極簡式反滲透海水淡化裝置控制方式研究

極簡式反滲透海水淡化裝置控制方式研究

傳統(tǒng)的滲透去除裝置由預(yù)處理、高壓泵、反滲透膜組、高壓裝置和后處理組成。裝置控制原理是通過調(diào)節(jié)高壓調(diào)節(jié)閥的開度，將壓力調(diào)整到反滲透膜的工作范圍，使反滲透產(chǎn)出淡水對于中小型反滲透淡化裝置，設(shè)備使用頻率和時間比大型反滲透淡化設(shè)備要少，設(shè)備的能耗成本相對來說占比很低。用戶更在意設(shè)備的采購成本、維護成本和使用便捷性。一套控制方法簡潔、運行方式多樣、可靠性高的反滲透淡化裝置更加受到用戶青睞。隨著變頻器普及，其可靠性越來越高，價格也越來越低，使用變頻器不會影響裝置的穩(wěn)定性，同時對設(shè)備總成本不會有明顯影響?？装逍头礉B透淡化裝置采用節(jié)流孔板取代高壓調(diào)節(jié)閥，同時通過變頻器簡單控制高壓泵轉(zhuǎn)速直接實現(xiàn)對產(chǎn)水量的控制。針對不帶能量回收型的中小型反滲透淡化裝置，為了提高裝置空間利用率和設(shè)備可靠性，在原有反滲透淡化裝置進行優(yōu)化，取消裝置中容易損壞的高壓調(diào)壓閥，通過節(jié)流孔板+變頻器調(diào)速的方式對反滲透膜進水壓力的調(diào)節(jié)，對極簡式反滲透淡化裝置展開探討。1反滲透裝置產(chǎn)水量控制方式比選傳統(tǒng)裝置中柱塞泵的轉(zhuǎn)速和流量可以認為是恒定的，在產(chǎn)水量一定的情況下系統(tǒng)回收率恒定。極簡式反滲透淡化裝置通過變頻器來調(diào)節(jié)泵的流量，系統(tǒng)的回收率在一定范圍內(nèi)是可變的。節(jié)流孔板取代原有調(diào)壓閥，孔板的流量流通系數(shù)是固定的，通過高壓泵流量來調(diào)節(jié)孔板前后壓差，進而對膜進水壓力進行調(diào)節(jié)。極簡式反滲透淡化裝置沒有體積較大的高壓調(diào)節(jié)閥，節(jié)流孔板很小可以直接安裝在接頭里面，降低裝置的體積和造價。除了通過PLC自動控制外還可以選用純手動控制變頻器轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)膜產(chǎn)水量，控制方式簡單，進一步擴大了適用范圍。反滲透淡化系統(tǒng)中，原水經(jīng)過高壓泵加壓后經(jīng)過反滲透膜一部分變成淡水從膜淡水側(cè)流出，另一部水逐漸濃縮變?yōu)闈馑畯墓?jié)流孔板流出，濃水經(jīng)過節(jié)流孔板過程中建立起來壓力。根據(jù)流體力學(xué)的原理可以得出，節(jié)流孔板前后壓差：式中，ρ為濃水密度，q大多數(shù)情況下節(jié)流孔板后壓力很低，可認為?p為膜進水壓力。流孔板流量隨系統(tǒng)壓力增大而增大，同時反滲透產(chǎn)水流量也隨著系統(tǒng)壓力增大而增大，高壓泵產(chǎn)水水流量不斷被反滲透膜和節(jié)流孔板進行分配。通過控制高壓泵轉(zhuǎn)速來直接控制泵流量，進而控制孔板前后壓差?p，這樣就實現(xiàn)膜前壓力調(diào)節(jié)和膜產(chǎn)水速率的控制。實際設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)水量的需求合理反滲透膜的型號、數(shù)量以及節(jié)流孔板的流通面積，通過膜廠家提供反滲透計算軟件算出不同工況下的產(chǎn)水流量，然后選取泵的型號和系統(tǒng)頻率運行范圍，設(shè)計過程應(yīng)保留一定的裕量。反滲透裝置尤其是海水反滲透裝置，原水和濃水具有一定的腐蝕性，液體速度越快腐蝕速度也越快?？装逍头礉B透裝置在節(jié)流孔板處，水流的速度達到最大，因此孔板的材料至關(guān)重要，根據(jù)原水TDS含量和系統(tǒng)壓力選用合適的材料，避免材料腐蝕影響設(shè)備后期的穩(wěn)定運行。2裝置運行模式分析以10t/d反滲透海水淡化裝置為例，海水等效鹽度35g/L的NaCl，選用3根SW30-4040膜，通過ROSA軟件進行計算和校核。選取節(jié)流孔板節(jié)流面積3.14mm由表1和表2可知，25℃和5℃下，孔板型反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水水量隨系統(tǒng)壓力增加而增加，水量隨溫度降低而降低?？装骞?jié)流面積直接影響濃水流量，從而直接影響系統(tǒng)的回收率，相同壓力下孔板節(jié)流面積越小，系統(tǒng)回收率越高。通過對比可以看出2.8mm孔板型反滲透系統(tǒng)中，反滲透產(chǎn)水流量與孔板濃水流量均由高壓泵需要提供的流量，根據(jù)系統(tǒng)所需流量選取合適型號的高壓泵。中小型反滲透淡化設(shè)備用的高壓泵基本上是柱塞泵，柱塞泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，這樣一來可以通過變頻器調(diào)節(jié)高壓泵電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的產(chǎn)水量，結(jié)合泵的型號確定變頻器的調(diào)速范圍。通過計算2種不同孔板在25℃時的壓力與流量的關(guān)系，2.8mm因為泵的轉(zhuǎn)速可調(diào)，裝置的運行策略也是多樣的。由表1和表2可知，裝置在壓力5.5MPa附近運行時能效達到最高，可以將該壓力的產(chǎn)水作為默認運行工況，這時效率最大，裝置以效率模式運行。反滲透淡化裝置運行過程中的噪音和震動主要來源是高壓泵和高壓泵電機，泵轉(zhuǎn)速越高噪音越大。系統(tǒng)壓力低時，泵的轉(zhuǎn)速也低，產(chǎn)水量也低，可以選擇壓力較低或產(chǎn)量較低的工作點作為低噪音工況點，裝置以靜音模式運行。當用戶用水需求比較緊急時，希望在更短時間內(nèi)產(chǎn)出更多淡水，可以選擇壓力6.0～6.5MPa作為運行工況點，這時產(chǎn)水速率最大，裝置以產(chǎn)能模式運行。通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)了裝置的運行模式多樣化，用戶可以根據(jù)自身需求選擇安靜模式、效率模式和產(chǎn)能模式，甚至在原水供水不充裕時，可以一定程度降低泵的轉(zhuǎn)速來產(chǎn)出淡水，同時降低裝置對母管供水壓力的影響。孔板型反滲透淡化裝置控制方式多樣，可以根據(jù)用戶需求設(shè)計成為自動控制或者手動控制。自動控制時，可以通過壓力反饋或者產(chǎn)量反饋來控制，可結(jié)合系統(tǒng)壓力、給水溫度、給水TDS含量和產(chǎn)水量來制定智能控制策略。即便在沒有PLC等自動化控制部件時，用戶可以直接設(shè)定變頻器參數(shù)進行手動控制。手動方式下，用戶可以微調(diào)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整，讓裝置在預(yù)定壓力下或者預(yù)定產(chǎn)能下運行，操作方式非常簡單。對于那些只需要手動控制的用戶，可以取消自動控制部件，反滲透淡化裝置的設(shè)備成本可以進一步降低，這無疑增加了反滲透淡化設(shè)備的潛在用戶。裝置增加了變頻器控制器和節(jié)流孔板，取消高壓調(diào)節(jié)閥及其配套控制部件也取消了。節(jié)流孔板可安裝在反滲透膜濃水出口接頭處，這樣整個裝置高壓管路數(shù)量減少，管道布局可以更加簡潔。綜合比較下來，孔板型反滲透裝置總體積比傳統(tǒng)反滲透裝置減小5%左右?？装逍头礉B透淡化裝置，取消高壓調(diào)節(jié)閥，增加了變頻器和流量孔板，孔板的成本幾乎可以忽略，配套的變頻器價格也遠低于高壓調(diào)節(jié)閥的價格，綜合下來孔板型反滲透裝置成本優(yōu)于傳統(tǒng)反滲透淡化裝置。設(shè)備檢修維護時，只需拆開膜濃水出口接頭即可更換孔板，整個過程非常簡易，不需要專業(yè)人員也能夠完成操作；傳統(tǒng)反滲透淡化裝置更換高壓調(diào)節(jié)閥拆卸過程比較麻煩，而且需要重新電氣接線，這都需要專業(yè)人員才能完成。這無疑能夠縮短維修時間，減少設(shè)備使用壽命區(qū)間的維修成本。3裝置成本低、可靠性強采用變頻器+節(jié)流孔板的反滲透淡化裝置在控制過程中，僅需要通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來控制泵流量，電機轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍較大，裝置壓力和流量很容易控制。實際在10t/d反滲透海水淡化項目中，極簡式反滲透淡化裝置相較于傳統(tǒng)同產(chǎn)量裝置體積減小10%，成本降低12%?？装逭{(diào)壓型反滲透裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高等優(yōu)點。通過變頻器調(diào)節(jié)高壓泵的流量，實現(xiàn)了對系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)和產(chǎn)量的連續(xù)調(diào)節(jié)。裝置調(diào)節(jié)方式多樣化，既可以通過PLC進行自動調(diào)節(jié)，也可以手動調(diào)節(jié)，控制方式簡單。