反渗透海水淡化能量回收装置的应用及调试方法简述金盾

反渗透海水淡化能量回收装置的应用及调试方法简述金盾

金盾

（山东电力建设第三工程公司）

摘要：海水淡化是解决淡水危机的主要方法之一，反渗透海水淡化在各类淡化技术中迅速崛起得益于压力能回收装置的发展，本文主要论述关于PX能量回收装置在反渗透法海水淡化系统中的应用，介绍了PX型能量回收装置的工作原理和特点，并对调试过程中常见问题做了简要介绍。

关键词：海水淡化；反渗透；能量回收；调试方法

引言

通常反渗透海水淡化过程的操作压力介于5.8～8MPa，分离淡水后从膜组件中排放出的浓盐水压力仍高达5～6.5MPa，将这部分压力能直接释放将造成很大浪费。据统计，浓盐水压力能直接释放所造成的损失约占产水总成本的30%～50%、运行费用的75%。而安装了压力能回收装置的海水淡化系统的能耗从6～8kW•h/m3降低到4～5kW•h/m3，甚至可以降到2kW•h/m3，因此回收浓盐水压力能是降低反渗透海水淡化成本的有效途径。

1能量回收装置的分类及工作原理

能量回收装置按照工作原理主要分为水力透平式和正位移式两种。水力透平式（如HTC型），主要包括泵和透平两个部分，工作时高压浓水直接驱动透平旋转，透平带动同轴的泵工作并使通过泵的进料海水得到增压，达到能量回收的目的，这一过程浓水和进料海水不直接接触。

正位移式能量回收装置（如PX型），基于旋转容积泵原理，PX能量回收装置以高达98%的效率从SWRO脱盐系统的高压浓水流中回收能量，该技术可将水生产的成本降低到不采用能量回收时成本的一半以下。因此PX能量回收装置正逐渐取代水力透平式而成为国内外研究和推广的重点。

PX装置是一种利用正位移原理的装置，它能使能量（压力）从一股水流传递到另一股水流，两股水流在一起，瞬间的接触。PX装置已经形成各种规格和结构，但它们都是由陶瓷组件组成，能量交换发生在一个装有沟槽式绕行接头连接管的玻璃钢压力容器内。

PX能量回收装置将高压浓盐水水流的压力传递给低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中直接接触，从而完成压力交换。转子装在一个间隙尺寸精确的陶瓷套中，该陶瓷套位于两个陶瓷端盖之间。当高压水注入时，可形成一个几乎无摩擦的水力轴承。在水力轴承里旋转的转子是PX装置中唯一的运动部件。

在任意时刻，转子内通道的一半处于高压水流中，而另一半则处于低压水流中。转子转动时，通道会通过一个将高压和低压隔离的密封区。这些含有高压水的通道与相邻的含有低压水的通道被转子通道间的隔断和陶瓷端盖形成的密封区隔离。

2PX装置的特点

最高的效率：PX装置采用正位移原理并在平滑效率曲线下操作，无论系统大小，等压式能量回收装置均具有恒定的高效率。

单个移动部件：转子是PX装置中唯一可移动部件，它可自动旋转，由水流驱动并在几乎无摩擦流动的水利轴承上操作。水力润滑轴承，自动速度调整，无需维护。

陶瓷组件：采用特殊的高品质的氧化铝制备而成，坚硬的陶瓷可以承受高压和防止微生物的侵蚀，不会将化学品加入水中而危害反渗透膜，不会受到强酸、氧化剂和海水的影响避免磨损、气蚀等危害。

易于安装排列：模块化设计理念，故障自我保护冗余，无需停机，占地面积最小，无额外的土建要求，无电气连接，重量轻。

PX装置虽有诸多优点，但工作过程中高、低压流体在流道中直接接触产生一段掺混区，流体掺混会导致进入膜组件前高压海水的盐度升高，从而影响整个海水淡化系统的运行，当淡水回收率为40%时，膜前高压海水的盐度增加了2.5%，相当于运行压力提高了0.13MPa。

3PX能量回收装置调试方法

在初次投入使用前，所有与PX能量回收装置连接的管道都必须彻底冲洗，以清除残余物，残余物的进入可能损伤PX装置。PX装置的进料海水必须经10微米或以下的过滤，在SWRO系统加压前，夹带的空气或管道中的空气或其它气体都必须彻底的排出。承压系统内的较大气泡可导致管道和包括PX装置的设备损坏。

没有充足的润滑流量，转子的旋转可导致PX装置的陶瓷元件相互摩擦而损坏（此时可以听到摩擦声），或是PX装置的转子停止旋转。如果发生此种情况，浓盐水和给水压力交换过程将停止，造成SWRO膜组运行压力升高。PX装置一般润滑流量在0.5～1m3/h，润滑流量可采用以下三种办法中的任何一种来确定：

1．测量低压海水到高压泵的流量和系统产水流量，两者的差值就是润滑流量（推荐方法）。

2．测量PX装置的高压浓盐水进水流量和PX装置的高压海水出水流量，两者的差值就是润滑流量。

3．测量PX装置的低压浓盐水出水流量和PX装置的低压海水进水流量，两者的差值就是润滑流量。

如图2所示的典型SWRO系统中，需要先使用循环泵为从PX装置中流出的海水增压，然后再与输送到反渗透膜的高压水流汇合，循环泵提供增压来补偿水流在渗透膜、PX装置以及连接管道中的压力损失。循环泵必须配置一套变频驱动系统从而控制通过PX装置的高压流量。建议使用排量稍高的循环泵输送反渗透膜浓盐水的流量，以适应季节变化、渗透膜积垢以及歧管压力损失。

PX装置水平衡调节：PX系统流量平衡的标志是高压出水的电导率比低压进水的电导率高5～6%。系统控制运行的电导率高出百分比低于5%最佳。PX装置在工作时流量不平衡可能会引起进料海水受到盐水的污染。应采取下列措施进行流量平衡：

1．设定所需的PX装置高压海水出口流量。

2．调节循环泵的变频驱动器，直到高压流量计的读数达到所设定的流量。

3．调节海水供应量（或PX装置低压盐水出口的控制阀），直到低压海水进口流量稍微大于高压海水出口流量。

PX装置列中每个PX装置低压出口处应安装取样阀，用于检测每个独立PX装置的性能。对比高压取样点，低压取样点被推荐的原因是可以采用低成本，耐腐蚀的塑料阀。当PX装置正常操作时，如果流量平衡，那么每个PX装置低压出口出水含盐量将接近来自膜的浓盐水含盐量；如果流量不平衡，那么每个PX装置低压出口出水含盐量将低于来自膜的浓盐水含盐量；如果PX装置列中有一个PX装置工作不正常，那么这个PX装置低压出口出水含盐量将低于其它PX装置低压出口出水含盐量；如果某一个转子被粘住，则来自这个PX装置的低压出口出水含盐量将接近进水海水含盐量。

低压浓水排放压力说明：系统运行操作压力控制在1～1.5bar，压力低于0.6bar，PX系统容易发生汽蚀。

PX装置能量回收效率的简易计算方法：PX装置能量回收效率=（高压海水出压力*高压海水出流量+低压浓水出流量*低压浓水压力）/（低压海水进流量*低压海水进压力+高压浓水进流量*高压浓水进压力）。

反渗透膜清洗：当使用化学方法清洗反渗透膜时，必须将PX装置与反渗透系统隔断，以防止来自反渗透膜的残垢进入PX装置。有各种方法用于隔断，包括阀门，可移除短管，加盲板（法兰），或者将PX装置从系统移除。

冲洗：给水冲洗是一个标准停机步序，产水和浓盐水停止分离后，PX装置高压侧和低压侧继续保持一定的流量，如图2所示，给水冲洗的冲洗路径是[B-D-E-G-H]，由原水泵和循环泵驱动。通常的给水冲洗程序持续到工艺位置[G]和[H]处电导率测量满足要求为止。产水冲洗使用在部分或者在完全卸压的系统中。产水从PX装置低压进口[B]或高压泵进口[A]，或者通过一些其它进口进入SWRO系统，例如在线化学清洗连接入口。在此过程中将有产水流出，如果这样，堵住产水流量使润滑流量通过PX装置是必要的。在长期停用PX装置前需用清水进行冲洗，否则可能会引起装置内部细菌孽生及装置污堵，抑制转子转动，阻碍设备启动。

4结束语

PX能量回收装置作为SWRO的重要环节，其正常运行是节能的基础，而设备的初期调试质量更是以后PX装置的长期稳定运行的保障。本文从设备调试角度阐述了PX装置在调试过程中的重点把控项目及常见的故障处理方法，保障PX装置和SWRO系统的高效运行，这是能量高效回收从设计走向生产的重要实践。

参考文献

[1]徐暄阔，王世昌.反渗透淡化系统余压水力能量回收装置的研究进展[J].水处理技术，2002：63-66；

[2]阮慧敏，陈志善，樊雄，等.压力交换式能量回收器在反渗透海水淡化技术中的应用[J].水处理技术，2004：(1)；