山东电力建设第三工程有限公司 山东青岛 266100
摘要：近年来，我国的淡水资源越来越少，海水的淡化工作也越来越受到重视。本文采用膜法海水反渗透系统的典型工艺流程，重点讨论了膜法海水淡化低压提升泵的设计应用，并探讨无低压提升泵的海水反渗透系统的运行要求，为系统设计提供参考。
关键词：海水淡化；反渗透；低压提升泵；PX能量回收装置
引言
在我国淡水资源日益紧缺的前提下，海水淡化具有非常广泛的应用前景。目前，实际应用过程中，由于海水含盐量高，对材料及设备的腐蚀性强，在设计及采购过程中，应重点考虑材料的抗压抗腐蚀性能。此外，膜法海水淡化需要很高的渗透压，膜单元是主要的能耗单元，必须使泵的选择位于其工作范围内的最佳工况点。结合水淡化工程设计及采购经验，本研究推荐了在不同工艺段金属材料及非金属材料的材料选择，并给出了泵选型中一些需要特别关注的要点。
1简述海水淡化反渗透膜法工艺
1953年人们研究出反渗透法，也被称为膜法。海水淡化反渗透膜法使用的膜为“半透膜”，其目的是海水能够顺利通过薄膜，而将盐分隔离出来。反渗透膜是使用特殊材料制作的薄膜，其半透性能良好。制作时经常使用的材料主要有两种，即螺旋卷式以及中空纤维。按照制作时使用的材料或是使用的工艺方法，可将其分为复合反渗透膜以及非对称反渗透膜。目前，发电厂使用的发渗透膜组件的使用年限一般在3年到5年。反渗透膜组件的质量和发挥的作用，与膜本身的性能存在直接关系，而将反渗透膜应用在海水淡化工作中，使用的关键在于高脱盐水平和良好的节能效果。在多年的研究中，海水淡化反渗透膜法的能量回收设备、泵以及膜等相关组件的使用性能在不断的更新中，组件使用过程中平均耗能已经大幅度降低。反渗透膜法的本体是由高压泵和反渗透组件组成，运行过程中能源消耗的应用方向主要在反渗透所需的压力上，为有效降低海水淡化操作的能源消耗，提高其经济性，一般会在排放浓盐水的管线上安装能量回收设备。
2膜法海水淡化低压提升泵的设计应用
2.1低压提升泵单元制设计
在海水反渗透启动过程中，首先启动低压提升泵进行海水反渗透单元的冲洗排气，然后启动循环泵，此时PX能量回收装置开始启动旋转。此阶段的水流几乎全部通过PX能量回收装置低压侧，此时低压提升泵流量不可超过能量回收装置的最大流量，直到启动高压泵时才可缓慢增加低压提升泵的流量，直至反渗透系统产水量达到要求。海水反渗透单元的停运过程与启动过程相反，先停运高压泵，然后停运循环泵和低压提升泵，为保证能量回收装置不过流，在高压泵降频过程中低压端给水流量也应相应降低，高压泵完全停运时，低压提升泵的流量不可超过能量回收装置的最大流量。为满足上述能量回收装置的运行要求，一般通过以下方式进行自动控制：（1）低压提升泵变频，其频率与能量回收装置低压侧流量连锁控制，保证低压侧流量稳定；该频率也可与低压侧进水压力连锁控制运行，其他条件不变时，进水压力稳定，进水流量就稳定。有工程经验表明，由于压力变送器比流量变送器更敏感，低压提升泵与进水端压力变送器连锁调节，系统的运行控制更平稳。（2）低压提升泵工频设置，能量回收装置低压侧出口设置自动调节阀，其与能量回收装置低压侧流量进行连锁运行，控制低压侧流量。单元制低压提升泵的海水反渗透系统操作较简单灵活，每列反渗透的启动、运行和停止对其他列反渗透没有影响，但低压提升泵不可互相备用或需增加复杂的连通管路和阀门实现备用，连续运行保障率较低。
2.2水泵的效率
膜法海水淡化项目的运行成本中，电能消耗可占到50%以上，而高压泵作为主要能耗设备，其电耗约占系统运行费用的35%。因此在系统设计以及水泵选型过程中，提高效率必需是重点考虑的内容。在海水淡化项目设备比选过程中，水泵的效率作为了一项重点性能进行了比较。前期设计选型阶段，即将主要水泵效率达到80%以上作为基本要求，海水反渗透系统高压泵最终选型的效率达到86.1%，部分水泵更是达到了90%以上。
2.3无低压提升泵的设计
当海水淡化预处理的末端产水母管可允许0.3~0.4MPa（工程经验）的背压提供海水反渗透低压侧进水需求时，可不再设置预处理产水箱和低压提升泵，如末端采用压力式细砂过滤器，此时细砂过滤器的合格产水汇集至母管后可直接进入海水反渗透系统的高压泵和能量回收装置。与常规设置相比，该设计具有明显优势：（1）节省投资。省却了预处理产水箱和低压提升泵，直接节省设备投资，占地和土建投资。（2）节约能耗。取消产水箱，只需根据海水反渗透进水侧的压力要求，提升细砂过滤器给水泵的压力，直接将细砂过滤器产水输送至海水反渗透系统。由于不进常压产水箱，细砂过滤器产水压力无损耗，同时也取消了海水反渗透低压提升泵，从而减少相应能耗。（3）杜绝水质二次污染。产水每经过中间过渡水箱，就增加一次二次污染的风险，特别是海水中的微生物藻类繁殖较快，如果前处理或维护不当，经常导致预处理产水箱滋生藻类，增加后续反渗透系统的运行负担。直接取消产水箱，杜绝了水箱可能造成的二次污染。尽管不设低压提升泵技术可行且优势明显，但对运行操作要求较高。笔者考察了沿海某电站的海水淡化项目，其按上述方式设计，同时在能量回收装置进口处设置1个稳压阀。此阀门的主要功能是阀前进水压力波动频繁时，保证出口压力稳定，从而进一步保证PX能量回收装置进水流量压力稳定。尽管如此，项目在初始调试运行过程中也出现一些问题：（1）反渗透系统频繁跳停。开始运行后，正常情况下当仅1列反渗透运行时，启动或停止反渗透均正常，但1列运行同时启动另一列反渗透系统时，会直接导致运行中的反渗透高压泵进水压力过低，从而使反渗透系统跳停；或2列反渗透运行，停运其中1列反渗透，也会导致运行中的另一套反渗透系统跳停。此外，在1台细砂过滤器反洗过程中，由于正洗排水量过大拉低出水母管压力，也会使反渗透运行跳停。（2）能量回收装置低压管开裂。能量回收装置的低压管路为UPVC材质，在运行过程中出现了UPVC管开裂现象。经过深入探究，认为出现上述问题的原因在于系统海水反渗透进水没有及时调节低压提升泵。常规系统中，设置的低压提升泵可直接供给海水反渗透系统低压侧运行压力，而此系统细砂过滤器的产水母管即为反渗透的低压给水装置，细砂过滤器给水泵距离反渗透装置过远，无法及时调节进水母管中的压力，因此母管的压力波动直接导致反渗透高压泵进出口压力波动较大，引起反渗透系统频繁跳停。
结语
综上所述，针对我国淡水资源不足的情况，发电厂中通过海水淡化技术对海水进行处理，使其质量达到发现场的使用要求，弥补淡水资源不足对发电厂运行产生的不良影响，确保发电厂正常运行，进而为人们提供可靠且稳定的电能。海水反渗透前端预处理可提供相应的压力时，可省却低压提升泵和过渡水箱，节能减耗，具有一定推广意义，但需要在运行控制方面做好处理措施。
参考文献：
［1］阮国岭.海水淡化工程设计［M］.北京：中国电力出版社，2012：1-2.
［2］智研咨询.2019-2025年中国海水淡化行业发展现状分析及市场前景预测报告［R］.智研咨询集团，2018：4-5.
［3］谭永文，王琪.海水淡化—应用与发展［J］.水处理技术，2015，41（10）：17-20.
［4］刘枝辰.海水淡化能量回收装置运行状态监测［D］.杭州：浙江大学，2017.