博文：反滲透SWRO海水淡化高壓泵的選型方法

時間：2013-09-25 10:16:20 作者： 　來源：

21世紀將是水的世紀。20世紀初，國際上就有“19世紀爭煤、20世紀爭石油、21世紀爭水”的說法，第47屆聯合國大會更是將每年的3月22日定為“世界水日”，號召世界各國對全球普遍存在的淡水資源緊缺問題引起高度警覺。從全球范圍來看，根據聯合國統計，全球淡水消耗量20世紀初以來增加了約6-7倍，比人口增長速度高2倍，全球目前有14億人缺乏安全清潔的飲用水，即平均每5人中就有1人缺水。向海洋索取淡水，已經成為世界沿海國家的共識。在過去的30年里，海水淡化的技術為人類獲得了大量的淡水資源，根據國際淡化協會（InternationalDesalination Association）提供的最新數據, 自1997年，海水淡化產能年均復合增長率為16.8%，在2007年，淡化產能的增長率為24.5%，相比2006年總共增長了670萬立方米每日（1770MGD）。全球現今有13869座海水淡化廠在工作，它們總共的產能是6360萬立方米每日（16800MGD）可飲用水，其中已經運行的產能為5300萬立方米每日——只相當于0.5%的全球用水量。大約一半的海水淡化廠在中東，約20%在美國，13%在歐洲，12%在亞洲。中國被聯合國認定為世界上13個最貧水的國家之一。我國淡水資源總量名列世界第六，但人均占有量僅為世界平均值的 l/4，位居世界第109位，而且水資源在時間和地區分布上很不均衡，有10個省、市、自治區的水資源已經低于起碼的生存線，那里的人均水資源擁有量不足500立方米。

目前我國有300個城市缺水，其中110個城市嚴重缺水，他們主要分布在華北、東北、西北和沿海地區，水已經成為這些地區經濟發展的瓶頸。2010年后，我國將進入嚴重缺水期。有專家估計，2030年前中國的缺水量將達到600億立方米。因此，為保證我國經濟的可持續發展，淡水資源問題的解決已迫在眉睫。

有關專家分析提出，淡化海水是解決我國沿海地區淡水嚴重短缺的有效途徑之一，海水淡化已經成為我國新興的朝陽產業。在海水淡化技術已成熟的今天，經濟性是決定其廣泛應用的重要因素。目前，在已經開發的20幾種淡化技術中，反滲透法(SWRO)、多級閃蒸（MSF）和低溫多效（MED-TVC）達到了工業規模的生產應用。其中反滲透技術是一項效率高、易于大規模使用的技術，其最大的優點就是節能，如表1所示，生產同等數量的淡水，反滲透的能源消耗是最低的。

反滲透法海水淡化技術應用中，高壓泵是其中一個關鍵設備。在反滲透膜選定的情況下，反滲透海水淡化系統的能耗指標主要取決于高壓泵，增壓泵和能量回收裝置的能耗指標。在反滲透海水淡化裝置中，電費占造水成本的1/2～2/3，設備投資占造水成本的1/4 左右，高壓泵是主要耗能設備，其電耗約占系統運行費用的35%，是影響產品水成本的主要因素之一。結合反滲透海水淡化工程，針對工程中所用的高壓泵的選型分析，選擇合適的泵型，對于降低系統的運行費用有非常重要的意義。

一、水泵的技術參數

1、反滲透海水淡化工藝流程

圖1是反滲透（SWRO）海水淡化工藝流程示意圖，在反滲透海水淡化工藝中，待處理的原海水經過高壓泵加壓后，進入反滲透膜組件：經過反滲透膜的水為所需要的淡水，即產水；剩余未透過膜的部分水為濃度較高的海水，即濃海水。這部分具有高壓力能的濃海水通過PX能量回收裝置將部分待處理的原海水直接升壓，再用增壓泵來補償經過膜堆和管道損失的壓力，這部分升壓后的原海水與高壓泵升壓后的原海水混合后，送往反滲透膜組。

2、技術參數

不同規模的反滲透海水淡化系統所用高壓泵的流量是由其日處理量和小部分余量決定的，壓力是根據選用的膜的型號和通量、運行情況、原水水質和水溫等情況而變化的，通常反滲透的操作壓力范圍為5.0-7.2 MPa。表2列出不同規模海水淡化系統所用高壓泵的參數。下面我們用50,000噸/天的海水淡化系統為例，系統回收率為42%，分5列反滲透單元，每列產能為10,000噸／天的系統。對高壓泵予以確定技術參數及合理選型。假設海水為標準海水，水溫為20℃，如表3所示。從圖1 的流程圖中可以得出，海水淡化裝置的產水量指標接近高壓泵的流量，即高壓泵流量為Q= 425m3 /h。

高壓泵所需的揚程是根據選用的膜的型號和通量、運行情況、原水水質和水溫等情況而變化的，通常反滲透的操作壓力范圍為5.0-7.2 MPa。海水反滲透操作壓力越高，操作成本就越高，設備投資也越高。該系統要求高壓泵揚程為67.2bar，即高壓泵流量Q=425m3 /h; 揚程H= 685 m，效率指標不低于80 %。

二、結論

在海水淡化技術已成熟的今天，經濟性是決定其廣泛應用的重要因素。針對反滲透海水淡化系統的運行工況，尤其是對于日產10，000噸以上的海水淡化系統，高壓泵的合理選型對于整個系統的能耗起關鍵作用，選用高效率的水泵和電機會增加一小部分的初期投資，但是從長遠的運行費用的角度考慮，這部分增加的初期投資在很短的階段可以收回。因此無論是從環保還是節省運行費用考慮，選擇高效的設備都將給業主帶來最高的投資回報率。