海上平臺海水淡化及純凈水制作應用

1.摘要

海上平臺在正常生產生活過程中，經常遇到惡劣天氣、船舶資源短缺，平臺淡水罐容積不足，淡水消耗快等原因，導致平臺無法增加淡水。淡水短缺，將導致海上平臺設備無法運行，重要作業無法開展。類似某平臺所在海域，長期刮大風，無法添加淡水，給該平臺生活及設備運行造成較大影響，通過直升機運送飲用水成本極高。通過配置海水淡化裝置，RO反滲透至飲用水級別，解決了缺乏海上平臺淡水問題。

關鍵詞：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，海上平臺淡水一般通過船舶運輸。隨著海上平臺石油事業發展，海油事業挺進深海，船舶資源越來越緊張。海上平臺淡水添加成本上升。

海上平臺空間狹小，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菌等原因，海上平臺淡水罐體積設計較小小，也是淡水不足的先天性因素。

海上平臺淡水重要用途。首先，重要設備冷卻用蒸餾水或純凈水防止結垢，制作蒸餾水和純凈水過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，時間久總量大。第三、沖洗甲板及設備。海上臺風或海水、消防水沖洗過的甲板面容易積累大量鹽分，鹽分對金屬腐蝕比較厲害，如果淡水不及時清洗，將造成大量腐蝕。

3、海上平臺海水淡化方案。

海上平臺海水資源豐富，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，把過濾后的海水進行加熱，抽真空低壓蒸餾，促使水分蒸發，鹽分不蒸發，從而進行分離。水分遇到冷卻片，冷凝后流回蒸餾水罐。

在海上實際應用中，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。人工維護成本較高。

反滲透膜海水淡化，通常又稱超過濾法。該法是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。在通常情況下，淡水通過半透膜擴散到海水一側，從而使海水一側的液面逐升高，直至一定的高度才停止，這個過程為滲透。此時，海水一側高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對海水一側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。反滲透法的最大優點是節能。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

隨著科學技術發展，節能意識的提高，在海上平臺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，其除鹽效果可高達95%以上。反滲透膜能截留大于0.0001微米的物質，是最精細的一種膜分離產品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機物，同時允許水分子通過。

3.1.2、工藝流程

海上平臺反滲透膜海水凈化裝置流程，主要是海水經過海水泵后，計入沉沙過濾器、PP棉過濾器等進行過濾，去除微生物，沙子，鐵銹等比較大的雜質后，再進行過濾，使得海水含雜質小于5微米顆粒方可通過安保濾器。通過安保濾器后，海水經過高壓柱塞泵加壓，打入反滲透膜。海水出口壓力高達5Mpa.通過加壓方式，使得反滲透膜另外一側稀釋出淡水，濃水則通過排水管進行排掉。

以文昌某海上平臺海水淡化工藝流程為例，海水管線進入2套砂過濾器后，進入2套安保過濾器，通過高壓柱塞泵，注入反滲透膜系統。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率儀，當淡水電導率不符合要求，或者淡水電導率儀發生故障，則淡水出水口排到排海管線。只有生產合格水質時，方可排入淡水管線，進入淡水罐儲存。該海水淡化裝置每小時生產淡水2方，每天至少可產淡水30方，滿足海上平臺需要。

4、純凈水機應用

由于飲用水相對淡水來說，要求的標準更高。這就要求淡水轉為直接飲用水的設備，更成熟，更干凈。文昌某油田海水淡化后，淡水并沒有達到直接飲用的標準。對于遠離陸地的海上平臺來說，飲用淡水顯得特別珍貴。文昌某油田采用市面常見的反滲透膜凈水系統，對淡水進行凈化，出水達到水質標準。

4.1、純凈水工藝流程。

海上平臺反滲透膜的海水淡化裝置處理出來淡水，主要用于日常海上設備海鹽附著物清洗、甲板面清洗、高溫設備冷卻、生活洗衣洗漱用水等等，直接飲用仍需進一步處理，才能得到符合飲用的淡水。

4.2、純凈水使用效果

首先，純凈水機制水滿足了生活廚房水質要求。反滲透膜材料除鹽率高達95%，通過反滲透膜后，水中的固體含量TDS值從400減少至50以下，達到直接飲用標準。廚房廚房用水衛生得到了保障。

其次，純凈水制水機滿足了化驗室制作更純凈水源的需要?；炇沂褂米⑺炐枰募兌雀?，化驗室用的制純水機使用淡水經常產生加熱管結垢、加熱進水堵塞、耗能高等問題。通過反滲透膜凈化后的純水大大減輕化驗室用制純水機的壓力。

第三、純凈水機滿足了應急機冷卻水箱應用淡水的問題。應急機長期使用未經處理淡水冷卻，冷卻水箱結垢會產生嚴重后果。改用純凈水冷卻，效果與蒸餾水冷卻一樣，結垢幾率降低，從而側面維護了應急機運行。

5、反滲透膜海水淡化裝置經濟分析

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

遇到刮風等異常天氣無法加水，生產生活受到影響，反滲透膜海水淡化裝置投用后，避免單獨加淡水，減少拖輪?？看螖?，降低大量費用。

假設中心平臺120人，50X20米三層甲板的中心平臺每天正常消耗的淡水量大約為35噸。每個平臺大約100方淡水罐，如果中心平臺不采取節能節水措施，那么平均拖輪每2.5天就必須給平臺加淡水。正常情況，淡水消耗補給成本一年消耗費用94.9萬元。

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備采購、安裝、調試，純凈水機采購、安裝、調試。海水淡化水管線鋪設，純凈水水管鋪設，隔離閥門采購及安裝等，一次投資成本約46萬元。

5.1.1海水淡化裝置成本

目前海水淡化市場、制純水市場設備均已比較成熟。產量為30方每天的海水淡化裝置設備、采購、安裝、調試約需要43萬元。

5.1.2純水機成本

每分鐘2升制水量的純凈水制水機安裝、凈水存儲罐安裝、鋪設凈水管線，自來水管線安裝，濃水排水管線安裝，調試費用，約3萬元。

5.2? 日常維護成本

純凈水制水機主要消耗為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（反滲透膜價格約3.2萬元，價格較高）。平均一年消耗費用約5萬元。

6、海水淡化應用及推廣

6.1、平臺使用案例

文昌海域某平臺采用海水淡化裝置總投資大約39萬元，油田自行安裝制純水機，自行鋪設管線滿足各類設備設施、生活生產純水應用，人工及材料成本約為2.9萬元。一次投用總成本約41.9萬元。2年來，已完成更換1次反滲透膜及PP濾棉成本費用大約8萬元。2年總投入約50萬元。

通過海上平臺海水淡化及純水制作應用2年來，船舶給平臺淡水補給次數從3天一補給減少至7天補給，2年總共減少船舶?？?36次。在淡水方面，2年總共節省64.5萬元。

6.2、外海平臺推廣價值

隨著海洋石油事業的發展，中海油挺進深海戰略深入。海上平臺或FPSO距離陸地越來越遠，運輸成本越來越高。淡水補給成本越來越大，通過海上平臺海水淡化及純水制作應用，將為海上石油事業發展創造價值較高的經濟效益。

作者介紹：

趙忠衛（1982.12.31），性別：男;籍貫：廣西;民族：漢;學歷：本科、學士;職稱：中級工程師;研究方向：節能增效