海水淡化工藝閥門選擇

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之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥，現(xiàn)在介紹海水淡化工藝閥門選擇大型海水淡化工程用閥門的選擇

1 概述

近年來，隨著國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。

海水淡化是解決淡水資源短缺的重要途徑。本文詳細(xì)介紹了目前商業(yè)用的海水淡化工藝：低溫多效蒸餾、多級(jí)閃蒸、反滲透，分析了其工藝原理、工藝特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)以及我國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。

海水淡化工藝閥門選擇海水淡化

01 低溫多效蒸餾工藝（LT-MED）

低溫多效蒸餾工藝（LT-MED）在一系列壓力遞減的蒸發(fā)室中進(jìn)行，蒸發(fā)室的個(gè)數(shù)稱為效數(shù)，典型的LT-MED淡化廠的效數(shù)一般有7效以上。如圖1所示，每個(gè)蒸發(fā)室內(nèi)安裝有一系列蒸發(fā)管束，蒸發(fā)管束具有優(yōu)良的傳熱性能和一定的機(jī)械強(qiáng)度。

海水淡化

三效低溫多效蒸餾海水淡化工藝原理圖

系統(tǒng)中,往*效蒸發(fā)管中通入來自外部熱源的蒸汽；海水從蒸餾系統(tǒng)的右邊進(jìn)入，被后一效中生成的蒸汽預(yù)熱后一部分作為蒸餾系統(tǒng)的補(bǔ)充水。

進(jìn)入系統(tǒng)的海水從每一效的頂部噴灑到內(nèi)部的蒸發(fā)管束上，在重力的作用下沿蒸發(fā)管的表面從上而下流動(dòng)并不斷從蒸發(fā)管表面吸收熱量而部分蒸發(fā)生成蒸汽，同時(shí)蒸發(fā)管內(nèi)部的蒸汽放熱冷凝生成淡水被收集。在系統(tǒng)上一效中生成的二次蒸汽經(jīng)除霧器去除鹽類物質(zhì)后進(jìn)入到下一效的蒸發(fā)管中，直接作為下一效蒸發(fā)管的加熱蒸汽。

沿蒸汽傳輸方向，效室內(nèi)的壓力和溫度逐漸下降，這樣，蒸發(fā)、冷凝在各效就會(huì)重復(fù)進(jìn)行，只有在*效蒸發(fā)管中冷凝的淡水回流至蒸汽發(fā)生器，其余各效即成為產(chǎn)品水。

技術(shù)特點(diǎn)

LT-MED通過控制蒸發(fā)室內(nèi)的壓力，實(shí)現(xiàn)了海水在較低溫度（<70℃）條件下的蒸發(fā)和冷凝循環(huán),大大減弱了設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕問題，運(yùn)行壽命長、維護(hù)量少，而且使得應(yīng)用廉價(jià)傳熱材料的可能性大大增加。

由于LT-MED的冷凝過程*發(fā)生在蒸發(fā)管內(nèi)部，系統(tǒng)受海水水質(zhì)的影響非常小。在較低的溫度條件下，海水中的雜質(zhì)幾乎不發(fā)生相變，產(chǎn)品水的TDS可達(dá)5mg/L以下。LT-MED主要利用低壓蒸汽或者是發(fā)電廠的余熱，這也使得其能夠利用多種低位熱能而具備節(jié)能的特色。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模、蒸發(fā)室個(gè)數(shù)以及蒸發(fā)管的傳熱效率的不同，造水比（生產(chǎn)淡水和消耗蒸汽的質(zhì)量比）為8~15，其運(yùn)行負(fù)荷可以是設(shè)計(jì)負(fù)荷的40%~110%而保持造水比不變，這種操作彈性是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，如果因某種原因蒸汽量減少或者增大，對(duì)LT-MED的運(yùn)行影響并不大。但由于LT-MED的操作溫度超過70℃，這也成為該工藝技術(shù)進(jìn)一步提高熱效率的制約因素。02多級(jí)閃蒸工藝（MSF）

多級(jí)閃蒸工藝（MSF）的原理是將海水在一系列壓力逐漸減低的閃蒸室內(nèi)進(jìn)行閃蒸，閃蒸室的個(gè)數(shù)稱為級(jí)數(shù)，超大型的MSF淡化廠可達(dá)50級(jí)。

海水淡化

多級(jí)閃蒸海水淡化工藝原理圖

如圖2所示，海水首先通過閃蒸室頂部的冷凝管束，在冷凝管束中被各級(jí)閃蒸室內(nèi)生成的逐漸升溫的蒸汽預(yù)熱，后到達(dá)鹽水加熱器。鹽水加熱器的加熱蒸汽來自火力發(fā)電廠，海水在加熱器內(nèi)被加熱到高溫度（90~115℃）后送入*級(jí)閃蒸室。

閃蒸室內(nèi)的壓力低于海水所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓，即海水被送入閃蒸室的溫度高于在閃蒸室內(nèi)壓力條件下的沸點(diǎn)溫度，因此海水迅速沸騰，一直到溫度降到沸點(diǎn)，一部分海水汽化，生成的蒸汽通過除霧器去除溶解的鹽類物質(zhì)，后在頂部的進(jìn)水冷凝管束表面冷凝后生成淡水被收集。沒有汽化的海水溫度降低，流入到下一個(gè)壓力較低的閃蒸室繼續(xù)閃蒸的過程，這樣重復(fù)蒸發(fā)和冷凝的過程持續(xù)生成淡化水。

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

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥在海水淡化工程中，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

      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，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(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，能防止菌類生長和增長，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(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。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：自力式氧氣減壓閥安裝使用