海水淡化工艺阀门选择

                               海水淡化工艺阀门选择

                                上海申弘阀门有限公司

之前介绍在线调节减压阀，现在介绍海水淡化工艺阀门选择大型海水淡化工程用阀门的选择

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。

海水淡化是解决淡水资源短缺的重要途径。本文详细介绍了目前商业用的海水淡化工艺：低温多效蒸馏、多级闪蒸、反渗透，分析了其工艺原理、工艺特点、发展趋势以及我国海水淡化产业发展现状。

海水淡化工艺阀门选择海水淡化

01 低温多效蒸馏工艺（LT-MED）

低温多效蒸馏工艺（LT-MED）在一系列压力递减的蒸发室中进行，蒸发室的个数称为效数，典型的LT-MED淡化厂的效数一般有7效以上。如图1所示，每个蒸发室内安装有一系列蒸发管束，蒸发管束具有优良的传热性能和一定的机械强度。

海水淡化

三效低温多效蒸馏海水淡化工艺原理图

系统中,往*效蒸发管中通入来自外部热源的蒸汽；海水从蒸馏系统的右边进入，被后一效中生成的蒸汽预热后一部分作为蒸馏系统的补充水。

进入系统的海水从每一效的顶部喷洒到内部的蒸发管束上，在重力的作用下沿蒸发管的表面从上而下流动并不断从蒸发管表面吸收热量而部分蒸发生成蒸汽，同时蒸发管内部的蒸汽放热冷凝生成淡水被收集。在系统上一效中生成的二次蒸汽经除雾器去除盐类物质后进入到下一效的蒸发管中，直接作为下一效蒸发管的加热蒸汽。

沿蒸汽传输方向，效室内的压力和温度逐渐下降，这样，蒸发、冷凝在各效就会重复进行，只有在*效蒸发管中冷凝的淡水回流至蒸汽发生器，其余各效即成为产品水。

技术特点

LT-MED通过控制蒸发室内的压力，实现了海水在较低温度（<70℃）条件下的蒸发和冷凝循环,大大减弱了设备的结垢和腐蚀问题，运行寿命长、维护量少，而且使得应用廉价传热材料的可能性大大增加。

由于LT-MED的冷凝过程*发生在蒸发管内部，系统受海水水质的影响非常小。在较低的温度条件下，海水中的杂质几乎不发生相变，产品水的TDS可达5mg/L以下。LT-MED主要利用低压蒸汽或者是发电厂的余热，这也使得其能够利用多种低位热能而具备节能的特色。

根据系统规模、蒸发室个数以及蒸发管的传热效率的不同，造水比（生产淡水和消耗蒸汽的质量比）为8~15，其运行负荷可以是设计负荷的40%~110%而保持造水比不变，这种操作弹性是一个重要优势，如果因某种原因蒸汽量减少或者增大，对LT-MED的运行影响并不大。但由于LT-MED的操作温度超过70℃，这也成为该工艺技术进一步提高热效率的制约因素。02多级闪蒸工艺（MSF）

多级闪蒸工艺（MSF）的原理是将海水在一系列压力逐渐减低的闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸室的个数称为级数，超大型的MSF淡化厂可达50级。

海水淡化

多级闪蒸海水淡化工艺原理图

如图2所示，海水首先通过闪蒸室顶部的冷凝管束，在冷凝管束中被各级闪蒸室内生成的逐渐升温的蒸汽预热，后到达盐水加热器。盐水加热器的加热蒸汽来自火力发电厂，海水在加热器内被加热到高温度（90~115℃）后送入*级闪蒸室。

闪蒸室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压，即海水被送入闪蒸室的温度高于在闪蒸室内压力条件下的沸点温度，因此海水迅速沸腾，一直到温度降到沸点，一部分海水汽化，生成的蒸汽通过除雾器去除溶解的盐类物质，后在顶部的进水冷凝管束表面冷凝后生成淡水被收集。没有汽化的海水温度降低，流入到下一个压力较低的闪蒸室继续闪蒸的过程，这样重复蒸发和冷凝的过程持续生成淡化水。

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

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀在海水淡化工程中，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。 表1 工

      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） 。  表2 不锈钢材料选择 

           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。与本产品相关论文：自力式氧气减压阀安装使用