海水淡化工藝閥門選擇

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之前介紹在線調節減壓閥，現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。

海水淡化是解決淡水資源短缺的重要途徑。本文詳細介紹了目前商業用的海水淡化工藝：低溫多效蒸餾、多級閃蒸、反滲透，分析了其工藝原理、工藝特點、發展趨勢以及我國海水淡化產業發展現狀。

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室中進行，蒸發室的個數稱為效數，典型的LT-MED淡化廠的效數一般有7效以上。如圖1所示，每個蒸發室內安裝有一系列蒸發管束，蒸發管束具有優良的傳熱性能和一定的機械強度。

海水淡化

三效低溫多效蒸餾海水淡化工藝原理圖

系統中,往*效蒸發管中通入來自外部熱源的蒸汽；海水從蒸餾系統的右邊進入，被后一效中生成的蒸汽預熱后一部分作為蒸餾系統的補充水。

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

沿蒸汽傳輸方向，效室內的壓力和溫度逐漸下降，這樣，蒸發、冷凝在各效就會重復進行，只有在*效蒸發管中冷凝的淡水回流至蒸汽發生器，其余各效即成為產品水。

技術特點

LT-MED通過控制蒸發室內的壓力，實現了海水在較低溫度（<70℃）條件下的蒸發和冷凝循環,大大減弱了設備的結垢和腐蝕問題，運行壽命長、維護量少，而且使得應用廉價傳熱材料的可能性大大增加。

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

根據系統規模、蒸發室個數以及蒸發管的傳熱效率的不同，造水比（生產淡水和消耗蒸汽的質量比）為8~15，其運行負荷可以是設計負荷的40%~110%而保持造水比不變，這種操作彈性是一個重要優勢，如果因某種原因蒸汽量減少或者增大，對LT-MED的運行影響并不大。但由于LT-MED的操作溫度超過70℃，這也成為該工藝技術進一步提高熱效率的制約因素。02多級閃蒸工藝（MSF）

多級閃蒸工藝（MSF）的原理是將海水在一系列壓力逐漸減低的閃蒸室內進行閃蒸，閃蒸室的個數稱為級數，超大型的MSF淡化廠可達50級。

海水淡化

多級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閃蒸室內生成的逐漸升溫的蒸汽預熱，后到達鹽水加熱器。鹽水加熱器的加熱蒸汽來自火力發電廠，海水在加熱器內被加熱到高溫度（90~115℃）后送入*級閃蒸室。

閃蒸室內的壓力低于海水所對應的飽和蒸汽壓，即海水被送入閃蒸室的溫度高于在閃蒸室內壓力條件下的沸點溫度，因此海水迅速沸騰，一直到溫度降到沸點，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，后在頂部的進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，流入到下一個壓力較低的閃蒸室繼續閃蒸的過程，這樣重復蒸發和冷凝的過程持續生成淡化水。

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

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。與本產品相關論文：自力式氧氣減壓閥安裝使用