阀门在大型海水淡化工程用选择.docx

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阀门在大型海水淡化工程用选择

大型海水淡化工程用阀门的选择

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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

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。

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

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工艺介质组成及设计参数

3.1.镍铝青铜

镍铝青铜（Al

8

Ni

2

Cu）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ASTMA995-5A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，Nylon11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。

♂

（1）低压蝶阀

低压蝶阀（图1）可以采用中线无销钉衬胶蝶阀。

当蝶阀≤DN500时，采用对夹式连接。

当蝶阀≥DN550时，采用法兰连接。

当蝶阀口径≤6in.（DN150），开启力小于400N，采用手柄操作。

当蝶阀口径≥8in.（DN200），采用齿轮箱操作。

由于低压阀门的背压低，采用中线结构不会增加太多扭矩，这种结构有两次密封。

主密封是蝶板和阀座采用预紧力获得，第二密封是阀杆和阀座孔的过盈配合获得。

由于阀杆和介质完全隔离，不渗入海水，故阀杆可采用2Cr13或等同材料制作。

阀体采用球墨铸铁衬EPDM，增加密封性能。

由于阀体不与介质接触，降低了阀体材料性能要求（表3）。

表3低压中线蝶阀主要零件材料

（2）高压蝶阀

选择高压蝶阀（图2）材料时，除考虑海水的腐蚀因素外，还需要考虑材料的耐压性能，工作压力为69bar，最高压力≥85bar（反渗透高压泵的关闭压力）时，由于背压高，为了减少扭矩，高压蝶阀采用双偏心结构。

当蝶阀公称尺寸≤DN500，采用对夹式连接。

当蝶阀公称尺寸≥DN550，采用法兰式连接。

压力等级Cl600，阀体和蝶板材料为双相钢ASTMA995GR.4A，由于阀杆暴露在介质中，阀杆采用材料为ASTMA276UNS31803，阀座材料为RPTFE。

双偏心结构增加了局部阻力系数，蝶板和阀杆固定需要销钉，销钉的防腐要求和其他过流部件相同。

1.阀体2.阀瓣3.阀杆4.执行机构

图1低压蝶阀

4.2止回阀

止回阀通常安装在海水泵出口，用以阻止海水倒流和水锤对设备的损坏。

目前海水淡化项目中使用的止回阀有缓闭蝶式止回阀、全衬胶蝶式对夹止回阀、单瓣对夹止回阀和单瓣双相钢对夹止回阀等。

1.阀体2.阀瓣3.阀杆4.执行机构

图2双偏心高性能蝶阀

（1）缓闭蝶式止回阀

缓闭蝶式止回阀（H48X-10Q，图3）的主体材料为球墨铸铁，机械或液压缓闭抗水锤能力较好，适合低压使用，目前在废水处理、化工厂和市政等工程得到很大应用，在海水淡化工程的产品水工段应用。

1.阀体2.阀瓣3.储油缸4.微调阀

图3缓闭蝶式止回阀

（2）全衬胶蝶式对夹止回阀

全衬胶蝶式对夹止回阀（H77X－10Q，图4）是对缓闭蝶式止回阀HH48X-10Q在防腐方面的改进，阀体和阀杆采用全衬胶方式，阀瓣可采用双相不锈钢或镍铝青铜。

此类阀门设置在低压海水泵的出口处，适合大口径管路上安装，阀门公称直径范围为DN200～1200。

设计时需要注意该阀门对安装空间的要求，阀门安装不当会引起阀瓣和弹簧对阀杆长期作用，破坏阀体和阀杆接触处密封，渗入介质，造成阀体腐蚀，缩短阀门使用寿命。

图4全衬胶蝶式对夹止回阀H77X－10Q

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（3）单瓣对夹止回阀

单瓣对夹止回阀（H74H，图5）结构简单，安装空间小，可在低压或高压工况下使用。

阀门整体采用双相不锈钢，抗海水的腐蚀性能好，质量轻，可水平和垂直安装，使用方便。

在海水淡化装置中，一般选用≤DN250的单瓣对夹止回阀。

当阀门公称尺寸＞DN250时，水击作用明显，动作噪音大。

大口径单瓣对夹止回阀在气路配管中广泛应用。

阀门为非全通径，阀瓣开度最大45°，阻力系数增加，流通能力下降。

1.阀体2.阀瓣3.阀杆

图5单瓣对夹止回阀

（4）单瓣双相钢对夹止回阀

单瓣双相钢对夹止回阀（图6）安装空间小，采用INCONEL弹簧配合阀瓣重力快关，流量或压力低于一定值，自动关闭抗水击，密封面采用EPDM密封圈，减少水锤作用。

流线形阀瓣局部阻力系数低，阀门开度增大。

单瓣双相钢对夹止回阀安装在海水淡化的反渗透高压泵出口，是高压、抗击水锤、耐腐蚀和止回的解决方案。

图6单瓣双相钢对夹止回阀

5阀门安装

5.1一般要求

阀门应根据管道及仪表流程图（P＆ID）上所示类型及数量设置。

当系统对某些阀门的安装位置有具体要求时，应按工艺要求设置。

阀门的安装位置应集中布置在装置区一侧，并设置必要的操作平台或检修平台。

需要经常操作、维修和更换的阀门，应位于地面、平台或梯子容易接近处。

阀门手轮的中心距操作面的高度为750～1500mm之间，最适宜的高度为1200mm，不需要经常操作的阀门安装高度可达1500～1800mm。

阀门应与加药口保持适当的距离，避免局部药剂性能太强引起严重的点腐蚀。

5.2大型阀门

大型阀门的本体荷载大，配管宜水平布置，单独支撑，并考虑传动机构的操作检修空间，还应在阀门的一侧或两侧设置支架。

支架不应设在检修时需要拆卸的短管上，并考虑拆下阀门时不应影响管道的支承，支承应高出地面50～100mm。

执行机构较重时，需要为其设置单独支承。

蝶阀安装方式根据管道布置情况确定。

管道水平布置时，蝶阀阀杆尽可能水平布置，务必保持蝶阀的开启方向和介质流动方向一致，以防止介质中的浆体和污染物在阀轴和阀体的密封部位沉积。

阀门开启时工作扭矩小，并起到一定的管道清淤作用。

对夹式止回阀布置在海水泵出口，其后设置一个切断阀，为了避免两对夹阀门的阀瓣出现碰撞和干涉，两个阀门之间需设置一直管段，直管段长度（1.5～2.0）DN。

如果采用水平布置的全衬胶蝶式对夹止回阀时，阀杆需要垂直安装，可以延长阀门使用寿命。

如果采用单瓣对夹止回阀或者单瓣双向钢对夹止回阀时，阀门安装方向应有利于重力关闭方向。

6结语

海水淡化项目阀门选择时，需要对阀门的过流介质、腐蚀因素、材料选择、结构和安装等多方面进行分析，然后进行经济技术比较和选用。

（1）阀门选择材料时，需要从分析工况中过流介质入手，找出主要的因素，针对介质特点和工艺要求选择合理的材料。

（2）阀门选择结构时，需要对阀门的耗材、空间、能耗和造价等方面进行技术经济对比，选择出低耗材、低能耗和低噪音产品。

（3）为了避免阀门安装不当而造成使用寿命缩短及影响系统运行，工程设计时应符合阀门安装要求，确保设备在合理的状态下运行，并适合管道或设备承受阀门的荷载。



采购前阀门选型的步骤和依据：

在流体管道系统中，阀门是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。

由于管道系统选择最适合的阀门显得非常重要，所以，了解阀门的特性及选择阀门的步骤和依据也变得至关重要起来。

阀门行业到目前为止，已能生产种类齐全的闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、球阀、电动阀、隔膜阀、止回阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀和紧急切断阀等12大类、3000多个型号、4000多个规格的阀门产品；最高工作压力为600MPa，最大公称通径达5350mm，最高工作温度为1200℃，最低工作温度为-196℃，适用介质为水、蒸汽、油品、天然气、强腐蚀性介质（如浓硝酸、中浓度硫酸等）、易燃介质（如笨、乙烯等）、有毒介质（如硫化氢）、易爆介质及带放射性介质（金属钠、-回路纯水等）。

阀门承压件材质铸铜、铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁、铸钢、锻钢、高、低合金钢、不锈耐酸钢、哈氏合金、因科镍尔、蒙乃尔合金、双相不锈钢、钛合金等。

并且能够生产各种电动、气动、液动阀门驱动装置。

面对如此众多的阀门品种和如此复杂的各种工况，要选择管道系统最适合安装的阀门产品，我以为，首先应了解阀门的特性；其次应掌握选择阀门的步骤和依据；再者应遵循选择阀门的原则。

1．阀门的特性一般有两种，使用特性和结构特性。

使用特性：

它确定了阀门的主要使用性能和使用范围，属于阀门使用特性的有：

阀门的类别（闭路阀门、调节阀门、安全阀门等）；产品类型（闸阀、截止阀、蝶阀、球阀等）；阀门主要零件（阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、密封面）的材料；阀门传动方式等。

结构特性：

它确定了阀门的安装、维修、保养等方法的一些结构特性，属于结构特性的有：

阀门的结构长度和总体高度、与管道的连接形式（法兰连接、螺纹连接、夹箍连接、外螺纹连接、焊接端连接等）；密封面的形式（镶圈、螺纹圈、堆焊、喷焊、阀体本体）；阀杆结构形式（旋转杆、升降杆）等。

2．选择阀门的步骤和依据大体如下：

⑴选择步骤

1.明确阀门在设备或装置中的用途，确定阀门的工作条件：

适用介质、工作压力、工作温度等等。

2.确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式：

法兰、螺纹、焊接等。

3.确定操作阀门的方式：

手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液联动等。

4.根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的材料：

灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。

5.确定阀门的型式：

闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀、等。

6.确定阀门的参数：

对于自动阀门，根据不同需要先确定允许流阻、排放能力、背压等，再确定管道的公称通径和阀座孔的直径。

7.确定所选用阀门的几何参数：

结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后阀门高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。

8.利用现有的资料：

阀门产品目录、阀门产品样本等选择适当的阀门产品。

⑵选择阀门的依据在了解掌握选择阀门步骤的同时，还应进一步了解选择阀门的依据。

1.所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。

2.工作介质的性质：

工作压力、工作温度、腐蚀性能，是否含有固体颗粒，介质是否有毒，是否是易燃、易爆介质，介质的黏度等等。

3.对阀门流体特性的要求：

流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。

4.安装尺寸和外形尺寸要求：

公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外形尺寸或重量限制等。

⑤对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。

（在选定参数时应注意：

如果阀门要用于控制目的，必须确定如下额外参数：

操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的最大和最小进口压力。

）根据上述选择阀门的依据和步骤，合理、正确地选择阀门时还必须对各种类型阀门的内部结构进行详细了解，以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。

管道的最终控制是阀门。

阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式，阀门流道的形状使阀门具备一定的流量特性，在选择管道系统最适合安装的阀门时必须考虑到这一点。

如下为选择阀门应遵循的原则：

⑴截止和开放介质用的阀门流道为直通式的阀门，其流阻较小，通常选择作为截止和开放介质用的阀门。

向下闭合式阀门（截止阀、柱塞阀）由于其流道曲折，流阻比其他阀门高，故较少选用。

在允许有较高流阻的场合，可选用闭合式阀门。

⑵控制流量用的阀门通常选择易于调节流量的阀门作为控制流量用。

向下闭合式阀门（如截止阀）适于这一用途，因为它的阀座尺寸与关闭件的行程之间成正比关系。

旋转式阀门（旋塞阀、蝶阀、球阀）和挠曲阀体式阀门（夹紧阀、隔膜阀）也可用于节流控制，但通常只能在有限的阀门口径范围内适用。

闸阀是以圆盘形闸板对圆形阀座口做横切运动，它只有在接近关闭位置时，才能较好地控制流量，故通常不用于流量控制。

⑶换向分流用的阀门根据换向分流的需要，这种阀门可有三个或更多的通道。

旋塞阀和球阀较适用于这一目的，因此，大部分用于换向分流的阀门都选取这类阀门中的一种。

但是在有些情况下，其他类型的阀门，只要把两个或更多个阀门适当地相互连接起来，也可作换向分流用。

⑷带有悬浮颗粒的介质用阀门当介质中带有悬浮颗粒时，最适于采用其关闭件沿密封面的滑动带有擦拭作用的阀门。

如果关闭件对阀座的来回运动是竖直的，那末就可能夹持颗粒，因此这种阀门除非密封面材料可以允许嵌入颗粒，否则只适用于基本清洁的介质。

球阀和旋塞阀在启闭过程中对密封面均有擦拭作用，故适宜用在带有悬浮颗粒的介质中。

目前，无论在石油、化工，还是在别的行业的管道系统，阀门应用、操作频率和服务千变万化，要控制或杜绝那怕是低微的泄漏，最重要、最关键的设备还数阀门。

管道的最终控制是阀门，阀门在各个领域的服务和可靠表现是独一无二的。

采购后阀门检查及维修保养

阀门维修保养不及时，造成阀门失修渗漏或开关不灵;阀门未定期检修试压，甚至使用多年未进行清洗、试压和技术鉴定，致使杂物沉积于阀内，关闭不严，严重渗油、窜油;阀门检修后未关闭，或者拆除阀门后未封堵管口;阀门尘兰垫片使用了不耐油不耐压材料等。

因此，要加强对阀门的检查，力争做到防患于未然。

阀门检查的主要内容：

1、阀杆动密封及法兰垫片静密封处是否渗漏

2、启闭状态是否正常

3、阀体有无损伤及渗漏等异常现象4、将平时常开或常闭的阀门转动1～2圈或做1次升降试验

5、对常开或常闭阀门阀杆部位润滑

6、检查和调试气动阀门的动力头及电气系统