大型海水淡化工程用閥門類型的選擇
合理選擇大型海水淡化工程用閥門的類型,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。
1、切斷閥
大型海水淡化中工藝管徑一般為DN300 ~1 600,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。
(1) 低壓蝶閥
低壓蝶閥 圖1) 可以采用中線無銷釘襯膠蝶閥。當蝶閥≤DN500 時,采用對夾式連接。當蝶閥≥DN550 時,采用法蘭連接。當蝶閥口徑≤6 in.(DN150) ,開啟力小于400N,采用手柄操作。當蝶閥口徑≥8 in. (DN200) ,采用齒輪箱操作。由于低壓閥門的背壓低,采用中線結構不會增加太多扭矩,這種結構有兩次密封。主密封是蝶板和閥座采用預緊力獲得,第二密封是閥桿和閥座孔的過盈配合獲得。由于閥桿和介質完全隔離,不滲入海水,故閥桿可采用2Cr13 或等同材料制作。閥體采用球墨鑄鐵襯EPDM,增加密封性能。由于閥體不與介質接觸,降低了閥體材料性能要求(表3) 。
(2) 高壓蝶閥
選擇高壓蝶閥(圖2) 材料時,除考慮海水的腐蝕因素外,還需要考慮材料的耐壓性能,工作壓力為69 bar,最高壓力≥85 bar( 反滲透高壓泵的關閉壓力) 時,由于背壓高,為了減少扭矩,高壓蝶閥采用雙偏心結構。當蝶閥公稱尺寸≤DN500,采用對夾式連接。當蝶閥公稱尺寸≥DN550,采用法蘭式連接。壓力等級Cl 600,閥體和蝶板材料為雙相鋼ASTM A995 GR. 4A,由于閥桿暴露在介質中,閥桿采用材料為ASTM A276 UNS31803,閥座材料為RPTFE。雙偏心結構增加了局部阻力系數,蝶板和閥桿固定需要銷釘,銷釘的防腐要求和其他過流部件相同。
1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿 4.執行機構
圖1 低壓蝶閥
表3 低壓中線蝶閥主要零件材料
注: 介質中含有磨損性顆粒時,閥瓣材料宜采用ASTM A995GR. 4A 或以上材料。
2、止回閥
止回閥通常安裝在海水泵出口,用以阻止海水倒流和水錘對設備的損壞。目前海水淡化項目中使用的止回閥有緩閉蝶式止回閥、全襯膠蝶式對夾止回閥、單瓣對夾止回閥和單瓣雙相鋼對夾止回閥等。
(1) 緩閉蝶式止回閥
緩閉蝶式止回閥(H48X - 10Q,圖3) 的主體材料為球墨鑄鐵,機械或液壓緩閉抗水錘能力較好,適合低壓使用,真空技術網(http://smsksx.com/)調研后發現目前在廢水處理、化工廠和市政等工程得到很大應用,在海水淡化工程的產品水工段應用。
(2) 全襯膠蝶式對夾止回閥
全襯膠蝶式對夾止回閥( H77X - 10Q,圖4) 是對緩閉蝶式止回閥HH48X - 10Q 在防腐方面的改進,閥體和閥桿采用全襯膠方式,閥瓣可采用雙相不銹鋼或鎳鋁青銅。此類閥門設置在低壓海水泵的出口處,適合大口徑管路上安裝,閥門公稱直徑范圍為DN200 ~ 1 200。設計時需要注意該閥門對安裝空間的要求,閥門安裝不當會引起閥瓣和彈簧對閥桿長期作用,破壞閥體和閥桿接觸處密封,滲入介質,造成閥體腐蝕,縮短閥門使用壽命。
1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿 4.執行機構
圖2 雙偏心高性能蝶閥
1.閥體 2.閥瓣 3.儲油缸 4.微調閥
圖3 緩閉蝶式止回閥
1.閥體 2.閥瓣 3 閥桿
圖4 全襯膠蝶式對夾止回閥H77X - 10Q
(3) 單瓣對夾止回閥
單瓣對夾止回閥( H74H,圖5) 結構簡單,安裝空間小,可在低壓或高壓工況下使用。閥門整體采用雙相不銹鋼,抗海水的腐蝕性能好,質量輕,可水平和垂直安裝,使用方便。在海水淡化裝置中,一般選用≤DN250 的單瓣對夾止回閥。當閥門公稱尺寸> DN250 時,水擊作用明顯,動作噪音大。大口徑單瓣對夾止回閥在氣路配管中廣泛應用。閥門為非全通徑,閥瓣開度最大45°,阻力系數增加,流通能力下降。
1.閥體 2.閥瓣 3.閥桿
圖5 單瓣對夾止回閥
(4) 單瓣雙相鋼對夾止回閥
單瓣雙相鋼對夾止回閥( 圖6) 安裝空間小,采用INCONEL 彈簧配合閥瓣重力快關,流量或壓力低于一定值,自動關閉抗水擊,密封面采用EPDM密封圈,減少水錘作用。流線形閥瓣局部阻力系數低,閥門開度增大。單瓣雙相鋼對夾止回閥安裝在海水淡化的反滲透高壓泵出口,是高壓、抗擊水錘、耐腐蝕和止回的解決方案。
圖6 單瓣雙相鋼對夾止回閥