反渗透(SWRO)海水淡化高压泵选型方法
21世纪将是水的世纪。20世纪初，国际上就有“19世纪争煤、20世纪争石油、21世纪争水”的说法，第47届联合国大会更是将每年的3月22日定为“世界水日”，号召世界各国对全球普遍存在的淡水资源紧缺问题引起高度警觉。从全球范围来看，根据联合国统计，全球淡水消耗量20世纪初以来增加了约6-7倍，比人口增长速度高2倍，全球目前有14亿人缺乏安全清洁的饮用水，即平均每5人中就有1人缺水。
向海洋索取淡水，已经成为世界沿海国家的共识。在过去的30年里，海水淡化的技术为人类获得了大量的淡水资源，根据国际淡化协会
（InternationalDesalinationAssociation）提供的最新数据,自1997年，海水淡化产能年均复合增长率为16.8%，在2007年，淡化产能的增长率为24.5%，相比2006年总共增长了670万立方米每日（1770MGD）。全球现今有13869座海水淡化厂在工作，它们总共的产能是6360万立方米每日（16800MGD）可饮用水，其中已经运行的产能为5300万立方米每日——只相当于0.5%的全球用水量。大约一半的海水淡化厂在中东，约20%在美国，13%在欧洲，12%在亚洲。
中国被联合国认定为世界上13个最贫水的国家之一。我国淡水资源总量名列世界第六，但人均占有量仅为世界平均值的l/4，位居世界第109位，而且水资源在时间和地区分布上很不均衡，有10个省、市、自治区的水资源已经低于起码的生存线，那里的人均水资源拥有量不足500立方米。
目前我国有300个城市缺水，其中110个城市严重缺水，他们主要分布在华北、东北、西北和沿海地区，水已经成为这些地区经济发展的瓶颈。2010年后，我国将进入严重缺水期。有专家估计，2030年前中国的缺水量将达到600亿立方米。因此，为保证我国经济的可持续发展，淡水资源问题的解决已迫在眉睫。
有关专家分析提出，淡化海水是解决我国沿海地区淡水严重短缺的有效途径之一，海水淡化已经成为我国新兴的朝阳产业。
在海水淡化技术已成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。目前，在已经开发的20几种淡化技术中，反渗透法(SWRO)、多级闪蒸（MSF）和低温多效（MED-TVC）达到了工业规模的生产应用。其中反渗透技术是一项效率高、易于大规模使用的技术，其最大的优点就是节能，如表1所示，生产同等数量的淡水，反渗透的能源消耗是最低的。
反渗透法海水淡化技术应用中，高压泵是其中一个关键设备。在反渗透膜选定的情况下，反渗透海水淡化系统的能耗指标主要取决于高压泵，增压泵和能量回收装置的能耗指标。在反渗透海水淡化装置中，电费占造水成本的1/2～2/3，设备投资占造水成本的1/4左右，高压泵是主要耗能设备，其电耗约占系统运行费用的35%，是影响产品水成本的主要因素之一。
结合反渗透海水淡化工程，针对工程中所用的高压泵的选型分析，选择合适的泵型，对于降低系统的运行费用有非常重要的意义。
一、水泵的技术参数
1、反渗透海水淡化工艺流程
图1是反渗透（SWRO）海水淡化工艺流程示意图，在反渗透海水淡化工艺中，待处理的原海水经过高压泵加压后，进入反渗透膜组件：经过反渗透膜的水为所需要的淡水，即产水；剩余未透过膜的部分水为浓度较高的海水，即浓海水。这部分具有高压力能的浓海水通过PX能量回收装置将部分待处理的原海水直接升压，再用增压泵来补偿经过膜堆和管道损失的压力，这部分升压后的原海水与高压泵升压后的原海水混合后，送往反渗透膜组。
2、技术参数
不同规模的反渗透海水淡化系统所用高压泵的流量是由其日处理量和小部分余量决定的，压力是根据选用的膜的型号和通量、运行情况、原水水质和水温等情况而变化的，通常反渗透的操作压力范围为5.0-7.2MPa。表2列出不同规模海水淡化系统所用高压泵的参数。
下面我们用50,000吨/天的海水淡化系统为例，系统回收率为42%，分5列反渗透单元，每列产能为10,000吨／天的系统。对高压泵予以确定技术参数及合理选型。
假设海水为标准海水，水温为20℃.
海水淡化装置的产水量指标接近高压泵的流量，即高压泵流量为Q=425m3/h。
高压泵所需的扬程是根据选用的膜的型号和通量、运行情况、原水水质和水温等情况而变化的，通常反渗透的操作压力范围为5.0-7.2MPa。海水反渗透操作压力越高，操作成本就越高，设备投资也越高。该系统要求高压泵扬程为67.2bar，即高压泵流量Q=425m3/h;扬程H=685m，效率指标不低于80%。
二、水泵选型
1、选择水泵类型
目前反渗透海水淡化处理系统中使用的高压泵主要有两种：柱塞泵和多级离心高压泵。这些产品在国外技术都已比较成熟，产品已系列化。
我们针对五万吨海淡系统的每列的高压泵参数要求（Q=425m3/h,H=685m），选择多级离心高压泵中的节段式多级离心泵类型。
2、选择水泵系列
在节段式多级离心泵中，主要是出于对效率的要求，我们选择了PWTD（N）系列，该系列采用高效的水力模型，节能环保；模块化设计，全部采用膜片式加长联轴器，维护方便；结构合理可靠、寿命长，是滨特尔集团为广阔的中国市场提供的一款性能优良、结构可靠的产品。
流量：～950m3/h
扬程：～1400m
介质温度：-80～180℃
最大工作压力：～150bar
3、确定水泵型号
根据已经确定的水泵参数和类型，我们选择水泵型号为：6PWTD(I)*6
从图2可以获得水泵的参数如下：
流量：425m3/h
扬程:69.2-2=67.2bar,换算为米水柱为67.2*10.2=685m
效率:80%
必需汽蚀余量:10m
高压泵的单位产水能耗：
式中：
W-单位产水能耗，kWh?m-3
p-高压泵的压差Mpa
η-高压泵效率%
可以计算出高压泵单位产水能耗为2.33kWh?m-3。
4、确定电机技术参数
根据选定水泵的性能Q，H，按照下面的公式可以计算出水泵所需要的轴功率为
Q-流量（m3/h）425m3/h
H-扬程（m）685m
ρ-密度（kg/m3);标准海水密度按照1.03计算
g-当地重力加速度，按照9.8计算
η-额定工作点下的效率,为80%
可以计算出该工作点下的水泵轴功率为1020KW。
在选择电机功率时应根据ISO5199加上安全余量，选择电机规格时，选择P2应大于泵轴功率并与之相近的规格。所以我们选择电机功率为1120KW。
5、选配高效率COMPACT高压电机。
高压电机的电压，频率，赫兹等由现场的供电情况决定。我们按照国内常用的供电情况6KV，3相，50HZ来选择。为了降低单位产水的能耗，我们尽可能地选用高效电机，因此选配国际领先的紧凑型COMPACT高效电机，其效率高达96%，而国内常用的YKK系列该功率为93%。此外，COMPACT系列的防护等级可达IP55，还具有体积小，重量轻，用户维护方便，安装简单等特点。在本系统，采用高效电机比普通电机的采购差价约为5万人民币，按照1度工业电价为0.5元计算，则4个月就可以收回高效电机增加的成本。
三、整套系统能耗分析
在本系统中，增压泵也是能耗的一部分，在图4中，通过高压泵和增压泵的能耗分析，可以计算出整套系统的单位产水能耗为2.68kWh/m3
从表6可以看出，通过对反渗透海水淡化系统的高压泵的合理选型，选择高效的水泵和电机系列，对于日产50，000吨能力的反渗透海水淡化装置，其能耗降低0.5kWh/m3以上，大大降低了反渗透海水淡化用泵的能耗成本。每日的电费可以减少25,000度电，节省了一笔非常可观的成本支出。
四、结论
在海水淡化技术已成熟的今天，经济性是决定其广泛应用的重要因素。针对反渗透海水淡化系统的运行工况，尤其是对于日产10，000吨以上的海水淡化系统，高压泵的合理选型对于整个系统的能耗起关键作用，选用高效率的水泵和电机会增加一小部分的初期投资，但是从长远的运行费用的角度考虑，这部分增加的初期投资在很短的阶段可以收回。因此无论是从环保还是节省运行费用考虑，选择高效的设备都将给业主带来最高的投资回报率。
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