大型海水淡化工程用閥門(mén)的選擇_孫秋里_機(jī)械/儀表_工程科技_專(zhuān)業(yè)資料。2013 年第 1 期 5855 （ 2013 ） 01 0019 04 文章編號(hào)： 1002 - 閥 門(mén) — 19 — 大型海水淡化工程用閥門(mén)的選擇 1 2 孫秋里 ， 王國(guó)英 ， 王 1

　　2013 年第 1 期 5855 （ 2013 ） 01 0019 04 文章編號(hào)： 1002 - 閥 門(mén) — 19 — 大型海水淡化工程用閥門(mén)的選擇 1 2 孫秋里 ， 王國(guó)英 ， 王 1 純 ， 楊 波 1 （ 1. 杭州水處理研究開(kāi)發(fā)中心， 浙江 杭州 310000 ； 2. 浙江美陽(yáng)國(guó)際工程設(shè)計(jì)有限， 浙江 杭州 310015 ） 介紹了海水淡化工程中工藝介質(zhì) 、 腐蝕因素和工況條件等的特殊性， 論述了海水淡化工 程閥門(mén)常用材料及大口徑蝶閥和止回閥的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 、 安裝方式和選用原則。 摘要 關(guān)鍵詞 閥門(mén)； 海水淡化； 工程設(shè)計(jì)； 材料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 中圖分類(lèi)號(hào)： TH134 Valve Selection in Seawater Desalination Engineering Design SUN Qiuli1 ， WANG Guoying 2 ， WANG Chun1 ， YANG Bo 1 （ 1. Hangzhou Development Center of Water Treatment Technology Co． ， Ltd， Hangzhou 310000 ， China； 2. Zhejiang M eiyang International Engineering Design Co． ， Hangzhou 310015 ， China） Abstract： Seaw ater desalination is an effect w ay to resolve w ater resource crisis． At present， lots of desalination projects are under construction both in domestic and overseas． This article analyzes the valve selection in seaw ater desalination project from process media， corrosion factor， valve material， structure type and installation requirement parts， etc． Key words： vavle； seaw ater desalination； engineering design； materials 概述 近年來(lái)， 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(wèn)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(guò)程中工藝閥門(mén)的選擇 。ectfe噴涂 2 工藝介質(zhì) 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 1 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 閥門(mén)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。 表1 物料參數(shù) TDS （ mg / L ） Cl － （ mg / L ） Na + （ mg / L ） Ca2 + （ mg / L ） Mg 2 + （ mg / L ） K + （ mg / L ） SO 4 2 － （ mg / L ） HCO 3 － （ mg / L ） boron（ mg / L ） pH 值 設(shè)計(jì)壓力（ bar） 粘度（ cP） 設(shè)計(jì)溫度（ ? ） 工藝介質(zhì)組成及設(shè)計(jì)參數(shù) 取水、 前處理、 超濾 33 000 18 300 11 000 1 300 2 600 150 5 8． 2 10 /70 1． 800 1 32 反滲透濃液 63 000 34 000 19 000 750 2 300 700 5 000 260 8． 5 8 10 /70 1． 900 1 32 產(chǎn)品水 200 55． 30 35 21 1 2 3 60 0． 5 7． 5 ≤10 1． 700 1 32 3． 1 鎳鋁青銅 鎳鋁青銅 （ Al8 Ni2 Cu ） 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 與不銹鋼相 污損等性能。在含 3% NaCl 的海水中， 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 作者簡(jiǎn)介： 孫秋里（ 1978 － ） ， 工程師， 從事醫(yī)藥、 石化、 環(huán)保等行業(yè)的工程設(shè)計(jì)工作。 — 20 — 閥 門(mén) 2013 年第 1 期 對(duì)海水流速敏感， 超過(guò)臨界流速時(shí)， 腐蝕速度急劇增 鑄造的合格率偏低， 加。鎳鋁青銅鑄造工藝不穩(wěn)定， 〔1 〕 作為閥門(mén)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(guò)流部 。 316L 是含鉬奧氏體不銹鋼， 具有更好的抗一般 件 腐蝕、 點(diǎn)腐蝕和裂隙腐蝕性。316L 在含氯化物 ＜ 2 表2 材料牌號(hào) 304 316L ASTM A995 － 4A ASTM A995 － 5A 18 16 22 25 Cr 20 18 23 8 10 4． 5 7 主要成分 / Wt % Ni Mo 10． 5 14 6． 5 － ? 10 － 3 的亞海水環(huán)境下， 具有耐點(diǎn)腐蝕和耐裂隙腐 －2 海水濃縮 蝕性。海水的氯離子含量約 1． 83 ? 10 ， －2 液的氯離子濃度 3． 4 ? 10 ， 操作壓力約為 7M Pa。 －2 2 ? 10 ， 氯離子濃度小于 時(shí) 可選用 ASTM A995 － 4A 雙相不銹鋼。氯離子濃度小于 4 ? 10 － 2 的工況， 可選用 ASTM A995 － 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 ） 。 不銹鋼材料選擇 N 0． 1 0． 1 0． 14 0． 28 PRE 19． 6 24． 2 34． 1 42． 0 使用范圍 Cl － ＜ 1 ? 10 － 4 產(chǎn)品水， Cl － ＜ 2 ? 10 － 3 亞海水， Cl － ＜ 2 ? 10 － 2 海水， Cl － ＜ 4 ? 10 － 2 海水， 2． 0 － 3． 0 3． 0 3． 8 3． 3 球墨鑄鐵 4． 1 切斷閥 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 ） 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(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 大型 海 水 淡 化 中 工 藝 管 徑 一 般 為 DN300 1 600 ， 超出一般球閥和截止閥的使用范圍。 蝶閥與 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易防腐， 相同口徑閘閥（ Z41H） 相比， 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 蝶閥可分為低壓蝶閥和高壓蝶閥 。 等級(jí)， （ 1 ） 低壓蝶閥 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 ≤ 6 in． 〔4 〕 （ DN150 ） ， 開(kāi)啟力小于 N ， 采用手柄操作。 當(dāng) 的環(huán)境中使用 〔3 〕 。 （ 2 ） 球墨鑄鐵襯 Nylon 11 Nylon 11 是熱塑性和植物類(lèi)涂層， 能防止菌類(lèi) 通過(guò) 10 年鹽水沉浸測(cè)試， 底層金屬?zèng)] 生長(zhǎng)和增長(zhǎng)， 。 有腐蝕跡象 為保證涂層的穩(wěn)定性及良好的粘和 Nylon 11 用在蝶板涂層時(shí)其使用溫度不宜超過(guò) 性， 100? 。Nylon 11 涂層蝶板與膠套之間的摩擦系數(shù) 低，ectfe噴涂 能抵抗紫外線。與采用雙相鋼閥瓣相比， 球墨鑄 鐵涂 Nylon 11 閥 瓣 的 成 本 降 低 80% 以 上。 Nylon 11 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 閥門(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 。 采用齒輪箱操作。 由于 蝶閥口徑≥8 in． （ DN200 ） ， 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 2Cr13 。 或等同材料制作 閥體采用球墨 閥桿可采用 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 ） 高壓蝶閥 選擇高壓蝶閥 （ 圖 2 ） 材料時(shí)， 除考慮海水的腐 還需要考慮材料的耐壓性能， 工作壓力為 蝕因素外， 69 bar， 壓力 ≥85 bar （ 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 采用對(duì)夾 雙偏心結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)y公稱(chēng)尺寸 ≤ DN500 ， 式連接。當(dāng)?shù)y公稱(chēng)尺寸 ≥ DN550 ， 采用法蘭式連 閥體和蝶板材料為雙相鋼 接。壓力等 級(jí) Cl 600 ， 2013 年第 1 期 閥 門(mén) DN200 — 21 — ASTM A995 GR． 4A ， 由于閥桿暴露在介質(zhì)中， 閥桿 采 用 材 料 為 ASTM A276 UNS31803 ， 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。 1 200 。 設(shè)計(jì)時(shí)需要注意該閥門(mén)對(duì)安裝空 閥門(mén)安裝不當(dāng)會(huì)引起閥瓣和彈簧對(duì)閥桿 間的要求， 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 1． 閥體 2． 閥瓣 3． 閥桿 4． 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖1 表3 部件名稱(chēng) 閥體 閥座 蝶板 閥桿 手柄 齒輪箱 低壓蝶閥 材料 球墨鑄鐵外表面聚脂涂層 EPDM 低壓中線． 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖2 雙偏心高性能蝶閥 鎳鋁青銅， 球墨鑄鐵襯 Nylon 11 （ Halar） 2Cr13 或等同材料 鑄鐵， 外表面聚脂涂層 外表面聚脂涂層 鑄鐵， 注： 介質(zhì)中 含 有 磨 損 性 顆 粒 時(shí)， 閥 瓣 材 料 宜 采 用 ASTM A995 GR． 4A 或以上材料。 4． 2 止回閥 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。halar噴涂目前海水淡化項(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 ） 緩閉蝶式止回閥 圖 3 ） 的主體材 緩閉蝶式止回閥 （ H48X － 10Q ， 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 ） 全襯膠蝶式對(duì)夾止回閥 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 閥體和閥桿采用全襯膠方式， 閥瓣可采用雙相不 進(jìn)， 。 銹鋼或鎳鋁青銅 此類(lèi)閥門(mén)設(shè)置在低壓海水泵的出 適合大口徑管路上安裝， 閥門(mén)公稱(chēng)直徑范圍為 口處， 1． 閥體 2． 閥瓣 3． 儲(chǔ)油缸 4． 微調(diào)閥 圖3 緩閉蝶式止回閥 1． 閥體 2． 閥瓣 3． 閥桿 圖4 全襯膠蝶式對(duì)夾止回閥 H77X － 10Q （ 3 ） 單瓣對(duì)夾止回閥 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 DN250 。 選用≤ 的單瓣對(duì)夾止回閥 當(dāng)閥門(mén)公稱(chēng)尺 — 22 — 閥 門(mén) 腐蝕。 5． 2 大型閥門(mén) 2013 年第 1 期 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 45? ， 阻力系數(shù)增加， 流通 。 能力下降 1． 閥體 2． 閥瓣 3． 閥桿 圖5 單瓣對(duì)夾止回閥 （ 4 ） 單瓣雙相鋼對(duì)夾止回閥 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，halar噴涂 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 是高壓、 抗擊水錘、 海水淡化的反滲透高壓泵出口， 耐腐蝕和止回的解決方案。 圖6 單瓣雙相鋼對(duì)夾止回閥 5 閥門(mén)安裝 5． 1 一般要求 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。halar噴涂當(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 1 500mm 之間， 適宜 的高度為 1 200mm ， 不需要經(jīng)常操作的閥門(mén)安裝高 〔5 〕 度可達(dá) 1 500 1 800mm 。 閥門(mén)應(yīng)與加藥口保持 適當(dāng)?shù)木嚯x，ectfe噴涂 避免局部藥劑性能太強(qiáng)引起嚴(yán)重的點(diǎn) 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 并考慮拆下閥門(mén)時(shí)不應(yīng)影響管道的 拆卸的短管上， 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 結(jié)語(yǔ) 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 然后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較和選用。 （ 1 ） 閥門(mén)選擇材料時(shí)， 需要從分析工況中過(guò)流 找出主要的因素， 針對(duì)介質(zhì)特點(diǎn)和工藝要 介質(zhì)入手， 求選擇合理的材料。 （ 2 ） 閥 門(mén) 選 擇 結(jié) 構(gòu) 時(shí)， 需 要 對(duì) 閥 門(mén) 的 耗 材、 空 間、 能耗和造價(jià)等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比 ， 選擇出低 低能耗和低噪音產(chǎn)品。 耗材、 （ 3 ） 為了避免閥門(mén)安裝不當(dāng)而造成使用壽命縮 短及影響系統(tǒng)運(yùn)行， 工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合閥門(mén)安裝要 求， 確保設(shè)備在合理的狀態(tài)下運(yùn)行， 并適合管道或設(shè) 備承受閥門(mén)的荷載。 參 考 文 獻(xiàn) 〔1 〕 林小東． 船舶用材料 － 鎳鋁青銅性能的研究 〔J 〕 ． 技術(shù)與咨詢(xún)， 2003 （ 03 ） ． 〔2 〕 張清雙， 〔M 〕 ． 北京： 化 尹玉杰， 等． 閥門(mén)和驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)手冊(cè) 2010． 學(xué)工業(yè)出版社， 〔3 〕 戴富林， 〔J 〕 ．閥 戴健． 海水淡化用蝶閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選用 2009 （ 04 ） ． 門(mén)， 〔4 〕 GB 51316 － 2000 ， 〔S 〕 ． 工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范 〔5 〕 SEPD 0201 － 2001 ， 〔S 〕 ． 閥門(mén)配管設(shè)計(jì)規(guī)定 （ 收稿日期： 2012. 07. 26 ）
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