阀门在海水淡化工艺中的应用研究

尹涛 邓丁华 栾国涛

随着我国城镇化、工业化水平的不斷提高，淡水资源日益紧缺，这已成为制约我国城镇化发展的瓶颈，海水淡化以成为沿海城市解决此类问题的重要选择。阀门在海水淡化厂中被广泛应用，作为各工艺过程中的重要控制部件，其选型和应用尤为重要，本文以青岛一家10万吨海水淡化厂为案例，深入剖析各类阀门在海水淡化工艺过程中的选型依据及应用过程，并对出现的问题提出对应解决方案。

阀门;超滤;反渗透;安全泄压

因海水侵蚀性强，且海水淡化工艺一般要求不间断稳定运行，所以耐腐蚀成为主要考虑的问题，在海水淡化中使用的阀门主要有不锈钢（分为316L和奥氏体不锈钢）和球墨铸铁衬防腐涂层。此外，适合药剂管道上使用的PVC、PE、PVDF材质的阀门也都涉及，但总量不大。

在海水淡化中较为常用的是蝶阀、闸阀、旋塞阀、球阀、隔膜阀等。

蝶阀的优点如下：

（1）启闭方便迅速、省力、流体阻力小。

蝶阀的缺点：

该厂在取水工艺段设计选用的阀门多为法兰式蝶阀，建设初期，临时使用暗杆楔式闸阀，DN800阀门自带的泄压旁路。主要存在的问题是开关吃力，需要先把旁路打开，再开主阀，这样开关时间较长（需要4人操作30分钟以上），后改造使用阀门井内安装法兰蝶阀并增加涡轮传动机构的方式，现在启闭阀门只要2人20分钟以内。

该工艺段中大量使用蝶阀，控制阀使用气动控制。蝶阀在使用过程中存在关闭不严问题，每组UF阀大约使用12个蝶阀，起切断作用的重要阀门有4个，分别是进水阀、出水阀、反洗进水阀、排水阀，此类阀门关闭不严，就会导致流量损失和压力异常波动，给高度自动化运行的海水淡化工艺造成很大麻烦，严重会使该膜组停机，直接导致终端产水量下降。该厂解决的方式很简单，重要阀门有2～3套的备件余量。另外，该工艺段蝶阀还存在气缸开关时间过长，导致信号报错，解决办法是有多种，如阀门气缸做调整：调整气缸的限位螺栓使阀门开关区间小于90，或在气路上增加节气阀，实现开关速度的控制。

夹式蝶阀阀板衬胶维修是日常的修补流程是：（1）先把破损位置及周边衬胶翘起处磨去，务必干净、彻底。（2）把Thortex TX-43胶按比例混合（图1），一般胶和固化剂的体积比是3：1。均匀涂抹到破损面上，若温度过低（<10°C），可以辅助加热，用热风枪对需修补部件进行预热后再涂抹胶。经修补后，多次检查未再出现破损。经修补过的阀门阀板成本远低于采购一套新阀门，且使用年限并未缩短多少。

该工艺段中使用三偏心蝶阀。阀杆轴心同时偏离碟片中心及本体中心，且密封副为斜椎的蝶阀称为三偏心蝶阀（图2）。阀门在逐渐开启时，密封副之间能够彻底分离，不仅强化了凸轮效应，还彻底消除了摩擦;当阀门随着密封副逐步闭合，发生楔块效应，凭最小扭矩力完成最严实的关闭。

该厂三偏心蝶阀在使用过程中出现过如下问题：（1）蝶阀因杂物进入破坏密封副（卡在阀门中间，使阀门损坏）;（2）蝶阀阀板多层密封圈固定螺栓发生锈蚀，导致蝶阀内漏;（3）蝶阀执行机构齿轮磨损，致启闭阀门吃力。解决方式主要有以下措施：（1）开机前确定冲洗效果，进行多次清水冲刷。（2）定期检查阀板多层密封圈固定螺栓（1次/年）;（3）定期更换齿轮箱内润滑油（1次/2年）。

该工艺段使用的蝶阀在管径较大（>DN600）时使用相对于其它阀门有如下优势：（1）蝶阀体积小，重量轻，与同口径闸阀比较，体积和重量在1：3左右;（2）同口径蝶阀和闸阀的启闭时间比是1：5，劳动量比是1：4，这对管网的操作、维护管理十分有利。使用二级齿轮传动机构能降低阀门的启闭扭矩，节省人力。

该厂的闸阀多用于供水工艺段埋地管道中，且阀门口径较小（<DN500），该厂供水管道中埋地部分选用暗杆锲式闸阀，阀板采用碳素钢衬橡胶。常见的故障是丝杆脱扣，阀体与阀板抱死。针型闸阀用于反渗透工艺段中的中压管道中。该厂的中压管道取压、取样、排气采用针型闸阀。连接方式有焊接、丝扣连接、卡套连接等。主要是为控制仪表输送压力、取样海水等，也用于中压管道的排气。

旋塞阀的特点有：调节流量;流体阻力小;结构简单，便于维修;密封性能好;不受安装方向的限制。该淡化厂选用的旋塞阀阀体使用超级双相钢材质（SS2750），采用聚四氟乙烯（PTFE）衬套作密封件。

旋塞阀检修重点在于衬套的安装。因衬套与阀芯配合过紧间隙，在安装过程中如遇到取不出或装不上的情况，不要强行装配，会导致衬套损坏。另外，该厂在使用电动旋塞阀过程中出现过阀芯与密封件配合过紧。后来把阀芯取下后，使用细砂纸对阀芯进行打磨抛光处理，或调节阀门顶部压紧螺栓。

球阀在海水淡化中主要用于排气和加药管道。

聚氯乙烯（PVC）球阀是常用的耐弱酸碱阀门，使用双由令法兰连接的聚氯乙烯（PVC）球阀，安装简单、维修方便。尤其在氢氧化钠管道中使用稳定可靠。但因其安装所需要的空间较大，材质较脆，承压能力不足，使其使用范围受限。

该厂使用聚偏氟乙烯（PVDF）球阀做为硫酸切断阀。球阀采用聚四氟乙烯做密封环，采用成熟的双由令法兰连接结构。

隔膜阀（图5）在海水淡化中的应用较少，多采用耐酸碱的聚氯乙烯（PVC）或聚丙烯（PP）材质。它在调节各种化学药剂流量时广泛应用。在该厂就使用隔膜阀做为调节后处理（矿化处理）加药调节阀。调节幅度与流量成正比，对流量较大的管道中通过药剂调整细微参

耐酸碱背压阀在海水淡化工艺中作为保护阀门使用广泛，主要用在加药环节。为了使药剂能够以稳定的流量进入海水主管线中，尽量减小压力的波动对药剂流量产生的影响，使用一种稳压装置变得必要。稳压装置有多种形式，比如安装回流管道;安装阻尼器;增加安装背压、安全阀等。该厂使用较为稳妥的设计，即在加药口和回流口各安装一套可调节的背压阀（材质依据药剂而定），在运行时可以通过调节背压阀的大小来调节输送药剂的管道中的压力，提高了药剂投加的稳定性。

在海水淡化各工艺流程中，安全泄压一直是管道安全中首先要考虑的问题。

该厂采用增加联锁高压旁路的方式，消除正负水锤效应及保护管道。通用的做法是设置倒U型管，并在最高点安装破真空阀，这样能够在负水锤产生的时候通过破真空阀进入的空气使水自然流出，消除虹吸现象产生的负水锤对膜组产生的影响。

根据该厂几年来的运行状态来看，对于工艺流程中使用的阀门，最重要的是对材质的选择和苛刻条件下阀门的承载能力。在运行过程中也探索出一些节约成本的维修阀门方法，费用高的双相钢阀门，重点研究阀门的易损件、易蚀件的更换，这样有助于降低部分海水淡化单耗和不必要的停机时间。

阀门的修复在海水淡化设备运行数年后，制定全局性的阀门检修计划和应对措施是必要的，并且对于特殊位置重要阀门要定期预防维修（比如拆开检查阀芯或修补不重要的缺限），该类维护有可能发现其存在较大的安全隐患，从而为下一步工作争时间，防止停机事故。

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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