受“千鈞”重負 保滴水不漏

朱拜勒是沙特阿拉伯東部港口，也是工業重鎮。這里即將建成世界最大膜法海水淡化廠、全球唯一一個產水量達到100萬噸/天的海水淡化項目——朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項目。

日前，最后一批用于朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項目的膜外殼在天津港裝箱啟運，標志著中國建筑材料科學研究總院有限公司所屬哈爾濱樂普實業有限公司（以下簡稱“樂普實業”）順利完成該項目膜外殼交付任務。這也是國產膜外殼首次運用于百萬噸級別的膜法海水淡化項目。

膜法是一種利用特殊膜材料將海水中的水分子和鹽分子進行分離，從而得到人類可飲用淡水的技術。海水淡化過程中，需要對海水施加一定壓力，讓水分子通過膜材料。作為膜元件的重要配套組成部分，膜外殼能承受過濾時的高壓，確保淡化過程順利進行，堪稱海水淡化膜法的“守護者”。

每天，全球有超過1億噸凈水從樂普實業生產的膜外殼中產出。作為工信部評選的制造業單項冠軍企業，樂普實業生產的膜外殼應用于全球許多知名海水淡化項目，市場占有率居國內第一、世界前列。

攻克密封技術難題

筆者近日走進樂普實業德州生產基地，觀摩膜外殼的生產過程——一束束潔白的玻璃纖維絲經過樹脂纏繞后，進入高溫固化爐定形，再完成打磨、加工、水壓檢測、表面處理等步驟。所有產品待工人檢驗合格后，被裝上運輸車。

“膜外殼最核心的組件就是玻璃鋼殼體。殼體需要承受過濾時的工作壓力，要防滲漏、耐疲勞、耐腐蝕。”樂普實業研發部部長劉曉偉告訴筆者，在殼體設計過程中，需要考慮纖維纏繞角度、局部補強和纏繞固化工藝參數等多方面因素。

在膜外殼制造過程中，研發部門攻克了多項技術難題。密封技術是膜外殼制造的核心技術之一。劉曉偉介紹，膜外殼密封不過關很容易發生滲漏，導致安全事故。一支膜外殼有近20處密封點，最小直徑約為23.5毫米，最大直徑可達190毫米。以1000磅力/平方英寸的膜外殼為例，每處密封點要承受近70公斤力/平方厘米的水壓，這對密封技術要求極高。

密封點結構較復雜，是制造過程中的關鍵點。“比如，端板密封區域容易有鹽析出，形成結晶。結晶的長期累積會造成密封圈密封失效進而發生滲漏，導致外側受力金屬件發生腐蝕。”劉曉偉說，隨著水處理的原水介質成分越來越復雜，端部密封失效的問題日益凸顯。

針對這一問題，研發人員設計研制了一種新結構，它可利用水流沖刷掉密封點析出的鹽分。實驗結果顯示，在研發人員設計的一種新工況模擬設備上，新結構部件達到了預期效果。“這項結構研究形成的專利正在受理中。”劉曉偉告訴筆者，關于膜外殼密封性能研究，樂普實業已申請3項專利。

目前，樂普實業共獲得授權專利74項、軟件著作權6項，編制了兩項相關國家標準。樂普實業掌握了膜外殼從設計到制造全產業鏈條的核心技術，引領著膜外殼技術的發展方向。

打開全球市場大門

新加坡大泉海水淡化廠、美國加利福尼亞卡爾斯巴德海水淡化項目、阿聯酋阿布扎比塔維勒獨立海水淡化項目……在世界大型海水淡化項目中，都能看到樂普實業膜外殼的身影。

“樂普實業膜外殼制造經歷了從自主建設到逐步實現國產化，最后走向全球的過程。”樂普實業生產副總經理楊東偉告訴筆者，樂普實業在打開全球市場大門過程中，最關鍵的是拿下澳大利亞班達巴（Bundamba）水處理工程。

澳大利亞Bundamba水處理工程建成時為世界第三大深度污水處理項目，是當時南半球規模最大循環水工程的一部分。2007年，該工程提出了對18英寸開口直徑膜外殼的需求。

“當時普通膜外殼開口直徑也就8英寸左右，全球范圍內沒有企業生產過18英寸膜外殼。”楊東偉說。

樂普實業決定在國際市場與世界品牌一較高下。

項目要求高，時間也分外緊張。樂普實業研發人員加班加點進行結構設計、力學計算、模具設計與加工、配方設計等工作。

但進程卡在了爆破環節。“通過6倍設計壓力爆破試驗，是制造產品合格的標準。”劉曉偉回憶，“膜外殼需要在6倍設計壓力下不發生爆破，但在實際測試中，18英寸膜外殼總是在壓力接近這一臨界值時，其壓力表讀數便停止上升，導致無法繼續增加壓力。我們推測產品內部發生了滲漏。”

劉曉偉說，技術人員拿著手電筒鉆進直徑不到半米、長度將近9米的膜外殼內尋找滲漏點。在對滲漏點進行修補后，產品一次性通過了6倍設計壓力爆破試驗。

直到如今，18英寸膜外殼仍是世界上直徑最大的海水淡化項目商用膜外殼。

楊東偉說，通過這次與世界品牌的較量，樂普實業18英寸膜外殼打響了名號，國內外訂單不斷增多，樂普實業由此進入出口海外的快車道。2022年國際海水淡化新增產能統計數據顯示，樂普實業全球市場份額達60%，在中東、北非地區備受信賴。

加快智能制造步伐

近年來，樂普實業推動數字化智能化發展，膜外殼生產效率不斷提高。劉曉偉向筆者演示了樂普實業自主開發的膜外殼水處理參數計算軟件。在初始頁面上輸入膜外殼數量、進水量、回收率等數據后，軟件通過自動計算，會實時提供一套設定合理、性價比高的膜外殼串聯連接方案。

“樂普實業還開發了膜外殼數字化模擬、生產和檢測工具。在設計階段，我們可使用計算機軟件計算和模擬符合要求的最小壁厚，并利用有限元數字工具核算殼體強度是否達標。”樂普實業副總經理王秋野介紹，樂普實業還通過傳感器的快捷反饋，精準保障每批次、每個型號產品性能和質量的一致性。

在朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項目中，樂普實業通過數字化設備和混裝側開口技術避免了流量的過剩。通過計算機工具設計的管路排布科學合理，不僅有利于提高產水率，還能減少能源消耗。

樂普實業智能制造的理念從產品延伸到生產設備。樂普實業將自動試壓泵從簡單的手動打壓—停止模式，升級為根據預設壓力升壓—保壓—卸壓—數據記錄模式。這一改進節省了手動記錄壓力數據的時間，確保了試壓過程的安全性和可靠性，提高了工作效率。

“樂普實業在高端化、智能化、綠色化方向布局膜外殼技術創新項目，研發應用碳纖維、耐特殊介質新材料，實現關鍵共性技術研究和產業化應用示范。”王秋野說，下一步，樂普實業將推動人工智能、大數據、物聯網等信息技術與膜外殼設計制造深度融合，通過研發新的綠色制造工藝設備及加工技術，推進清潔生產，提升資源綜合利用水平。