同材料制作。阀体采用球墨铸铁衬EPDM，增加密封性能。由于阀体不与介质接触，降低了阀体材料性能要求（表3） 。 表3 低压中线蝶阀主要零件材料
(1) 低压蝶阀
低压蝶阀 图1) 可以采用中线无销钉衬胶蝶阀。当蝶阀≤DN500 时，采用对夹式连接。当蝶阀≥DN550 时，采用法兰连接。当蝶阀口径≤6 in.(DN150) ，开启力小于400N，采用手柄操作。当蝶阀口径≥8 in. (DN200) ，采用齿轮箱操作。由于低压阀门的背压低，采用中线结构不会增加太多扭矩，这种结构有两次密封。主密封是蝶板和阀座采用预紧力获得，第二密封是阀杆和阀座孔的过盈配合获得。由于阀杆和介质*隔离，不渗入海水，故阀杆可采用2Cr13 或等同材料制作。阀体采用球墨铸铁衬EPDM，增加密封性能。由于阀体不与介质接触，降低了阀体材料性能要求(表3) 。
(2) 高压蝶阀
选择高压蝶阀(图2) 材料时，除考虑海水的腐蚀因素外，还需要考虑材料的耐压性能，工作压力为69 bar，zui高压力≥85 bar( 反渗透高压泵的关闭压力) 时，由于背压高，为了减少扭矩，高压蝶阀采用双偏心结构。当蝶阀公称尺寸≤DN500，采用对夹式连接。当蝶阀公称尺寸≥DN550，采用法兰式连接。压力等级Cl 600，阀体和蝶板材料为双相钢ASTM A995 GR. 4A，由于阀杆暴露在介质中，阀杆采用材料为ASTM A276 UNS31803，阀座材料为RPTFE。双偏心结构增加了局部阻力系数，蝶板和阀杆固定需要销钉，销钉的防腐要求和其他过流部件相同。
低压蝶阀
1.阀体 2.阀瓣 3.阀杆 4.执行机构
图1 低压蝶阀
表3 低压中线蝶阀主要零件材料
低压中线蝶阀主要零件材料
注: 介质中含有磨损性颗粒时，阀瓣材料宜采用ASTM A995GR. 4A 或以上材料。
2、止回阀
止回阀通常安装在海水泵出口，用以阻止海水倒流和水锤对设备的损坏。目前海水淡化项目中使用的止回阀有缓闭蝶式止回阀、全衬胶蝶式对夹止回阀、单瓣对夹止回阀和单瓣双相钢对夹止回阀等。
(1) 缓闭蝶式止回阀
缓闭蝶式止回阀(H48X - 10Q，图3) 的主体材料为球墨铸铁，机械或液压缓闭抗水锤能力较好，适合低压使用，真空技术网(http://www.chvacuum。。ｃｏｍ/)调研后发现目前在废水处理、化工厂和市政等工程得到很大应用，在海水淡化工程的产品水工段应用。
(2) 全衬胶蝶式对夹止回阀
全衬胶蝶式对夹止回阀( H77X - 10Q，图4) 是对缓闭蝶式止回阀HH48X - 10Q 在防腐方面的改进，阀体和阀杆采用全衬胶方式，阀瓣可采用双相不锈钢或镍铝青铜。此类阀门设置在低压海水泵的出口处，适合大口径管路上安装，阀门公称直径范围为DN200 ～ 1 200。设计时需要注意该阀门对安装空间的要求，阀门安装不当会引起阀瓣和弹簧对阀杆长期作用，破坏阀体和阀杆接触处密封，渗入介质，造成阀体腐蚀，缩短阀门使用寿命。
双偏心高性能蝶阀
1.阀体 2.阀瓣 3.阀杆 4.执行机构
图2 双偏心高性能蝶阀
缓闭蝶式止回阀
1.阀体 2.阀瓣 3.储油缸 4.微调阀
图3 缓闭蝶式止回阀
全衬胶蝶式对夹止回阀
1.阀体 2.阀瓣 3 阀杆
图4 全衬胶蝶式对夹止回阀H77X - 10Q
(3) 单瓣对夹止回阀
单瓣对夹止回阀( H74H，图5) 结构简单，安装空间小，可在低压或高压工况下使用。阀门整体采用双相不锈钢，抗海水的腐蚀性能好，质量轻，可水平和垂直安装，使用方便。在海水淡化装置中，一般选用≤DN250 的单瓣对夹止回阀。当阀门公称尺寸> DN250 时，水击作用明显，动作噪音大。大口径单瓣对夹止回阀在气路配管中广泛应用。阀门为非全通径，阀瓣开度zui大45°，阻力系数增加，流通能力下降。
单瓣对夹止回阀
1.阀体 2.阀瓣 3.阀杆
图5 单瓣对夹止回阀
(4) 单瓣双相钢对夹止回阀
单瓣双相钢对夹止回阀( 图6) 安装空间小，采用INCONEL 弹簧配合阀瓣重力快关，流量或压力低于一定值，自动关闭抗水击，密封面采用EPDM密封圈，减少水锤作用。流线形阀瓣局部阻力系数低，阀门开度增大。单瓣双相钢对夹止回阀安装在海水淡化的反渗透高压泵出口，是高压、抗击水锤、耐腐蚀和止回的解决方案。
单瓣双相钢对夹止回阀
图6 单瓣双相钢对夹止回阀
大型反渗透海水淡化系统采用反渗透膜法淡化海水，首先是抽取海水进行预处理，降低海水浊度，滤除细菌、藻类等大颗粒污染物。海水经特种高压泵增压，进入反渗透膜。由于海水含盐量高，因此采用高脱盐率，耐腐蚀、耐高压、抗污染的海水淡化反渗透膜，经过反渗透膜处理后的海水，其含盐量大幅降低，TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。淡化后的水质优于自来水，可供工业、商业、居民及船舶、舰艇使用。大型海水淡化工程用阀门类型的选择上海申弘阀门有限公司*，与本文相关的论文有：矿山电动插板阀。
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