4 200 t/d海水淡化工程的工业设计技术应用

潘春佑，李 露，冯 涛，王可宁，薛喜东，徐国荣，任建波

(自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

随着工业设计在国内产品制造业的逐步渗透，各式各样的宣传与推广手段层出不穷，人们对产品的购买欲与设计的直观性相辅相成，而产品的特性特点也会通过工业设计手段来体现。目前，在水处理行业中，越来越多的中、小型水处理装置在随着市场的主流方向“进化”，装置作为商业化产品进行设计与包装已经是大势所趋。通过工业设计来实现装置、产品、甚至是工程项目的技术与实力体现[1-5]。

1 4 200 t/d海水淡化工程的工艺流程及参数

电驱反渗透淡化工程的工艺流程：原料水从取水管道取出后，经沉淀池进行过滤，去除悬浮物杂质等，之后进入清水池，经加压进入连续超滤，超滤出水供后续反渗透使用。高压泵和能量回收装置、增压泵的组合体将高压水输送到一级反渗透膜堆，透过水经二级高压泵加压后进入二级反渗透系统，二级产水进入产品水池。产品水泵把水输送到用水点。排放的浓盐水经过能量回收装置回收能量后排放。4 200 t/d反渗透海水淡化系统水量平衡图如图1，设计参数如表1。

图1 水量平衡图Fig.1 Water balance chart

反渗透系统是流程的主要装置，一级反渗透可以把海水的含盐量由32 000 mg/L降低到小于300 mg/L，在管理良好的情况下，可以保证3 a之内产水含盐量不超过250 mg/L。二级反渗透产水含盐量可以保持在30 mg/L以下，氯离子含量不超过20 mg/L，可以满足电厂对淡水的要求。

表1 设计参数Tab.1 Design parameters

一级反渗透系统包括高压泵、反渗透膜组件、能量回收装置、冲洗系统、清洗系统以及控制仪表等六部分组成。

高压泵为反渗透膜组提供足够进水压力，同时结合能量回收装置为反渗透膜组提供正常运行的压力。每套反渗透膜组串联设置一台高压泵，形式为多级离心泵。

反渗透膜组件是整个脱盐系统的执行机构。为设备稳定供水，分为两组设置。它负责脱除水中的可溶性盐分、胶体、有机物及微生物，使出水水质达到用户的要求。根据水质情况，一级反渗透膜采用了适合海水淡化的复合反渗透膜，单根脱盐率可以达到99.6%，膜的长度为1 m。当反渗透的回收率为45%时，最佳的方案是每套反渗透膜组采用一段的排列。如此设计的优点是每一根膜通量相对较平衡，且浓水流量相对较高，每一根膜元件不易受到污染。

由于排放的浓盐水压力超过5 MPa，不进行回收将造成能量的浪费。原料海水通过能量回收装置后水压升至约5 MPa，使得浓盐水的能量得到有效回收。

反渗透膜组件长期运行之后，会受到某些难以冲洗掉物质的污染，例如长期的微量盐分结垢和有机物的积累，造成膜组件的性能下降。如此需要化学药品的清洗，以恢复其正常的通量和脱盐率。清洗系统由清洗药剂箱、清洗泵、5 μm过滤器及流量计和管路系统组成。

当反渗透装置停机时，膜内部的水已经处于浓缩状态，容易造成膜组件的污染。因此需要用淡水冲洗膜的表面以将膜表面的浓水置换出来，防止污染物在反渗透膜表面的沉积，影响膜的性能。反渗透的冲洗系统与化学清洗系统共用。

为了控制、监测反渗透系统的运行状况，需要配置一系列的在线测试仪表。这些仪表包括ORP表、pH值测量表、电导率表、流量计、压力表、取样装置等。

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根据车间布置图并参照工艺及设备样本，建立厂区三维模型，主体模型包括：泵、能量回收、压力仪表、阀门、骨架、管沟、立柱、水箱、冲洗加药系统等，如图2。在模型构建过程中，阀门的操作高度、管道的走向与排布、支架的安置等可根据人机互动尺寸进行调整。在项目模型建立完成并调整后，在KeyShot中进行厂区的配色，将各个模块及元器件通过色彩、粗糙度、材质、光影等区分后，设定相机位置、视角、景深，最终生成高辨识度的效果图，如图3、图4。

图2 三维建模Fig.2 3D modeling

图3 俯视图Fig.3 Top view

图4 侧视图Fig.4 Side view

3 结论

工业设计在4 200 t/d海水淡化工程设计中的应用，顺应了市场的需求，在预设计和投标阶段具有直观的视觉价值。通过清晰明确的工业设计预览技术，为企业技术的宣传与推广提供有力的支持。工业前置化设计是未来企业增强核心竞争力的一种新的有效途径，对水处理行业的技术推广具有促进作用。