受“千鈞”重負(fù) 保滴水不漏

朱拜勒是沙特阿拉伯東部港口，也是工業(yè)重鎮(zhèn)。這里即將建成世界最大膜法海水淡化廠、全球唯一一個(gè)產(chǎn)水量達(dá)到100萬(wàn)噸/天的海水淡化項(xiàng)目——朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項(xiàng)目。

日前，最后一批用于朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項(xiàng)目的膜外殼在天津港裝箱啟運(yùn)，標(biāo)志著中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司所屬哈爾濱樂(lè)普實(shí)業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“樂(lè)普實(shí)業(yè)”）順利完成該項(xiàng)目膜外殼交付任務(wù)。這也是國(guó)產(chǎn)膜外殼首次運(yùn)用于百萬(wàn)噸級(jí)別的膜法海水淡化項(xiàng)目。

膜法是一種利用特殊膜材料將海水中的水分子和鹽分子進(jìn)行分離，從而得到人類(lèi)可飲用淡水的技術(shù)。海水淡化過(guò)程中，需要對(duì)海水施加一定壓力，讓水分子通過(guò)膜材料。作為膜元件的重要配套組成部分，膜外殼能承受過(guò)濾時(shí)的高壓，確保淡化過(guò)程順利進(jìn)行，堪稱海水淡化膜法的“守護(hù)者”。

每天，全球有超過(guò)1億噸凈水從樂(lè)普實(shí)業(yè)生產(chǎn)的膜外殼中產(chǎn)出。作為工信部評(píng)選的制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)，樂(lè)普實(shí)業(yè)生產(chǎn)的膜外殼應(yīng)用于全球許多知名海水淡化項(xiàng)目，市場(chǎng)占有率居國(guó)內(nèi)第一、世界前列。

攻克密封技術(shù)難題

筆者近日走進(jìn)樂(lè)普實(shí)業(yè)德州生產(chǎn)基地，觀摩膜外殼的生產(chǎn)過(guò)程——一束束潔白的玻璃纖維絲經(jīng)過(guò)樹(shù)脂纏繞后，進(jìn)入高溫固化爐定形，再完成打磨、加工、水壓檢測(cè)、表面處理等步驟。所有產(chǎn)品待工人檢驗(yàn)合格后，被裝上運(yùn)輸車(chē)。

“膜外殼最核心的組件就是玻璃鋼殼體。殼體需要承受過(guò)濾時(shí)的工作壓力，要防滲漏、耐疲勞、耐腐蝕。”樂(lè)普實(shí)業(yè)研發(fā)部部長(zhǎng)劉曉偉告訴筆者，在殼體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮纖維纏繞角度、局部補(bǔ)強(qiáng)和纏繞固化工藝參數(shù)等多方面因素。

在膜外殼制造過(guò)程中，研發(fā)部門(mén)攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題。密封技術(shù)是膜外殼制造的核心技術(shù)之一。劉曉偉介紹，膜外殼密封不過(guò)關(guān)很容易發(fā)生滲漏，導(dǎo)致安全事故。一支膜外殼有近20處密封點(diǎn)，最小直徑約為23.5毫米，最大直徑可達(dá)190毫米。以1000磅力/平方英寸的膜外殼為例，每處密封點(diǎn)要承受近70公斤力/平方厘米的水壓，這對(duì)密封技術(shù)要求極高。

密封點(diǎn)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，是制造過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)。“比如，端板密封區(qū)域容易有鹽析出，形成結(jié)晶。結(jié)晶的長(zhǎng)期累積會(huì)造成密封圈密封失效進(jìn)而發(fā)生滲漏，導(dǎo)致外側(cè)受力金屬件發(fā)生腐蝕。”劉曉偉說(shuō)，隨著水處理的原水介質(zhì)成分越來(lái)越復(fù)雜，端部密封失效的問(wèn)題日益凸顯。

針對(duì)這一問(wèn)題，研發(fā)人員設(shè)計(jì)研制了一種新結(jié)構(gòu)，它可利用水流沖刷掉密封點(diǎn)析出的鹽分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在研發(fā)人員設(shè)計(jì)的一種新工況模擬設(shè)備上，新結(jié)構(gòu)部件達(dá)到了預(yù)期效果。“這項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究形成的專(zhuān)利正在受理中。”劉曉偉告訴筆者，關(guān)于膜外殼密封性能研究，樂(lè)普實(shí)業(yè)已申請(qǐng)3項(xiàng)專(zhuān)利。

目前，樂(lè)普實(shí)業(yè)共獲得授權(quán)專(zhuān)利74項(xiàng)、軟件著作權(quán)6項(xiàng)，編制了兩項(xiàng)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。樂(lè)普實(shí)業(yè)掌握了膜外殼從設(shè)計(jì)到制造全產(chǎn)業(yè)鏈條的核心技術(shù)，引領(lǐng)著膜外殼技術(shù)的發(fā)展方向。

打開(kāi)全球市場(chǎng)大門(mén)

新加坡大泉海水淡化廠、美國(guó)加利福尼亞卡爾斯巴德海水淡化項(xiàng)目、阿聯(lián)酋阿布扎比塔維勒獨(dú)立海水淡化項(xiàng)目……在世界大型海水淡化項(xiàng)目中，都能看到樂(lè)普實(shí)業(yè)膜外殼的身影。

“樂(lè)普實(shí)業(yè)膜外殼制造經(jīng)歷了從自主建設(shè)到逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，最后走向全球的過(guò)程。”樂(lè)普實(shí)業(yè)生產(chǎn)副總經(jīng)理?xiàng)顤|偉告訴筆者，樂(lè)普實(shí)業(yè)在打開(kāi)全球市場(chǎng)大門(mén)過(guò)程中，最關(guān)鍵的是拿下澳大利亞班達(dá)巴（Bundamba）水處理工程。

澳大利亞Bundamba水處理工程建成時(shí)為世界第三大深度污水處理項(xiàng)目，是當(dāng)時(shí)南半球規(guī)模最大循環(huán)水工程的一部分。2007年，該工程提出了對(duì)18英寸開(kāi)口直徑膜外殼的需求。

“當(dāng)時(shí)普通膜外殼開(kāi)口直徑也就8英寸左右，全球范圍內(nèi)沒(méi)有企業(yè)生產(chǎn)過(guò)18英寸膜外殼。”楊東偉說(shuō)。

樂(lè)普實(shí)業(yè)決定在國(guó)際市場(chǎng)與世界品牌一較高下。

項(xiàng)目要求高，時(shí)間也分外緊張。樂(lè)普實(shí)業(yè)研發(fā)人員加班加點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、力學(xué)計(jì)算、模具設(shè)計(jì)與加工、配方設(shè)計(jì)等工作。

但進(jìn)程卡在了爆破環(huán)節(jié)。“通過(guò)6倍設(shè)計(jì)壓力爆破試驗(yàn)，是制造產(chǎn)品合格的標(biāo)準(zhǔn)。”劉曉偉回憶，“膜外殼需要在6倍設(shè)計(jì)壓力下不發(fā)生爆破，但在實(shí)際測(cè)試中，18英寸膜外殼總是在壓力接近這一臨界值時(shí)，其壓力表讀數(shù)便停止上升，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)增加壓力。我們推測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生了滲漏。”

劉曉偉說(shuō)，技術(shù)人員拿著手電筒鉆進(jìn)直徑不到半米、長(zhǎng)度將近9米的膜外殼內(nèi)尋找滲漏點(diǎn)。在對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行修補(bǔ)后，產(chǎn)品一次性通過(guò)了6倍設(shè)計(jì)壓力爆破試驗(yàn)。

直到如今，18英寸膜外殼仍是世界上直徑最大的海水淡化項(xiàng)目商用膜外殼。

楊東偉說(shuō)，通過(guò)這次與世界品牌的較量，樂(lè)普實(shí)業(yè)18英寸膜外殼打響了名號(hào)，國(guó)內(nèi)外訂單不斷增多，樂(lè)普實(shí)業(yè)由此進(jìn)入出口海外的快車(chē)道。2022年國(guó)際海水淡化新增產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，樂(lè)普實(shí)業(yè)全球市場(chǎng)份額達(dá)60%，在中東、北非地區(qū)備受信賴。

加快智能制造步伐

近年來(lái)，樂(lè)普實(shí)業(yè)推動(dòng)數(shù)字化智能化發(fā)展，膜外殼生產(chǎn)效率不斷提高。劉曉偉向筆者演示了樂(lè)普實(shí)業(yè)自主開(kāi)發(fā)的膜外殼水處理參數(shù)計(jì)算軟件。在初始頁(yè)面上輸入膜外殼數(shù)量、進(jìn)水量、回收率等數(shù)據(jù)后，軟件通過(guò)自動(dòng)計(jì)算，會(huì)實(shí)時(shí)提供一套設(shè)定合理、性價(jià)比高的膜外殼串聯(lián)連接方案。

“樂(lè)普實(shí)業(yè)還開(kāi)發(fā)了膜外殼數(shù)字化模擬、生產(chǎn)和檢測(cè)工具。在設(shè)計(jì)階段，我們可使用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算和模擬符合要求的最小壁厚，并利用有限元數(shù)字工具核算殼體強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)。”樂(lè)普實(shí)業(yè)副總經(jīng)理王秋野介紹，樂(lè)普實(shí)業(yè)還通過(guò)傳感器的快捷反饋，精準(zhǔn)保障每批次、每個(gè)型號(hào)產(chǎn)品性能和質(zhì)量的一致性。

在朱拜勒2期反滲透海水淡化替換項(xiàng)目中，樂(lè)普實(shí)業(yè)通過(guò)數(shù)字化設(shè)備和混裝側(cè)開(kāi)口技術(shù)避免了流量的過(guò)剩。通過(guò)計(jì)算機(jī)工具設(shè)計(jì)的管路排布科學(xué)合理，不僅有利于提高產(chǎn)水率，還能減少能源消耗。

樂(lè)普實(shí)業(yè)智能制造的理念從產(chǎn)品延伸到生產(chǎn)設(shè)備。樂(lè)普實(shí)業(yè)將自動(dòng)試壓泵從簡(jiǎn)單的手動(dòng)打壓—停止模式，升級(jí)為根據(jù)預(yù)設(shè)壓力升壓—保壓—卸壓—數(shù)據(jù)記錄模式。這一改進(jìn)節(jié)省了手動(dòng)記錄壓力數(shù)據(jù)的時(shí)間，確保了試壓過(guò)程的安全性和可靠性，提高了工作效率。

“樂(lè)普實(shí)業(yè)在高端化、智能化、綠色化方向布局膜外殼技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，研發(fā)應(yīng)用碳纖維、耐特殊介質(zhì)新材料，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵共性技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范。”王秋野說(shuō)，下一步，樂(lè)普實(shí)業(yè)將推動(dòng)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與膜外殼設(shè)計(jì)制造深度融合，通過(guò)研發(fā)新的綠色制造工藝設(shè)備及加工技術(shù)，推進(jìn)清潔生產(chǎn)，提升資源綜合利用水平。