MFIA09型反渗透高压泵安全运行监测系统的改进

2019-09-02邱灿金王振强黄雪平

船舶标准化工程师 2019年6期

邱灿金，王振强，黄雪平

（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

0 引言

舶舶在海上航行，需要消耗大量淡水，而获取淡水主要依靠海水淡化装置。某船在前后机舱分别装有一台MFIA09型反渗透海水淡化装置，日产水量可达100 t。由于反渗透造水是一种浓缩挤压的过程，获取淡水需要在高压下进行，所以高压泵在反渗透海水淡化装置中具有重要作用。由于高压泵是柱塞式泵，属于进口设备，结构精密，维修困难，费用昂贵，缺水易形成干磨，一旦缺乏保护将影响到整个系统的造水，怎样保障其正常运行，提高其使用寿命，本文针对这个问题提出监测系统的改进方法。

1 反渗透工作原理

1.1 反渗透原理

海水和淡水通过一种半透膜隔开，淡水自然穿过半透膜进入海水一侧，这种稀溶液向浓溶液自然流动的现象称作“渗透”，如图 1a)所示。反渗透则是在海水一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透的方向，把海水中的的淡水挤压到半透膜的另一边，这和自然界的正常渗透过程相反，因此称为“反渗透”，如图1b)所示[1]。这种特制的半透膜称为“反渗透膜”。

图1 反渗透原理

反渗透海水淡化装置，就是利用反渗透的原理通过高压作用将淡水从海水中分离出来，从而实现海水淡化的目的。

1.2 反渗透产水原理

海水由增压泵抽水进入预处理系统，经过多介质过滤器、精密过滤器、保安过滤器过滤，去除海水中的藻类、细菌、细小颗粒物。经预处理后的海水进入高压泵，在高压泵的作用下（压力不能低于4.0 MPa），进入高脱盐率反渗透膜，通过针型阀增加压力，使海水中的水分子透过半透膜进入多孔收集管，排入淡水舱，而盐分子被阻止，与海水一起排出舷外[2]。如图2所示。

图2 反渗透海水淡化装置产水原理

反渗透海水淡化装置获取淡水需要在高压下进行，工作压力一般在4.0 MPa～6.5 MPa范围内，由于海水含盐量较高，通常海水含盐量超过35 000 mg/L时，其渗透压为2.8 MPa。而反渗透膜组对水中的离子具有选择透过性，在反渗透浓水侧和产水侧存在着渗透压差，这样就必须有外界的压力来克服渗透压差实现造水，这种外界的压力由高压泵提供，因此高压泵是整个反渗透海水淡化装置反渗透能量的核心部件，是反渗透海水淡化装置的“心脏”，高压泵性能的好坏将直接影响整个系统脱盐率和造水率。

2 高压泵监测系统存在的缺陷

2.1 故障描述

在一次出海执行任务期间，值班人员巡视反渗透海水淡化装置发现其自然停机，系统复位后重新启动，但高压泵压力仍然建立不起来，无法正常工作。后经过拆泵详细检查发现高压泵整个内部结构磨损特别严重，单个柱塞吸、排阀体存有明显研磨痕迹，柱塞与缸体间隙配合密封度降至正常水平的85%左右，泵运行过程中存在内外漏泄，导致泵的压力和流量下降。图3为已磨损的高压泵内部。

图3 已磨损的高压泵内部

2.2 原因分析

反渗透本身设计有高压泵启停压力继电器，当水压过低时系统能实现自动保护。但拆检之后发现其压力传感器传输信号的压力表管被铁锈堵塞，无法正常工作。由于压力表管路较细，加上海水中杂质较多，长时间运行海水管路存在锈蚀现象，易产生堵塞。导致水压过低时，传感器无法感应到实际压力，系统误判造成高压泵持续工作，直至损毁[3]。

3 监测系统改进及安装

3.1 监测系统改进设计

针对上述故障及原因分析，结合高压泵在实际工作中存在的问题，不难发现压力传感器还存在很多问题，一旦压力传感器失灵势必会造成泵体干磨，轻则内部磨损，重则泵直接损毁。

此时如果在高压泵进口安装一套可行的流量监测传感器，通过水流监测，可以更好地保障高压泵的正常运行。因此本文提出在高压泵进口处加装一套挡板式流量监测开关，来实时监测高压泵进口水流的工作状态，做到双重保护，防止压力传感器失灵，以此来提高反渗透高压泵的安全、高效运行。

监测系统组成：挡板式流量开关、传感器、PLC控制系统等组成，见图4。高压泵实物图见图5。

图4 高压泵监测系统图

图5 高压泵实物图

3.2 监测系统功能实现

当压力传感器失灵情况下，挡板式流量开关挡板监测到高压泵进口水流大于启动流量时，水流会推动挡板产生位移，带动顶部的微动开关传输给传感器，该信号输入到PLC控制系统，经PLC实现以水流控制高压泵运行。

当挡板监测到高压泵进口水流降低或满足不了泵的启动水流时，挡板在复位弹簧推力下带动磁源回位，传感器动作，输出到PLC控制系统，经PLC控制系统断开泵的控制回路，停止高压泵运行，达到保护高压泵的目的。同时PLC的输出端输出一路信号到控制箱上的指示灯和电铃，发出声光报警信号并通过通讯线路传到中央集控室，以便值班人员及时发现并排除故障，避免高压泵“干烧”现象的发生。