20万t/d海水淡化工程前置设计与工业设计应用

潘春佑，闫玉莲，李 露，薛喜东，吴水波，刘锡文

(自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

当下，国家正在高速发展，淡水资源紧缺成为限制地区发展的诸多因素之一。虽然近年来国家大力发展远程调水工程，但由于其成本高，且远期供水量和水质不稳定，急需新的水源保障地区供水。海水淡化作为一种淡水资源增量技术，是解决水资源短缺的有效途径[1-2]。而大型海水淡化工程因其具有高效性和低能耗优势，在淡化行业中具有支撑作用。

1 大型海水淡化工程现状

随着全球人口增加、气候变暖、环境污染等因素，淡水资源的需求量正急速上升，同时也促进了海水淡化产业的飞速发展[3-5]。据不完全统计，全球海水淡化装机规模已经突破1.2亿t/d，日均产量已达7 100万t/d。

无论蒸馏法还是反渗透淡化技术，为进一步降低产水成本，在不断技术创新的基础上，其工程规模与单机规模均呈现大型化趋势。根据已有资料统计，自2008年以来全球已建成产水规模在30万t/d以上的超大型海水淡化厂达14座，并在近5 a来呈现增多趋势。这14座大型海水淡化厂的产水总规模达到了749.3万t/d，占据全球淡化总装机容量的8.5%。根据2018年IDA统计数据显示，随着全球大型海水淡化工程数量的增多，工程平均规模也从5 000 t/d增长至7 100 t/d，产能规模增长主要源自于大型淡化工程，市场投资逐步向大型及超大型工程集中[6]。

2 大型海水淡化工程的技术优势

大型海水淡化工程不仅在土地利用上更加集约，而且投资和成本也明显下降。我国近期建设的海水淡化工程也逐步趋于大型化，尤其市政用海水淡化工程，如董家口10万t/d海水淡化工程、大港电厂20万t/d海水淡化工程、青岛百发10万t/d海水淡化工程等。但与国际上大型化规模仍存在较大的差距。新建市政用海水淡化工程大型化是国内海水淡化产业发展趋势。

反渗透海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力，水电联产可以利用电厂的电力就地为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。而电厂可以为海水淡化提供更优惠的电价，成本上具有竞争优势[7-10]。

而依托电厂建设的大型海水淡化工程，不仅为周边缺水地区解决用水问题，降低了对于外调客水的依赖程度，有效提高城市供水安全性，是国家政策支持的利民工程，具有良好的社会效益。同时海水淡化工程与电厂共建，可以获得更优惠的电价，降低了海水淡化的运行成本。

3 反渗透海水淡化工程工艺方案

工程拟采用反渗透工艺，其水量平衡如图1。海水通过取水泵输送至气浮池(预留)，气浮池出水自流至V型滤池，预过滤后的海水进入清水池；UF供水泵将清水池中海水加压后输送至自清洗过滤器，经过自清洗过滤器的海水进入到超滤系统，超滤系统产水进入到超滤产水池。超滤产水经一级给水泵增压后进入保安过滤，经过一级保安过滤器的海水分成两股，一股直接进入到一级高压泵，经一级高压泵加压后进入到一级RO膜组内，另一股进入到能量回收中利用反渗透浓海水的余压进行加压，然后再由增压泵加压后进入到一级反渗透膜组中，一级反渗透的产水进入到一级产水池；一级产水依次通过二级给水泵、二级保安过滤和二级高压泵后进入到二级RO膜组进行二次脱盐，二级浓水回流至超滤产水池作为一级反渗透的进水，二级产水进入到矿化滤池进行调节水质，最终出水进入产品水池，符合饮用水要求。

图1 水量平衡图

海水淡化厂主要建(构)筑物：气浮池、V型滤池、预处理加药间、预处理泵房、鼓风机房、清水池、海淡车间、反渗透加药间、空压机房、超滤产水池、一级给水泵房、一级产水池、二级给水泵房、产品水池、产品水池、产水输送泵房、中和池、总变电室、分变电站、总控制室、机修间、仓库、污泥浓缩池、污泥脱水车间、综合楼等设施。各建构筑物面积如表1所示。

表1 项目建筑

续表1 (Continue)

4 工业设计辅助总平布置

在项目前置设计中，建筑布置规划应遵循安全、合理、高效的基本原则，在项目工艺流程、厂区建筑拟定后，使用工业设计手段，将淡化工程直观表现出来，如图2。

图2 总平面布置图

其设计应满足：

(1) 在工艺流程顺畅、简洁、合理的前提下，力求布局紧凑，少交叉，并充分注意节省占地。

(2)辅助生产建筑物应统一布置，以提高全厂统一管理及生产的可靠性和方便性。

(3)在总平面布置时，充分考虑厂区绿化应与淡化厂周边的整体景观环境相协调。

(4)人流与货流分开，以避免人流与货流交叉及货流运输对办公区的干扰、污染。

(5)厂区道路主干道宽10 m，次干道宽4 m～6 m，主干道转弯半径10.0 m，次干道转弯半径9.0 m。

(6)厂区地坪标高的确定应考虑周边道路的标高及防洪要求。

(7)主厂房布置参考国内已投运或进入实施阶段的天津北疆电厂、大港新泉海水淡化厂、阿科凌曹妃甸海水淡化厂等已建淡化厂的主厂房布置尺寸，采用钢结构，并结合用地规划进行适当优化。

(8)主厂房布置既要注意降低工程造价，又要兼顾淡化厂建成后的检修、运行、维护作业的便捷。

(9)构筑物布置应符合防火、卫生规范及各种安全规定和要求，满足地上地下工程管线的铺设、绿化布置以及施工要求[11]。

最终通过工业设计图文合成技术，完成仿真效果图，如图3。

图3 仿真效果图

5 结论

当工业设计应用在海水淡化工程前置设计中，可以辅助厂区初期土建、结构布局、空间规划等方面，其设计应满足工艺流程和控制要求，考虑最合理的空间利用率，提高厂区的环境质量，利用现有地形减少对周围生态环境的影响，并在此基础上留有足够的发展用地。

设计中，可将小体量及使用功能相近的建筑物合并建造，如厂区综合楼，建筑造型力求简洁、庄重、别致，注重建筑的艺术性、生动性及群体效果，使其和谐地融入所处环境之中。建筑物设计应充分注重与周围环境相协调，生产性用房在满足工艺要求的前提下，尽量做到实用、美观，管理用房设计力求实用，形式上简洁、明快、富有时代气息。