海上平台海水淡化及纯净水制作应用

1.摘要

海上平台在正常生产生活过程中，经常遇到恶劣天气、船舶资源短缺，平台淡水罐容积不足，淡水消耗快等原因，导致平台无法增加淡水。淡水短缺，将导致海上平台设备无法运行，重要作业无法开展。类似某平台所在海域，长期刮大风，无法添加淡水，给该平台生活及设备运行造成较大影响，通过直升机运送饮用水成本极高。通过配置海水淡化装置，RO反渗透至饮用水级别，解决了缺乏海上平台淡水问题。

关键词：海水淡化;RO反渗透;纯净水;厨房用水;蒸馏水冷却

2.引言

目前，海上平台淡水一般通过船舶运输。随着海上平台石油事业发展，海油事业挺进深海，船舶资源越来越紧张。海上平台淡水添加成本上升。

海上平台空间狭小，淡水罐空间有限。综合空间、成本、工艺条件、淡水置换防止滋生细菌等原因，海上平台淡水罐体积设计较小小，也是淡水不足的先天性因素。

海上平台淡水重要用途。首先，重要设备冷却用蒸馏水或纯净水防止结垢，制作蒸馏水和纯净水过程也就消耗大量的淡水。其次，淡水密封防腐，密封消耗不大，但是一旦消耗起来，时间久总量大。第三、冲洗甲板及设备。海上台风或海水、消防水冲洗过的甲板面容易积累大量盐分，盐分对金属腐蚀比较厉害，如果淡水不及时清洗，将造成大量腐蚀。

3、海上平台海水淡化方案。

海上平台海水资源丰富，在地层能源充足的情况下，电能和热能都是海水淡化比较理想的选择。海水淡化通常有蒸馏法淡化和反渗透膜淡化两种方案。

海水蒸馏淡化主要原理是，把过滤后的海水进行加热，抽真空低壓蒸馏，促使水分蒸发，盐分不蒸发，从而进行分离。水分遇到冷却片，冷凝后流回蒸馏水罐。

在海上实际应用中，海水冷却器，海水加热器需要钛合金冷凝器，定期添加药水，更换密封面，清理污垢。在海水加热器方面，加热管腐蚀情况较频繁，消耗热能高。人工维护成本较高。

反渗透膜海水淡化，通常又称超过滤法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。

3.1反渗透膜淡化

随着科学技术发展，节能意识的提高，在海上平台逐步使用反渗透膜海水淡化方案。

3.1.1、反渗透效果

半渗透膜与盐分等亲和性较差，与水亲和性较好。半渗透膜采用芳香聚酰胺膜材质，其除盐效果可高达95%以上。反渗透膜能截留大于0.0001微米的物质，是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。

3.1.2、工艺流程

海上平台反渗透膜海水净化装置流程，主要是海水经过海水泵后，计入沉沙过滤器、PP棉过滤器等进行过滤，去除微生物，沙子，铁锈等比较大的杂质后，再进行过滤，使得海水含杂质小于5微米颗粒方可通过安保滤器。通过安保滤器后，海水经过高压柱塞泵加压，打入反渗透膜。海水出口压力高达5Mpa.通过加压方式，使得反渗透膜另外一侧稀释出淡水，浓水则通过排水管进行排掉。

以文昌某海上平台海水淡化工艺流程为例，海水管线进入2套砂过滤器后，进入2套安保过滤器，通过高压柱塞泵，注入反渗透膜系统。浓水从浓水出口排出，淡水从淡水出口排出。反渗透膜的淡水出口含电导率仪，当淡水电导率不符合要求，或者淡水电导率仪发生故障，则淡水出水口排到排海管线。只有生产合格水质时，方可排入淡水管线，进入淡水罐储存。该海水淡化装置每小时生产淡水2方，每天至少可产淡水30方，满足海上平台需要。

4、纯净水机应用

由于饮用水相对淡水来说，要求的标准更高。这就要求淡水转为直接饮用水的设备，更成熟，更干净。文昌某油田海水淡化后，淡水并没有达到直接饮用的标准。对于远离陆地的海上平台来说，饮用淡水显得特别珍贵。文昌某油田采用市面常见的反渗透膜净水系统，对淡水进行净化，出水达到水质标准。

4.1、纯净水工艺流程。

海上平台反渗透膜的海水淡化装置处理出来淡水，主要用于日常海上设备海盐附着物清洗、甲板面清洗、高温设备冷却、生活洗衣洗漱用水等等，直接饮用仍需进一步处理，才能得到符合饮用的淡水。

4.2、纯净水使用效果

首先，纯净水机制水满足了生活厨房水质要求。反渗透膜材料除盐率高达95%，通过反渗透膜后，水中的固体含量TDS值从400减少至50以下，达到直接饮用标准。厨房厨房用水卫生得到了保障。

其次，纯净水制水机满足了化验室制作更纯净水源的需要。化验室使用注水化验需要的纯度更高，化验室用的制纯水机使用淡水经常产生加热管结垢、加热进水堵塞、耗能高等问题。通过反渗透膜净化后的纯水大大减轻化验室用制纯水机的压力。

第三、纯净水机满足了应急机冷却水箱应用淡水的问题。应急机长期使用未经处理淡水冷却，冷却水箱结垢会产生严重后果。改用纯净水冷却，效果与蒸馏水冷却一样，结垢几率降低，从而侧面维护了应急机运行。

5、反渗透膜海水淡化装置经济分析

海上平台淡水使用非常频繁，消耗量较大，油田除了需要节约使用淡水外，油田仍需不断需要船舶补给淡水。

遇到刮风等异常天气无法加水，生产生活受到影响，反渗透膜海水淡化装置投用后，避免单独加淡水，减少拖轮停靠次数，降低大量费用。

假设中心平台120人，50X20米三层甲板的中心平台每天正常消耗的淡水量大约为35吨。每个平台大约100方淡水罐，如果中心平台不采取节能节水措施，那么平均拖轮每2.5天就必须给平台加淡水。正常情况，淡水消耗补给成本一年消耗费用94.9万元。

5.1  一次投资成本

一次投资成本主要涉及海水淡化装置设备采购、安装、调试，纯净水机采购、安装、调试。海水淡化水管线铺设，纯净水水管铺设，隔离阀门采购及安装等，一次投资成本约46万元。

5.1.1海水淡化装置成本

目前海水淡化市场、制纯水市场设备均已比较成熟。产量为30方每天的海水淡化装置设备、采购、安装、调试约需要43万元。

5.1.2纯水机成本

每分钟2升制水量的纯净水制水机安装、净水存储罐安装、铺设净水管线，自来水管线安装，浓水排水管线安装，调试费用，约3万元。

5.2  日常维护成本

纯净水制水机主要消耗为PP棉滤芯1年更换一次、反渗透膜滤芯2年更换一次。年均维保成本约6000元。

海水淡化装置平均3年更换一次PP棉安保滤器，3年更换一次沉沙滤器，每3年更换一次反渗透膜（反渗透膜价格约3.2万元，价格较高）。平均一年消耗费用约5万元。

6、海水淡化应用及推广

6.1、平台使用案例

文昌海域某平台采用海水淡化装置总投资大约39万元，油田自行安装制纯水机，自行铺设管线满足各类设备设施、生活生产纯水应用，人工及材料成本约为2.9万元。一次投用总成本约41.9万元。2年来，已完成更换1次反渗透膜及PP滤棉成本费用大约8万元。2年总投入约50万元。

通过海上平台海水淡化及纯水制作应用2年来，船舶给平台淡水补给次数从3天一补给减少至7天补给，2年总共减少船舶停靠136次。在淡水方面，2年总共节省64.5万元。

6.2、外海平台推广价值

随着海洋石油事业的发展，中海油挺进深海战略深入。海上平台或FPSO距离陆地越来越远，运输成本越来越高。淡水补给成本越来越大，通过海上平台海水淡化及纯水制作应用，将为海上石油事业发展创造价值较高的经济效益。

作者介绍：

赵忠卫（1982.12.31），性别：男;籍贯：广西;民族：汉;学历：本科、学士;职称：中级工程师;研究方向：节能增效