反滲透淡化裝置在民用船舶上的應(yīng)用前景

于世永

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系，江蘇南通　226000）

反滲透淡化裝置在民用船舶上的應(yīng)用前景

于世永

（南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)工程系，江蘇南通226000）

目前，除了近洋和內(nèi)河船舶采取自帶淡水外，大部分遠(yuǎn)洋船舶采用真空沸騰式淡化裝置制造淡水。鑒于此，通過介紹反滲透淡化裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理，并通過和真空沸騰式淡化裝置進(jìn)行對比，分析反滲透淡化裝置在民用船舶上的應(yīng)用前景。

反滲透；淡化裝置；脫鹽率；滲透壓

不論是在陸地上還是在海洋上，淡水都是人類生活不可缺少的一種資源，也是機(jī)器設(shè)備正常運行的重要保證。在陸地上淡水資源豐富，獲取的方法較簡單。但對于在海洋中航行的船舶來說，就不是那么容易了。鑒于此，本文介紹了反滲透淡化裝置的系統(tǒng)設(shè)備組成，重要部件的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對比目前船舶常用的真空沸騰式淡化裝置。分別分析了兩種裝置的工作原理、耗能的大小關(guān)系，以及管理和使用的方便性，最后分析了反滲透裝置在船舶上應(yīng)用的前景。

1　船用淡化裝置的現(xiàn)狀

1.1真空沸騰式海水淡化裝置

目前，除了近洋和內(nèi)河船舶采取自帶淡水外，大部分遠(yuǎn)洋船舶采用真空沸騰式淡化裝置制造淡水。

基本工作原理：海水泵首先將部分海水送入真空泵對蒸餾器抽真空，同時將另一部分海水經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入蒸發(fā)器的豎管內(nèi)，自下而上流過；主機(jī)缸套水在豎管外自上而下橫向流過，對海水加熱；被加熱的海水在真空下沸點降低，很容易沸騰產(chǎn)生蒸汽；蒸汽繞過橫置的汽水分離器，從冷凝器上部的開口處進(jìn)入冷凝器，冷卻海水從冷凝器的管內(nèi)流過，將管外的蒸汽冷卻成液態(tài)水；冷凝水從冷凝器底部被凝水泵抽走，送至淡水存儲艙；蒸汽內(nèi)的海水，因為含鹽量較大，通過排鹽泵排至舷外。

1.2特點和應(yīng)用

從真空沸騰式海水淡化裝置工作原理可以看出：使海水沸騰的熱源主要來自主機(jī)缸套加熱水，加熱資源豐富，但是前提是主機(jī)必須正在運行；其次，真空沸騰需要對裝置抽真空，而且要求真空度很高，這就要求裝置有比較好的密封性。但由于裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備價格低，因此真空沸騰式海水淡化裝置被廣泛應(yīng)用在遠(yuǎn)洋海船上。

2　反滲透式海水淡化裝置及系統(tǒng)

2.1反滲透式海水淡化裝置的結(jié)構(gòu)及基本原理

系統(tǒng)組成如圖1所示，反滲透裝置主要由反滲透膜裝置1、粗濾器5、細(xì)濾器6、保安濾器4、高壓泵3、海水泵7及能量回收裝置2組成。

工作原理：海水經(jīng)海水泵7進(jìn)入系統(tǒng)，先后經(jīng)過粗過濾器5和細(xì)過濾器6，對海水進(jìn)行初步凈化，除去雜質(zhì)；然后通過保安過濾器4，對海水進(jìn)一步凈化過濾、除菌，使造水污染指數(shù)降低；接著經(jīng)過高壓泵3對凈化過的海水提高壓力，使壓力達(dá)到滲透壓，讓海水中的淡水分子可以通過滲透膜裝置1，從而得到淡水；剩余高濃度鹽分的海水則通過能量回收裝置2回收高壓能量，最后將高濃度海水排至舷外［1］。

圖1　反滲透式海水淡化裝置結(jié)構(gòu)圖

2.2裝置性能特點

由裝置工作原理可知，反滲透式海水淡化裝置設(shè)備簡單，體積小、重量輕、占地省，安裝方便，適應(yīng)性強，可以在狹窄擁擠的空間安裝。各部件分散安裝，便于吊運安裝。設(shè)備操作簡單維修方便，主要維護(hù)工作是對滲透膜（半透膜）的清洗和粗、細(xì)濾器的清洗。另外，設(shè)備脫鹽率高，性能穩(wěn)定、安全可靠，設(shè)計新穎巧妙，避免了頻繁的清洗，無環(huán)境污染。而且由于設(shè)置了能量回收裝置，因此能量利用率較高，符合節(jié)能減排的科學(xué)理念。

3　能量回收裝置

能量回收裝置按照工作原理主要可分為透平式和正位移式2種類型。透平式能量回收裝置主要是水力透平式，通常需要經(jīng)過“壓力能-機(jī)械能-壓力能”兩步轉(zhuǎn)換過程，能量回收效率一般在50%～70%。正位移式能量回收裝置利用反滲透系統(tǒng)排出的高壓濃水直接增壓進(jìn)料海水的方式來回收能量，能量回收效率一般都在92%～95%。目前，國際常用的透平式能量回收裝置主要代表為美國PEI公司的水力透平，正位移式能量回收裝置主要代表為美國ERI公司的PX。

3.1水力透平式能量回收裝置

水力（渦輪）透平式能量回收裝置采用離心式原理，由安裝葉輪的水泵側(cè)和安裝透平轉(zhuǎn)子的透平側(cè)組成，葉輪和透平轉(zhuǎn)子間通過一根中心軸相連接。反滲透裝置排出的高壓濃水直接沖擊渦輪驅(qū)動透平轉(zhuǎn)子把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過中心軸把機(jī)械能傳遞水泵側(cè)的葉輪，葉輪再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓力能，對進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的海水實施增壓。因此，水力透平式能量回收裝置完全由濃水提供能量，不需要外加電能。水力透平式出現(xiàn)最早，技術(shù)成熟，流程簡易，組裝方便，產(chǎn)品已形成系列化，但由于其在能量回收過程中存在二次能量轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)化過程中存在能量損失，所以能量回收效率較低。因此，比較適宜在大容量海水淡化系統(tǒng)中應(yīng)用。

3.2壓力交換式能量回收裝置

壓力交換式能量回收裝置采用正位移原理。低壓海水從一端進(jìn)入PX設(shè)備，來自反滲透膜的高壓濃鹽水從另一端進(jìn)入PX設(shè)備。壓力能量在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行交換后，低壓海水轉(zhuǎn)變成高壓海水流出，而高壓濃鹽水轉(zhuǎn)變成低壓濃鹽水流出。這種能量轉(zhuǎn)換效率非常高，可達(dá)95%以上，比渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)換效率高1/3。經(jīng)PX加壓后的高壓海水使進(jìn)入反滲透裝置的海水得到分流，通過高壓泵的海水流量大幅度降低，從而降低了對高壓水泵的能耗要求，因此安裝此裝置后可使海水淡化的運行費用大為降低。

4　兩種淡化裝置的對比

4.1淡化原理對比

真空沸騰式淡化裝置是在真空下使用主機(jī)缸套水對海水加熱使其汽化沸騰，然后用海水對水蒸氣冷凝成液態(tài)淡水。對裝置抽真空和對海水加熱，對裝置的密封性和熱源提出了較高要求。因此，必須在主機(jī)運轉(zhuǎn)時或者鍋爐運行時才能進(jìn)行海水淡化。反滲透式海水淡化裝置利用滲透膜只允許淡水通過，并對海水持續(xù)施加滲透壓，以保證裝置能連續(xù)不斷地產(chǎn)生淡水。整個過程不需要熱源，也無抽真空和裝置空密封要求，因此裝置可以隨時持續(xù)運行。

4.2結(jié)垢問題對比

真空沸騰式淡化裝置工作一段時間后，裝置容易結(jié)垢，長期使用需要定期清理結(jié)垢和對各個部件進(jìn)行清潔。管殼式的蒸發(fā)器和冷凝器的清潔難度較大，且清理過程中很容易破壞裝置的密封性，從而影響裝置的制淡效果；而反滲透式海水淡化裝置則無結(jié)垢問題，只需要視情對3個濾器和滲透膜進(jìn)行化學(xué)反沖洗、正沖洗清潔及定期更換即可，清潔難度要比清除水垢小得多，同時也節(jié)約了勞動力。

5　結(jié)語

人們對新事物的認(rèn)識和應(yīng)用總會有個過程，但隨著船舶科技水平的不斷進(jìn)步，能量回收裝置的效率將不斷提高，能量回收技術(shù)和裝置必將日益受到高度的關(guān)注和重視，新型的海水淡化裝置——反滲透式海水淡化裝置，必將會被越來越多的現(xiàn)代化船舶采用。

［1］潘獻(xiàn)輝，王生輝，楊守志，等.反滲透海水淡化能量回收技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.中國給水排水，2010（16）：16-19.

Application Prospect of Reverse Osmosis Desalination Plant in Civil Ships

Yu Shiyong
（Department of Marine Engineering，Nantong Shipping College，Nantong Jiangsu 226000）

At present，in addition to the ocean and inland ships taken with fresh water，most ocean going vessels by vacuum boiling type desalination device to make fresh water.In view of this，through the introduction of the structure and working principle of the reverse osmosis desalination plant，and through the comparison with the vacuum boiling type desalination device，the application prospects of reverse osmosis desalination plant in civil ships were analyzed. Keywords：reverse osmosis；desalination unit；desalting rate；osmotic pressure

P747

A

1003-5168（2016）08-0061-02

2016-07-09

于世永（1980-），男，本科，講師，研究方向：輪機(jī)工程。