反渗透淡化装置在民用船舶上的应用前景

于世永

（南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通　226000）

反渗透淡化装置在民用船舶上的应用前景

于世永

（南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通226000）

目前，除了近洋和内河船舶采取自带淡水外，大部分远洋船舶采用真空沸腾式淡化装置制造淡水。鉴于此，通过介绍反渗透淡化装置的结构及工作原理，并通过和真空沸腾式淡化装置进行对比，分析反渗透淡化装置在民用船舶上的应用前景。

反渗透；淡化装置；脱盐率；渗透压

不论是在陆地上还是在海洋上，淡水都是人类生活不可缺少的一种资源，也是机器设备正常运行的重要保证。在陆地上淡水资源丰富，获取的方法较简单。但对于在海洋中航行的船舶来说，就不是那么容易了。鉴于此，本文介绍了反渗透淡化装置的系统设备组成，重要部件的结构和工作原理，并对比目前船舶常用的真空沸腾式淡化装置。分别分析了两种装置的工作原理、耗能的大小关系，以及管理和使用的方便性，最后分析了反渗透装置在船舶上应用的前景。

1　船用淡化装置的现状

1.1真空沸腾式海水淡化装置

目前，除了近洋和内河船舶采取自带淡水外，大部分远洋船舶采用真空沸腾式淡化装置制造淡水。

基本工作原理：海水泵首先将部分海水送入真空泵对蒸馏器抽真空，同时将另一部分海水经调节阀进入蒸发器的竖管内，自下而上流过；主机缸套水在竖管外自上而下横向流过，对海水加热；被加热的海水在真空下沸点降低，很容易沸腾产生蒸汽；蒸汽绕过横置的汽水分离器，从冷凝器上部的开口处进入冷凝器，冷却海水从冷凝器的管内流过，将管外的蒸汽冷却成液态水；冷凝水从冷凝器底部被凝水泵抽走，送至淡水存储舱；蒸汽内的海水，因为含盐量较大，通过排盐泵排至舷外。

1.2特点和应用

从真空沸腾式海水淡化装置工作原理可以看出：使海水沸腾的热源主要来自主机缸套加热水，加热资源丰富，但是前提是主机必须正在运行；其次，真空沸腾需要对装置抽真空，而且要求真空度很高，这就要求装置有比较好的密封性。但由于装置结构紧凑，设备价格低，因此真空沸腾式海水淡化装置被广泛应用在远洋海船上。

2　反渗透式海水淡化装置及系统

2.1反渗透式海水淡化装置的结构及基本原理

系统组成如图1所示，反渗透装置主要由反渗透膜装置1、粗滤器5、细滤器6、保安滤器4、高压泵3、海水泵7及能量回收装置2组成。

工作原理：海水经海水泵7进入系统，先后经过粗过滤器5和细过滤器6，对海水进行初步净化，除去杂质；然后通过保安过滤器4，对海水进一步净化过滤、除菌，使造水污染指数降低；接着经过高压泵3对净化过的海水提高压力，使压力达到渗透压，让海水中的淡水分子可以通过渗透膜装置1，从而得到淡水；剩余高浓度盐分的海水则通过能量回收装置2回收高压能量，最后将高浓度海水排至舷外［1］。

图1　反渗透式海水淡化装置结构图

2.2装置性能特点

由装置工作原理可知，反渗透式海水淡化装置设备简单，体积小、重量轻、占地省，安装方便，适应性强，可以在狭窄拥挤的空间安装。各部件分散安装，便于吊运安装。设备操作简单维修方便，主要维护工作是对渗透膜（半透膜）的清洗和粗、细滤器的清洗。另外，设备脱盐率高，性能稳定、安全可靠，设计新颖巧妙，避免了频繁的清洗，无环境污染。而且由于设置了能量回收装置，因此能量利用率较高，符合节能减排的科学理念。

3　能量回收装置

能量回收装置按照工作原理主要可分为透平式和正位移式2种类型。透平式能量回收装置主要是水力透平式，通常需要经过“压力能-机械能-压力能”两步转换过程，能量回收效率一般在50%～70%。正位移式能量回收装置利用反渗透系统排出的高压浓水直接增压进料海水的方式来回收能量，能量回收效率一般都在92%～95%。目前，国际常用的透平式能量回收装置主要代表为美国PEI公司的水力透平，正位移式能量回收装置主要代表为美国ERI公司的PX。

3.1水力透平式能量回收装置

水力（涡轮）透平式能量回收装置采用离心式原理，由安装叶轮的水泵侧和安装透平转子的透平侧组成，叶轮和透平转子间通过一根中心轴相连接。反渗透装置排出的高压浓水直接冲击涡轮驱动透平转子把压力能转换为机械能，通过中心轴把机械能传递水泵侧的叶轮，叶轮再把机械能转换为压力能，对进入反渗透系统的海水实施增压。因此，水力透平式能量回收装置完全由浓水提供能量，不需要外加电能。水力透平式出现最早，技术成熟，流程简易，组装方便，产品已形成系列化，但由于其在能量回收过程中存在二次能量转换，在转化过程中存在能量损失，所以能量回收效率较低。因此，比较适宜在大容量海水淡化系统中应用。

3.2压力交换式能量回收装置

压力交换式能量回收装置采用正位移原理。低压海水从一端进入PX设备，来自反渗透膜的高压浓盐水从另一端进入PX设备。压力能量在设备内进行交换后，低压海水转变成高压海水流出，而高压浓盐水转变成低压浓盐水流出。这种能量转换效率非常高，可达95%以上，比涡轮机的转换效率高1/3。经PX加压后的高压海水使进入反渗透装置的海水得到分流，通过高压泵的海水流量大幅度降低，从而降低了对高压水泵的能耗要求，因此安装此装置后可使海水淡化的运行费用大为降低。

4　两种淡化装置的对比

4.1淡化原理对比

真空沸腾式淡化装置是在真空下使用主机缸套水对海水加热使其汽化沸腾，然后用海水对水蒸气冷凝成液态淡水。对装置抽真空和对海水加热，对装置的密封性和热源提出了较高要求。因此，必须在主机运转时或者锅炉运行时才能进行海水淡化。反渗透式海水淡化装置利用渗透膜只允许淡水通过，并对海水持续施加渗透压，以保证装置能连续不断地产生淡水。整个过程不需要热源，也无抽真空和装置空密封要求，因此装置可以随时持续运行。

4.2结垢问题对比

真空沸腾式淡化装置工作一段时间后，装置容易结垢，长期使用需要定期清理结垢和对各个部件进行清洁。管壳式的蒸发器和冷凝器的清洁难度较大，且清理过程中很容易破坏装置的密封性，从而影响装置的制淡效果；而反渗透式海水淡化装置则无结垢问题，只需要视情对3个滤器和渗透膜进行化学反冲洗、正冲洗清洁及定期更换即可，清洁难度要比清除水垢小得多，同时也节约了劳动力。

5　结语

人们对新事物的认识和应用总会有个过程，但随着船舶科技水平的不断进步，能量回收装置的效率将不断提高，能量回收技术和装置必将日益受到高度的关注和重视，新型的海水淡化装置——反渗透式海水淡化装置，必将会被越来越多的现代化船舶采用。

［1］潘献辉，王生辉，杨守志，等.反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用［J］.中国给水排水，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，讲师，研究方向：轮机工程。