海上平臺(tái)海水淡化及純凈水制作應(yīng)用

1.摘要

海上平臺(tái)在正常生產(chǎn)生活過(guò)程中，經(jīng)常遇到惡劣天氣、船舶資源短缺，平臺(tái)淡水罐容積不足，淡水消耗快等原因，導(dǎo)致平臺(tái)無(wú)法增加淡水。淡水短缺，將導(dǎo)致海上平臺(tái)設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，重要作業(yè)無(wú)法開(kāi)展。類似某平臺(tái)所在海域，長(zhǎng)期刮大風(fēng)，無(wú)法添加淡水，給該平臺(tái)生活及設(shè)備運(yùn)行造成較大影響，通過(guò)直升機(jī)運(yùn)送飲用水成本極高。通過(guò)配置海水淡化裝置，RO反滲透至飲用水級(jí)別，解決了缺乏海上平臺(tái)淡水問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：海水淡化;RO反滲透;純凈水;廚房用水;蒸餾水冷卻

2.引言

目前，海上平臺(tái)淡水一般通過(guò)船舶運(yùn)輸。隨著海上平臺(tái)石油事業(yè)發(fā)展，海油事業(yè)挺進(jìn)深海，船舶資源越來(lái)越緊張。海上平臺(tái)淡水添加成本上升。

海上平臺(tái)空間狹小，淡水罐空間有限。綜合空間、成本、工藝條件、淡水置換防止滋生細(xì)菌等原因，海上平臺(tái)淡水罐體積設(shè)計(jì)較小小，也是淡水不足的先天性因素。

海上平臺(tái)淡水重要用途。首先，重要設(shè)備冷卻用蒸餾水或純凈水防止結(jié)垢，制作蒸餾水和純凈水過(guò)程也就消耗大量的淡水。其次，淡水密封防腐，密封消耗不大，但是一旦消耗起來(lái)，時(shí)間久總量大。第三、沖洗甲板及設(shè)備。海上臺(tái)風(fēng)或海水、消防水沖洗過(guò)的甲板面容易積累大量鹽分，鹽分對(duì)金屬腐蝕比較厲害，如果淡水不及時(shí)清洗，將造成大量腐蝕。

3、海上平臺(tái)海水淡化方案。

海上平臺(tái)海水資源豐富，在地層能源充足的情況下，電能和熱能都是海水淡化比較理想的選擇。海水淡化通常有蒸餾法淡化和反滲透膜淡化兩種方案。

海水蒸餾淡化主要原理是，把過(guò)濾后的海水進(jìn)行加熱，抽真空低壓蒸餾，促使水分蒸發(fā)，鹽分不蒸發(fā)，從而進(jìn)行分離。水分遇到冷卻片，冷凝后流回蒸餾水罐。

在海上實(shí)際應(yīng)用中，海水冷卻器，海水加熱器需要鈦合金冷凝器，定期添加藥水，更換密封面，清理污垢。在海水加熱器方面，加熱管腐蝕情況較頻繁，消耗熱能高。人工維護(hù)成本較高。

反滲透膜海水淡化，通常又稱超過(guò)濾法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。

3.1反滲透膜淡化

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，節(jié)能意識(shí)的提高，在海上平臺(tái)逐步使用反滲透膜海水淡化方案。

3.1.1、反滲透效果

半滲透膜與鹽分等親和性較差，與水親和性較好。半滲透膜采用芳香聚酰胺膜材質(zhì)，其除鹽效果可高達(dá)95%以上。反滲透膜能截留大于0.0001微米的物質(zhì)，是最精細(xì)的一種膜分離產(chǎn)品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機(jī)物，同時(shí)允許水分子通過(guò)。

3.1.2、工藝流程

海上平臺(tái)反滲透膜海水凈化裝置流程，主要是海水經(jīng)過(guò)海水泵后，計(jì)入沉沙過(guò)濾器、PP棉過(guò)濾器等進(jìn)行過(guò)濾，去除微生物，沙子，鐵銹等比較大的雜質(zhì)后，再進(jìn)行過(guò)濾，使得海水含雜質(zhì)小于5微米顆粒方可通過(guò)安保濾器。通過(guò)安保濾器后，海水經(jīng)過(guò)高壓柱塞泵加壓，打入反滲透膜。海水出口壓力高達(dá)5Mpa.通過(guò)加壓方式，使得反滲透膜另外一側(cè)稀釋出淡水，濃水則通過(guò)排水管進(jìn)行排掉。

以文昌某海上平臺(tái)海水淡化工藝流程為例，海水管線進(jìn)入2套砂過(guò)濾器后，進(jìn)入2套安保過(guò)濾器，通過(guò)高壓柱塞泵，注入反滲透膜系統(tǒng)。濃水從濃水出口排出，淡水從淡水出口排出。反滲透膜的淡水出口含電導(dǎo)率儀，當(dāng)?shù)妼?dǎo)率不符合要求，或者淡水電導(dǎo)率儀發(fā)生故障，則淡水出水口排到排海管線。只有生產(chǎn)合格水質(zhì)時(shí)，方可排入淡水管線，進(jìn)入淡水罐儲(chǔ)存。該海水淡化裝置每小時(shí)生產(chǎn)淡水2方，每天至少可產(chǎn)淡水30方，滿足海上平臺(tái)需要。

4、純凈水機(jī)應(yīng)用

由于飲用水相對(duì)淡水來(lái)說(shuō)，要求的標(biāo)準(zhǔn)更高。這就要求淡水轉(zhuǎn)為直接飲用水的設(shè)備，更成熟，更干凈。文昌某油田海水淡化后，淡水并沒(méi)有達(dá)到直接飲用的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于遠(yuǎn)離陸地的海上平臺(tái)來(lái)說(shuō)，飲用淡水顯得特別珍貴。文昌某油田采用市面常見(jiàn)的反滲透膜凈水系統(tǒng)，對(duì)淡水進(jìn)行凈化，出水達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.1、純凈水工藝流程。

海上平臺(tái)反滲透膜的海水淡化裝置處理出來(lái)淡水，主要用于日常海上設(shè)備海鹽附著物清洗、甲板面清洗、高溫設(shè)備冷卻、生活洗衣洗漱用水等等，直接飲用仍需進(jìn)一步處理，才能得到符合飲用的淡水。

4.2、純凈水使用效果

首先，純凈水機(jī)制水滿足了生活廚房水質(zhì)要求。反滲透膜材料除鹽率高達(dá)95%，通過(guò)反滲透膜后，水中的固體含量TDS值從400減少至50以下，達(dá)到直接飲用標(biāo)準(zhǔn)。廚房廚房用水衛(wèi)生得到了保障。

其次，純凈水制水機(jī)滿足了化驗(yàn)室制作更純凈水源的需要。化驗(yàn)室使用注水化驗(yàn)需要的純度更高，化驗(yàn)室用的制純水機(jī)使用淡水經(jīng)常產(chǎn)生加熱管結(jié)垢、加熱進(jìn)水堵塞、耗能高等問(wèn)題。通過(guò)反滲透膜凈化后的純水大大減輕化驗(yàn)室用制純水機(jī)的壓力。

第三、純凈水機(jī)滿足了應(yīng)急機(jī)冷卻水箱應(yīng)用淡水的問(wèn)題。應(yīng)急機(jī)長(zhǎng)期使用未經(jīng)處理淡水冷卻，冷卻水箱結(jié)垢會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。改用純凈水冷卻，效果與蒸餾水冷卻一樣，結(jié)垢幾率降低，從而側(cè)面維護(hù)了應(yīng)急機(jī)運(yùn)行。

5、反滲透膜海水淡化裝置經(jīng)濟(jì)分析

海上平臺(tái)淡水使用非常頻繁，消耗量較大，油田除了需要節(jié)約使用淡水外，油田仍需不斷需要船舶補(bǔ)給淡水。

遇到刮風(fēng)等異常天氣無(wú)法加水，生產(chǎn)生活受到影響，反滲透膜海水淡化裝置投用后，避免單獨(dú)加淡水，減少拖輪停靠次數(shù)，降低大量費(fèi)用。

假設(shè)中心平臺(tái)120人，50X20米三層甲板的中心平臺(tái)每天正常消耗的淡水量大約為35噸。每個(gè)平臺(tái)大約100方淡水罐，如果中心平臺(tái)不采取節(jié)能節(jié)水措施，那么平均拖輪每2.5天就必須給平臺(tái)加淡水。正常情況，淡水消耗補(bǔ)給成本一年消耗費(fèi)用94.9萬(wàn)元。

5.1? 一次投資成本

一次投資成本主要涉及海水淡化裝置設(shè)備采購(gòu)、安裝、調(diào)試，純凈水機(jī)采購(gòu)、安裝、調(diào)試。海水淡化水管線鋪設(shè)，純凈水水管鋪設(shè)，隔離閥門采購(gòu)及安裝等，一次投資成本約46萬(wàn)元。

5.1.1海水淡化裝置成本

目前海水淡化市場(chǎng)、制純水市場(chǎng)設(shè)備均已比較成熟。產(chǎn)量為30方每天的海水淡化裝置設(shè)備、采購(gòu)、安裝、調(diào)試約需要43萬(wàn)元。

5.1.2純水機(jī)成本

每分鐘2升制水量的純凈水制水機(jī)安裝、凈水存儲(chǔ)罐安裝、鋪設(shè)凈水管線，自來(lái)水管線安裝，濃水排水管線安裝，調(diào)試費(fèi)用，約3萬(wàn)元。

5.2? 日常維護(hù)成本

純凈水制水機(jī)主要消耗為PP棉濾芯1年更換一次、反滲透膜濾芯2年更換一次。年均維保成本約6000元。

海水淡化裝置平均3年更換一次PP棉安保濾器，3年更換一次沉沙濾器，每3年更換一次反滲透膜（反滲透膜價(jià)格約3.2萬(wàn)元，價(jià)格較高）。平均一年消耗費(fèi)用約5萬(wàn)元。

6、海水淡化應(yīng)用及推廣

6.1、平臺(tái)使用案例

文昌海域某平臺(tái)采用海水淡化裝置總投資大約39萬(wàn)元，油田自行安裝制純水機(jī)，自行鋪設(shè)管線滿足各類設(shè)備設(shè)施、生活生產(chǎn)純水應(yīng)用，人工及材料成本約為2.9萬(wàn)元。一次投用總成本約41.9萬(wàn)元。2年來(lái)，已完成更換1次反滲透膜及PP濾棉成本費(fèi)用大約8萬(wàn)元。2年總投入約50萬(wàn)元。

通過(guò)海上平臺(tái)海水淡化及純水制作應(yīng)用2年來(lái)，船舶給平臺(tái)淡水補(bǔ)給次數(shù)從3天一補(bǔ)給減少至7天補(bǔ)給，2年總共減少船舶停靠136次。在淡水方面，2年總共節(jié)省64.5萬(wàn)元。

6.2、外海平臺(tái)推廣價(jià)值

隨著海洋石油事業(yè)的發(fā)展，中海油挺進(jìn)深海戰(zhàn)略深入。海上平臺(tái)或FPSO距離陸地越來(lái)越遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本越來(lái)越高。淡水補(bǔ)給成本越來(lái)越大，通過(guò)海上平臺(tái)海水淡化及純水制作應(yīng)用，將為海上石油事業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價(jià)值較高的經(jīng)濟(jì)效益。

作者介紹：

趙忠衛(wèi)（1982.12.31），性別：男;籍貫：廣西;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：中級(jí)工程師;研究方向：節(jié)能增效