海水淡化用蝶閥的結構設計及材料選用

1、海水淡化用蝶閥概述

  中國的海水淡化技術經過40多年的發展，目前已進入產業化推廣階段，海水淡化市場也步入了快速發展時期。蝶閥是海水淡化裝置的重要配套產品，在海水淡化過程中應結合不同的系統工藝，選用海水淡化用蝶閥的結構和材質，以適應海水淡化行業產業化的工藝流程和特殊要求。

2、海水淡化的主要工藝

  海水淡化(又稱海水脫鹽)是分離海水中鹽和水的過程。從海水中取出水，或除去海水中的鹽，都可以達到淡化目的。海水淡化的方法，基本上也分為這兩大類。

  ①反滲透法(Reverseosmosis，RO)

  在壓力驅動下，海水中的淡水通過半透膜進入膜的低壓側，而海水中的其他組分(如鹽)被阻擋在膜的高壓側并隨濃縮海水排出，從而達到有效的分離。海水淡化時，在海水一側施加大于海水滲透壓的外壓，則海水中的純水將反向滲透至淡水中，此即反滲透海水淡化原理(圖1)。為了取得必要的淡化速率，實際操作壓力大于5.5MPa。

  海水淡化(又稱海水脫鹽)是分離海水中鹽和水的過程。從海水中取出水，或除去海水中的鹽，都可以達到淡化目的。海水淡化的方法，基本上也分為這兩大類。

  其中得到大規模商業應用的是反滲透法、電滲析法和蒸餾法。

  ①反滲透法(Reverseosmosis，RO)

  在壓力驅動下，海水中的淡水通過半透膜進入膜的低壓側，而海水中的其他組分(如鹽)被阻擋在膜的高壓側并隨濃縮海水排出，從而達到有效的分離。海水淡化時，在海水一側施加大于海水滲透壓的外壓，則海水中的純水將反向滲透至淡水中，此即反滲透海水淡化原理。為了取得必要的淡化速率，實際操作壓力大于5.5MPa。

  ②電滲析法(Electrodialysis，ED)

  在直流電場的作用下，離子透過選擇性離子交換膜而遷移，從而使電解質離子自溶液中部分分離出來的過程稱為電滲析。

  ③蒸餾法

  蒸餾法的海水淡化原理簡單，即將海水加熱，待水蒸汽冷凝后得到淡水。蒸餾法依據所用能源、設備及流程的不同，分為多級閃蒸(Multi-stageflashdistillation，MSF)、低溫多效(Multipleeffectdistillation，MED)和蒸汽壓縮蒸餾(Vaporcom-pression，VC)等。其中，低溫多效在70℃以下進行操作，遠低于多級閃蒸110℃左右的蒸汽溫度，有效地避免了無機鹽的結垢，是目前最為適用的蒸發技術之一。同時，它可利用各種形式的低位熱源，如與火電廠或核電廠結合，利用蒸汽輪機的背壓0.02～0.04MPa(絕對壓力)抽氣造水，減少發電損失，提高發電機組的效率。

3、MED淡化工藝中海水蝶閥的結構設計

  蝶閥的結構設計和密封形式是由海水的腐蝕特點和MED工藝參數決定的。海水的溫度一般在30℃左右，含鹽量約為3%，懸浮物含量為100～150mg/L，海水經過處理后(懸浮物約為20mg/L)進入淡化裝置。MED裝置的操作溫度在70℃以下。在MED裝置中，主系統的設備及閥門處于負壓狀態。因此，該部分閥門必須是真空設計的。

   閥桿具有三重O形圈密封。經過填料函的真空試驗和密封真空試驗完全達到了阻止大氣漏入的設計要求。海水蝶閥的閥體處于膠套的完全包裹中，不會有海水滲入。閥桿也被膠套和O形圈包裹阻止了海水滲入，保證閥桿不被腐蝕和防止大氣侵入管道。閥桿與蝶板采用方榫結構的連接形式。

4、蝶板材質選用

  (1)球墨鑄鐵+尼龍11涂層

  粉末狀尼龍11的熔點為186℃。為保證涂層的穩定性及良好的粘和性，將其用在蝶板涂層時的使用溫度不宜超過100℃，這個溫度也接近膠套的極限工作溫度。尼龍11涂層的蝶板與膠套之間的摩擦系數較小，因此開關時的力矩也小。尼龍11涂層經過了多年的驗證，適用于氯離子含量在0.03%(Wt)以下的海水工況蝶板的涂層。

  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。聚合物粉末只需噴涂幾次就能達到理想的涂層厚度，每次噴涂最高厚度可達250μm。在Halar粉末噴涂過程中不需要加入溶濟或稀釋劑，使用安全，降低成本。還可避免使用有機溶劑可能帶來的中毒和爆炸的危險。

  粉末涂層不需要接縫。Halar粉末涂層使用的烘烤溫度在260～290℃之間。通常，Halar粉末涂層應用于不銹鋼和碳素鋼表面，在其他金屬、玻璃、碳或陶瓷表面也已得到應用。

  涂層從低溫至150℃使用溫度范圍內，具有良好的耐化學性能和絕緣性能。工業上常用的化學試劑幾乎都不能對Halar產生影響。它能夠抵抗的化學品包括強無機酸和有機酸、強堿、金屬刻蝕劑、液氧，除苯胺和二甲胺以外的所有有機溶劑。此外，與其他含氟聚合物一樣，Halar會被金屬鈉和鉀破壞。然而，Halar對氫氧化鈉和氫氧化鉀具有很強的抵抗作用。

  Halar是一種抗沖擊的韌性材料。它緊密的內部結構使其成為耐磨性和防滲透性能最好的含氟聚合物之一。Halar涂層蝶板的涂層厚度可達600μm以上，涂層抗壓可達到2.0MPa，還可抗海水中顆粒雜質的沖刷。Halar涂層蝶板是最高性價比的耐海水腐蝕材料，其價格優于316L。氯離子含量在0.04%(Wt)以下的海水工況，可以采用此涂層的蝶板。

戴富林