海洋平台海水淡化技术的运用和发展

2023-11-01李书凯中海石油中国有限公司天津分公司天津300450

化工管理 2023年28期

李书凯(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

海洋平台是指在海洋中建立的人工平台，通常用于海洋油气勘探和开采，以及海上风电等领域。由于海洋平台距离陆地较远，加之海上环境的特殊性，使得海洋平台的供水问题十分突出。传统的供水方式是用陆地上的船只将淡水运到海洋平台，这种方式不仅费时费力，而且还有一定的安全风险。为解决海洋平台的用水问题，海水淡化技术被广泛运用于海洋平台的供水领域。海水淡化技术可以将海水中的盐分、微生物等杂质去除，生产出符合生产和生活用水标准的淡水。

海洋平台上的海水淡化设备通常被称为“造水机”，海洋平台造水机是一种专门用于将海水转化为可供人类饮用、生活、工业用水的设备。由于海洋平台通常位于离岸较远的海域，运输淡水成本高昂，因此造水机成为了海洋平台上必不可少的设备之一。本篇论文旨在探讨海洋平台海水淡化设备的运用和发展，以深入了解造水机的原理、应用现状、发展前景和运行管理等方面的内容，为提高海洋平台的供水质量和效率，以及节约资源提供借鉴和参考。

1 海水淡化技术原理

海水淡化技术是一种将海水中的盐分去除，生产出可供人类生产和生活用水的技术。目前主要的海水淡化技术有热解法、逆渗透法、电解法和离子交换法等。其中，逆渗透法是目前应用最为广泛的一种海水淡化技术。逆渗透法是利用逆渗透膜过滤海水，将海水中的盐分、微生物、有机物等杂质隔离在膜外，只允许水分子通过膜孔，从而达到淡化海水的目的。逆渗透膜通常由多层薄膜组成，薄膜的孔径只有几纳米大小，可以阻止盐分等大分子物质通过，只有水分子可以自由通过膜孔。逆渗透法的淡化效果比较明显，一般可以将海水的盐分浓度降至10～50 mg/L 以下，可以满足生产和生活的用水要求。但是，逆渗透法的能耗较高，需要用较高压力将水推过膜孔，且容易受到膜污染的影响。因此，在实际应用中，需要配合一些预处理措施，如过滤、加药等，来减少膜污染并延长膜的使用寿命。

2 海洋平台造水机的原理及应用现状

海洋平台造水机的工作原理通常是利用海水的渗透压差，将海水通过膜分离技术进行过滤，去除其中的盐分和其他杂质，产生纯净的淡水。这种方法比传统的蒸馏法和离子交换法更加高效、经济。

海洋平台上的造水机主要用于生产生活用水，还可用于蒸汽锅炉、甲板冲洗、生产流程调节等。以前这些淡水需求都需要依靠陆地用船运送，造水机的推广运用可以节约资源和减少运输成本，提高供水的安全性和可靠性，提高生产效率。目前，海洋平台上的造水机应用比较广泛，已成为供水领域的重要设备，具有很大的发展潜力和市场前景。在生产流程调节中，海水淡化设备的应用可以使生产过程更加稳定和可控。例如，在海洋油田的开采中，需要使用大量的淡水来清洗钻井平台和油井设备，同时也需要用淡水稀释钻井液。由于淡水资源短缺，这些工作可能需要频繁地中断，影响生产效率。而如果在海洋平台上使用海水淡化设备，可以满足这些需求，避免因水资源短缺而影响生产效率。

3 海洋平台造水机运行管理

3.1 防垢处理

在海洋平台上运行的造水机，由于需要使用化学药剂来防止设备内部结垢和污染，因此必须对这些化学药剂进行管理。这些药剂的添加和处理必须符合相关的规定和标准，以确保其安全和有效性。同时，设备运行过程中也需要进行定期的清洗和维护，以保证其长期稳定的运行。

3.2 淡水质量检测

海洋平台造水机生产的淡水必须符合相关的水质标准，以确保其可以安全使用。因此，对于海洋平台上的造水机，必须进行定期的水质检测，以确保生产的淡水符合标准。同时，对于设备的运行参数也需要进行监测和记录，以便对设备进行调整和优化，确保其长期稳定的运行。

3.3 环境保护

在海洋平台上运行的造水机，需要对设备所产生的废水和废弃物进行处理和管理，以确保其不会对周围环境造成污染和影响。同时，还需要对设备的能源消耗进行管理和控制，以减少其对环境的影响，同时提高能源利用效率。

3.4 水质监测与处理

海洋平台造水机的核心任务就是将海水转换成为可用于人类饮用、工业生产和灌溉等用途的淡水。然而，海水中含有大量的盐分和微量元素，如果不经过处理，这些物质会对人体健康和生产造成严重的影响。因此，对海水进行监测和处理，保证水的质量是海洋平台造水机运行管理的重要一环。首先，对海水进行监测是保证水质的前提。海水的主要成分是水和盐，但是不同地区的海水中还会含有不同种类和数量的微量元素，如：重金属、硫酸盐、氯离子等。因此，在进行海水淡化前，需要对海水的物理、化学和微生物等指标进行监测，确保水质符合要求。这些指标包括水温、盐度、pH 值、氨氮、总磷等，不同的监测指标需要使用不同的仪器和方法进行检测。其次，针对不同的海水成分，可以采用不同的技术进行处理。目前，广泛应用的海水淡化技术包括蒸馏法、多效蒸馏法、多级闪蒸法、逆渗透和电渗析等。其中，逆渗透和电渗析是最常用的两种技术。逆渗透技术是利用半透膜将海水分离成为淡水和高浓度盐水的一种方法。半透膜的孔径非常小，只有纳米级别，可以阻止盐分和微生物等物质的通过，从而实现淡水和盐水的分离。逆渗透技术有成本低、效率高、占用空间小等优点，是当前应用最广泛的一种海水淡化技术。电渗析技术是利用离子交换膜将电场能转化为化学能，使海水中的离子分离的一种技术。电渗析的工作原理是，在两个电极之间设置离子交换膜，在外加电场的作用下，电解质中的阴、阳离子将被吸附在阴、阳离子交换膜上，从而实现离子的分离。电渗析技术具有节能、效率高、处理海水成分广泛等优点，被广泛应用于海水淡化。海洋平台造水机的水质监测与处理是非常重要的，只有确保海水的质量符合要求，才能保证淡水的质量和安全性。

4 海洋平台造水机的应用案例分析

4.1 海洋石油平台造水机的应用案例

海洋石油平台是离岸石油生产和加工的重要基地，其对淡水的需求量巨大。传统的淡水供应方式需要通过长途运输，费用高昂，因此海洋石油平台上普遍采用造水机来实现淡水的供应。

以中国海洋石油集团公司的东海海洋石油平台为例，该平台上共有9 台造水机，总处理能力达到了8×104t/d。平台上采用的是反渗透技术，每台造水机的处理能力在3 000～4 000 t/d 之间，可满足平台的日常生活用水和石油生产用水需求。

4.2 海洋风电平台造水机的应用案例

海洋风电平台是将风力发电机组安装在海上平台上，通过海风发电，与陆上风电机组相比，具有更加稳定、连续的发电能力。然而，海洋风电平台通常远离岸上淡水供应，需要使用造水机进行淡水的制取。

比利时的Thornton Bank 海上风电场就采用了造水机来解决淡水问题。Thornton Bank 海上风电场包括54 台风力发电机组和4 台造水机，造水机的总处理能力为4 000 t/d。采用的是反渗透技术，能够将海水中的盐分和其他杂质去除，产生高品质的淡水。

4.3 其他海洋平台造水机的应用案例

除了海洋石油平台和海洋风电平台，其他类型的海洋平台也广泛采用了造水机。例如，海洋渔业平台需要大量淡水来保存捕捞的海产品，而海洋科考平台需要淡水来满足科研和生活需求。因此，这些平台上通常也会安装造水机来满足淡水需求。总的来说，造水机在海洋平台上的应用已经成为了一种常见的解决淡水供应的方式，能够为海洋平台提供高效、经济、稳定的淡水供应，为海洋产业的发展提供了重要的支持。

5 造水机的发展前景

随着海洋经济的不断发展和海上能源的广泛利用，对海洋平台供水设备的要求也越来越高。造水机作为海洋平台供水设备的重要组成部分，也将受到更多的关注和需求。此外，海洋平台海水淡化设备的推广和运用还可以大幅度地节约资源。目前，海洋平台上的淡水需求都是通过陆地运输而来，这不仅增加了成本，也会对环境造成一定的负担。如果能够在海洋平台上使用海水淡化设备，就可以避免大量的淡水运输，节省成本，同时也减少了运输对环境的影响。此外，对于那些需要大量水资源的海洋平台，如油田、港口等，使用海水淡化设备可以更好地满足其生产和运营需求，避免因水资源短缺而影响生产效率。

然而，使用海水淡化设备也存在一些问题和挑战。首先，造水机的运行需要耗费大量的能源，因此在能源不足的情况下，海水淡化设备的推广和运用将面临一定的困难。其次，使用海水淡化设备还需要考虑水质的问题。由于海水中含有大量的盐分和矿物质，造水机需要加入一些防垢的化学药剂来防止管道和设备的损坏，这样的淡水并不适合直接饮用或用于食品加工等。因此，如何解决这些问题将成为未来海洋平台海水淡化设备推广和运用的重要方向。

海洋平台海水淡化设备的运用和发展具有非常重要的意义，可以为海洋平台提供足够的淡水资源，同时也可以节约资源、降低成本和环境影响。虽然在推广和运用的过程中还存在一些问题和挑战，但相信随着科技的不断发展和创新，这些问题也将逐渐得到解决，海水淡化设备的推广和应用也将越来越广泛。

6 造水机的局限性和应对措施

由于造水机运行期间需要加入一些防垢的化学药剂，因此不能直接用于生活用水。另外，造水机的能耗和维护成本较高，也会对造水机的应用造成一定的限制。对于这些局限性，我们可以采取一些措施，如在选择造水机时应该考虑其能源消耗和维护成本，并采用更加环保的防垢剂等。

7 展望海水淡化技术的未来发展趋势

未来造水机的发展方向主要是提高设备的自动化程度、降低能耗、增加设备的耐用性、减少设备的维护成本等方面。此外，未来可能会出现更加高效的海水淡化技术，例如利用太阳能或者其他新型能源进行海水淡化。随着科学技术的不断进步和社会需求的增加，海水淡化技术将会有更广泛的应用。未来，随着海水淡化技术的不断发展和完善，其在各个领域的应用将会越来越广泛，同时也会带来更多的机遇和挑战。在未来的发展中，需要进一步加强对海水淡化技术的研究和应用，以推动其在海洋工程领域的进一步发展。