閥門在海水淡化工藝中的應用研究

尹濤 鄧丁華 欒國濤

隨著我國城鎮化、工業化水平的不斷提高，淡水資源日益緊缺，這已成為制約我國城鎮化發展的瓶頸，海水淡化以成為沿海城市解決此類問題的重要選擇。閥門在海水淡化廠中被廣泛應用，作為各工藝過程中的重要控制部件，其選型和應用尤為重要，本文以青島一家10萬噸海水淡化廠為案例，深入剖析各類閥門在海水淡化工藝過程中的選型依據及應用過程，并對出現的問題提出對應解決方案。

閥門;超濾;反滲透;安全泄壓

因海水侵蝕性強，且海水淡化工藝一般要求不間斷穩定運行，所以耐腐蝕成為主要考慮的問題，在海水淡化中使用的閥門主要有不銹鋼（分為316L和奧氏體不銹鋼）和球墨鑄鐵襯防腐涂層。此外，適合藥劑管道上使用的PVC、PE、PVDF材質的閥門也都涉及，但總量不大。

在海水淡化中較為常用的是蝶閥、閘閥、旋塞閥、球閥、隔膜閥等。

蝶閥的優點如下：

（1）啟閉方便迅速、省力、流體阻力小。

蝶閥的缺點：

該廠在取水工藝段設計選用的閥門多為法蘭式蝶閥，建設初期，臨時使用暗桿楔式閘閥，DN800閥門自帶的泄壓旁路。主要存在的問題是開關吃力，需要先把旁路打開，再開主閥，這樣開關時間較長（需要4人操作30分鐘以上），后改造使用閥門井內安裝法蘭蝶閥并增加渦輪傳動機構的方式，現在啟閉閥門只要2人20分鐘以內。

該工藝段中大量使用蝶閥，控制閥使用氣動控制。蝶閥在使用過程中存在關閉不嚴問題，每組UF閥大約使用12個蝶閥，起切斷作用的重要閥門有4個，分別是進水閥、出水閥、反洗進水閥、排水閥，此類閥門關閉不嚴，就會導致流量損失和壓力異常波動，給高度自動化運行的海水淡化工藝造成很大麻煩，嚴重會使該膜組停機，直接導致終端產水量下降。該廠解決的方式很簡單，重要閥門有2～3套的備件余量。另外，該工藝段蝶閥還存在氣缸開關時間過長，導致信號報錯，解決辦法是有多種，如閥門氣缸做調整：調整氣缸的限位螺栓使閥門開關區間小于90，或在氣路上增加節氣閥，實現開關速度的控制。

夾式蝶閥閥板襯膠維修是日常的修補流程是：（1）先把破損位置及周邊襯膠翹起處磨去，務必干凈、徹底。（2）把Thortex TX-43膠按比例混合（圖1），一般膠和固化劑的體積比是3：1。均勻涂抹到破損面上，若溫度過低（<10°C），可以輔助加熱，用熱風槍對需修補部件進行預熱后再涂抹膠。經修補后，多次檢查未再出現破損。經修補過的閥門閥板成本遠低于采購一套新閥門，且使用年限并未縮短多少。

該工藝段中使用三偏心蝶閥。閥桿軸心同時偏離碟片中心及本體中心，且密封副為斜椎的蝶閥稱為三偏心蝶閥（圖2）。閥門在逐漸開啟時，密封副之間能夠徹底分離，不僅強化了凸輪效應，還徹底消除了摩擦;當閥門隨著密封副逐步閉合，發生楔塊效應，憑最小扭矩力完成最嚴實的關閉。

該廠三偏心蝶閥在使用過程中出現過如下問題：（1）蝶閥因雜物進入破壞密封副（卡在閥門中間，使閥門損壞）;（2）蝶閥閥板多層密封圈固定螺栓發生銹蝕，導致蝶閥內漏;（3）蝶閥執行機構齒輪磨損，致啟閉閥門吃力。解決方式主要有以下措施：（1）開機前確定沖洗效果，進行多次清水沖刷。（2）定期檢查閥板多層密封圈固定螺栓（1次/年）;（3）定期更換齒輪箱內潤滑油（1次/2年）。

該工藝段使用的蝶閥在管徑較大（>DN600）時使用相對于其它閥門有如下優勢：（1）蝶閥體積小，重量輕，與同口徑閘閥比較，體積和重量在1：3左右;（2）同口徑蝶閥和閘閥的啟閉時間比是1：5，勞動量比是1：4，這對管網的操作、維護管理十分有利。使用二級齒輪傳動機構能降低閥門的啟閉扭矩，節省人力。

該廠的閘閥多用于供水工藝段埋地管道中，且閥門口徑較小（<DN500），該廠供水管道中埋地部分選用暗桿鍥式閘閥，閥板采用碳素鋼襯橡膠。常見的故障是絲桿脫扣，閥體與閥板抱死。針型閘閥用于反滲透工藝段中的中壓管道中。該廠的中壓管道取壓、取樣、排氣采用針型閘閥。連接方式有焊接、絲扣連接、卡套連接等。主要是為控制儀表輸送壓力、取樣海水等，也用于中壓管道的排氣。

旋塞閥的特點有：調節流量;流體阻力小;結構簡單，便于維修;密封性能好;不受安裝方向的限制。該淡化廠選用的旋塞閥閥體使用超級雙相鋼材質（SS2750），采用聚四氟乙烯（PTFE）襯套作密封件。

旋塞閥檢修重點在于襯套的安裝。因襯套與閥芯配合過緊間隙，在安裝過程中如遇到取不出或裝不上的情況，不要強行裝配，會導致襯套損壞。另外，該廠在使用電動旋塞閥過程中出現過閥芯與密封件配合過緊。后來把閥芯取下后，使用細砂紙對閥芯進行打磨拋光處理，或調節閥門頂部壓緊螺栓。

球閥在海水淡化中主要用于排氣和加藥管道。

聚氯乙烯（PVC）球閥是常用的耐弱酸堿閥門，使用雙由令法蘭連接的聚氯乙烯（PVC）球閥，安裝簡單、維修方便。尤其在氫氧化鈉管道中使用穩定可靠。但因其安裝所需要的空間較大，材質較脆，承壓能力不足，使其使用范圍受限。

該廠使用聚偏氟乙烯（PVDF）球閥做為硫酸切斷閥。球閥采用聚四氟乙烯做密封環，采用成熟的雙由令法蘭連接結構。

隔膜閥（圖5）在海水淡化中的應用較少，多采用耐酸堿的聚氯乙烯（PVC）或聚丙烯（PP）材質。它在調節各種化學藥劑流量時廣泛應用。在該廠就使用隔膜閥做為調節后處理（礦化處理）加藥調節閥。調節幅度與流量成正比，對流量較大的管道中通過藥劑調整細微參

耐酸堿背壓閥在海水淡化工藝中作為保護閥門使用廣泛，主要用在加藥環節。為了使藥劑能夠以穩定的流量進入海水主管線中，盡量減小壓力的波動對藥劑流量產生的影響，使用一種穩壓裝置變得必要。穩壓裝置有多種形式，比如安裝回流管道;安裝阻尼器;增加安裝背壓、安全閥等。該廠使用較為穩妥的設計，即在加藥口和回流口各安裝一套可調節的背壓閥（材質依據藥劑而定），在運行時可以通過調節背壓閥的大小來調節輸送藥劑的管道中的壓力，提高了藥劑投加的穩定性。

在海水淡化各工藝流程中，安全泄壓一直是管道安全中首先要考慮的問題。

該廠采用增加聯鎖高壓旁路的方式，消除正負水錘效應及保護管道。通用的做法是設置倒U型管，并在最高點安裝破真空閥，這樣能夠在負水錘產生的時候通過破真空閥進入的空氣使水自然流出，消除虹吸現象產生的負水錘對膜組產生的影響。

根據該廠幾年來的運行狀態來看，對于工藝流程中使用的閥門，最重要的是對材質的選擇和苛刻條件下閥門的承載能力。在運行過程中也探索出一些節約成本的維修閥門方法，費用高的雙相鋼閥門，重點研究閥門的易損件、易蝕件的更換，這樣有助于降低部分海水淡化單耗和不必要的停機時間。

閥門的修復在海水淡化設備運行數年后，制定全局性的閥門檢修計劃和應對措施是必要的，并且對于特殊位置重要閥門要定期預防維修（比如拆開檢查閥芯或修補不重要的缺限），該類維護有可能發現其存在較大的安全隱患，從而為下一步工作爭時間，防止停機事故。

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YIN Tao， DENG Ding-hua， LUAN Guo-tao

With the continuous improvement of the level of urbanization and industrialization in China， the shortage of fresh water resources is becoming increasingly scarce. This has become a bottleneck restricting the development of urbanization in China. Desalination of seawater has become an important choice for coastal cities to solve such problems. Valves are widely used in seawater desalination plants. As an important control component in each process， their selection and application are particularly important. This article takes a 100，000-ton desalination plant in Qingdao as an example to deeply analyze various valves in the seawater desalination process The selection basis and application process in the process， and put forward corresponding solutions to the problems.

Valve;Ultra filtration;Reverse osmosis;Pipeline safety