简述海水淡化用蝶阀的结构设计及材料选用

hbzhan内容导读：我国的海水淡化技术经过40多年的发展,特别是“九五”以来,其关键性主流技术取得了重大的突破。目前,已进入产业化推广阶段,海水淡化市场也步入了快速发展时期。蝶阀是海水淡化装置的重要配套产品,在海水淡化过程中应结合不同的系统工艺,选用阀门的结构和材质,以适应海水淡化行业产业化的工艺流程和特殊要求。

1、概述

我国的海水淡化技术经过40多年的发展,特别是“九五”以来,其关键性主流技术取得了重大的突破。目前,已进入产业化推广阶段,海水淡化市场也步入了快速发展时期。蝶阀是海水淡化装置的重要配套产品,在海水淡化过程中应结合不同的系统工艺,选用阀门的结构和材质,以适应海水淡化行业产业化的工艺流程和特殊要求。

2、海水淡化的主要工艺

海水淡化(又称海水脱盐)是分离海水中盐和水的过程。从海水中取出水,或除去海水中的盐,都可以达到淡化目的。海水淡化的方法,基本上也分为这两大类。

①反渗透法(Reverseosmosis,RO)

在压力驱动下,海水中的淡水通过半透膜进入膜的低压侧,而海水中的其他组分(如盐)被阻挡在膜的高压侧并随浓缩海水排出,从而达到有效的分离。海水淡化时,在海水一侧施加大于海水渗透压的外压,则海水中的纯水将反向渗透至淡水中,此即反渗透海水淡化原理(图1)。为了取得必要的淡化速率,实际操作压力大于5.5MPa。

海水淡化(又称海水脱盐)是分离海水中盐和水的过程。从海水中取出水,或除去海水中的盐,都可以达到淡化目的。海水淡化的方法,基本上也分为这两大类。

其中得到大规模商业应用的是反渗透法、电渗析法和蒸馏法。

①反渗透法(Reverseosmosis,RO)

在压力驱动下,海水中的淡水通过半透膜进入膜的低压侧,而海水中的其他组分(如盐)被阻挡在膜的高压侧并随浓缩海水排出,从而达到有效的分离。海水淡化时,在海水一侧施加大于海水渗透压的外压,则海水中的纯水将反向渗透至淡水中,此即反渗透海水淡化原理。为了取得必要的淡化速率,实际操作压力大于5.5MPa。

②电渗析法(Electrodialysis,ED)

在直流电场的作用下,离子透过选择性离子交换膜而迁移,从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析。

③蒸馏法

蒸馏法的海水淡化原理简单,即将海水加热,待水蒸汽冷凝后得到淡水。蒸馏法依据所用能源、设备及流程的不同,分为多级闪蒸(Multi-stageflashdistillation,MSF)、低温多效(Multipleeffectdistillation,MED)和蒸汽压缩蒸馏(Vaporcom-pression,VC)等。其中,低温多效在70℃以下进行操作,远低于多级闪蒸110℃左右的蒸汽温度,有效地避免了无机盐的结垢,是目前为适用的蒸发技术之一。同时,它可利用各种形式的低位热源,如与火电厂或核电厂结合,利用蒸汽轮机的背压0.02～0.04MPa(压力)抽气造水,减少发电损失,提高发电机组的效率。

3、MED淡化工艺中海水蝶阀的结构设计

蝶阀的结构设计和密封形式是由海水的腐蚀特点和MED工艺参数决定的。海水的温度一般在30℃左右,含盐量约为3%,悬浮物含量为100～150mg/L,海水经过处理后(悬浮物约为20mg/L)进入淡化装置。MED装置的操作温度在70℃以下。在MED装置中,主系统的设备及阀门处于负压状态。因此,该部分阀门必须是真空设计的(图1)。

阀杆具有三重O形圈密封。经过填料函的真空试验和密封真空试验完全达到了阻止大气漏入的设计要求。海水蝶阀的阀体处于胶套的完全包裹中,不会有海水渗入。阀杆也被胶套和O形圈包裹阻止了海水渗入,保证阀杆不被腐蚀和防止大气侵入管道。阀杆与蝶板采用方榫结构的连接形式。

4、蝶板材质选用

(1)球墨铸铁 尼龙11涂层

粉末状尼龙11的熔点为186℃。为保证涂层的稳定性及良好的粘和性,将其用在蝶板涂层时的使用温度不宜超过100℃,这个温度也接近胶套的极限工作温度。尼龙11涂层的蝶板与胶套之间的摩擦系数较小,因此开关时的力矩也小。尼龙11涂层经过了多年的验证,适用于氯离子含量在0.03%(Wt)以下的海水工况蝶板的涂层。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。聚合物粉末只需喷涂几次就能达到理想的涂层厚度,每次喷涂高厚度可达250μm。在Halar粉末喷涂过程中不需要加入溶济或稀释剂,使用安全,降低成本。还可避免使用有机溶剂可能带来的中毒和爆炸的危险。

Halar粉末涂层不需要接缝。Halar粉末涂层使用的烘烤温度在260～290℃之间。通常,Halar粉末涂层应用于不锈钢和碳素钢表面,在其他金属、玻璃、碳或陶瓷表面也已得到应用。

Halar涂层从低温至150℃使用温度范围内,具有良好的耐化学性能和绝缘性能。工业上常用的化学试剂几乎都不能对Halar产生影响。它能够抵抗的化学品包括强无机酸和有机酸、强碱、金属刻蚀剂、液氧,除苯胺和二甲胺以外的所有有机溶剂。此外,与其他含氟聚合物一样,Halar会被金属钠和钾破坏。然而,Halar对氢氧化钠和氢氧化钾具有很强的抵抗作用。

Halar是一种抗冲击的韧性材料。它紧密的内部结构使其成为耐磨性和防渗透性能好的含氟聚合物之一。Halar涂层蝶板的涂层厚度可达600μm以上,涂层抗压可达到2.0MPa,还可抗海水中颗粒杂质的冲刷。Halar涂层蝶板是高性价比的耐海水腐蚀材料,其价格优于316L。氯离子含量在0.04%(Wt)以下的海水工况,可以采用此涂层的蝶板。