MFIA09型反滲透高壓泵安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)

邱燦金，王振強(qiáng)，黃雪平

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

舶舶在海上航行，需要消耗大量淡水，而獲取淡水主要依靠海水淡化裝置。某船在前后機(jī)艙分別裝有一臺(tái)MFIA09型反滲透海水淡化裝置，日產(chǎn)水量可達(dá)100 t。由于反滲透造水是一種濃縮擠壓的過(guò)程，獲取淡水需要在高壓下進(jìn)行，所以高壓泵在反滲透海水淡化裝置中具有重要作用。由于高壓泵是柱塞式泵，屬于進(jìn)口設(shè)備，結(jié)構(gòu)精密，維修困難，費(fèi)用昂貴，缺水易形成干磨，一旦缺乏保護(hù)將影響到整個(gè)系統(tǒng)的造水，怎樣保障其正常運(yùn)行，提高其使用壽命，本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)方法。

1 反滲透工作原理

1.1 反滲透原理

海水和淡水通過(guò)一種半透膜隔開(kāi)，淡水自然穿過(guò)半透膜進(jìn)入海水一側(cè)，這種稀溶液向濃溶液自然流動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)作“滲透”，如圖 1a)所示。反滲透則是在海水一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透的方向，把海水中的的淡水?dāng)D壓到半透膜的另一邊，這和自然界的正常滲透過(guò)程相反，因此稱(chēng)為“反滲透”，如圖1b)所示[1]。這種特制的半透膜稱(chēng)為“反滲透膜”。

圖1 反滲透原理

反滲透海水淡化裝置，就是利用反滲透的原理通過(guò)高壓作用將淡水從海水中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)海水淡化的目的。

1.2 反滲透產(chǎn)水原理

海水由增壓泵抽水進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器、精密過(guò)濾器、保安過(guò)濾器過(guò)濾，去除海水中的藻類(lèi)、細(xì)菌、細(xì)小顆粒物。經(jīng)預(yù)處理后的海水進(jìn)入高壓泵，在高壓泵的作用下（壓力不能低于4.0 MPa），進(jìn)入高脫鹽率反滲透膜，通過(guò)針型閥增加壓力，使海水中的水分子透過(guò)半透膜進(jìn)入多孔收集管，排入淡水艙，而鹽分子被阻止，與海水一起排出舷外[2]。如圖2所示。

圖2 反滲透海水淡化裝置產(chǎn)水原理

反滲透海水淡化裝置獲取淡水需要在高壓下進(jìn)行，工作壓力一般在4.0 MPa～6.5 MPa范圍內(nèi)，由于海水含鹽量較高，通常海水含鹽量超過(guò)35 000 mg/L時(shí)，其滲透壓為2.8 MPa。而反滲透膜組對(duì)水中的離子具有選擇透過(guò)性，在反滲透濃水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)存在著滲透壓差，這樣就必須有外界的壓力來(lái)克服滲透壓差實(shí)現(xiàn)造水，這種外界的壓力由高壓泵提供，因此高壓泵是整個(gè)反滲透海水淡化裝置反滲透能量的核心部件，是反滲透海水淡化裝置的“心臟”，高壓泵性能的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)脫鹽率和造水率。

2 高壓泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的缺陷

2.1 故障描述

在一次出海執(zhí)行任務(wù)期間，值班人員巡視反滲透海水淡化裝置發(fā)現(xiàn)其自然停機(jī)，系統(tǒng)復(fù)位后重新啟動(dòng)，但高壓泵壓力仍然建立不起來(lái)，無(wú)法正常工作。后經(jīng)過(guò)拆泵詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)高壓泵整個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)磨損特別嚴(yán)重，單個(gè)柱塞吸、排閥體存有明顯研磨痕跡，柱塞與缸體間隙配合密封度降至正常水平的85%左右，泵運(yùn)行過(guò)程中存在內(nèi)外漏泄，導(dǎo)致泵的壓力和流量下降。圖3為已磨損的高壓泵內(nèi)部。

圖3 已磨損的高壓泵內(nèi)部

2.2 原因分析

反滲透本身設(shè)計(jì)有高壓泵啟停壓力繼電器，當(dāng)水壓過(guò)低時(shí)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)。但拆檢之后發(fā)現(xiàn)其壓力傳感器傳輸信號(hào)的壓力表管被鐵銹堵塞，無(wú)法正常工作。由于壓力表管路較細(xì)，加上海水中雜質(zhì)較多，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行海水管路存在銹蝕現(xiàn)象，易產(chǎn)生堵塞。導(dǎo)致水壓過(guò)低時(shí)，傳感器無(wú)法感應(yīng)到實(shí)際壓力，系統(tǒng)誤判造成高壓泵持續(xù)工作，直至損毀[3]。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)及安裝

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述故障及原因分析，結(jié)合高壓泵在實(shí)際工作中存在的問(wèn)題，不難發(fā)現(xiàn)壓力傳感器還存在很多問(wèn)題，一旦壓力傳感器失靈勢(shì)必會(huì)造成泵體干磨，輕則內(nèi)部磨損，重則泵直接損毀。

此時(shí)如果在高壓泵進(jìn)口安裝一套可行的流量監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)水流監(jiān)測(cè)，可以更好地保障高壓泵的正常運(yùn)行。因此本文提出在高壓泵進(jìn)口處加裝一套擋板式流量監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓泵進(jìn)口水流的工作狀態(tài)，做到雙重保護(hù)，防止壓力傳感器失靈，以此來(lái)提高反滲透高壓泵的安全、高效運(yùn)行。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成：擋板式流量開(kāi)關(guān)、傳感器、PLC控制系統(tǒng)等組成，見(jiàn)圖4。高壓泵實(shí)物圖見(jiàn)圖5。

圖4 高壓泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

圖5 高壓泵實(shí)物圖

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)壓力傳感器失靈情況下，擋板式流量開(kāi)關(guān)擋板監(jiān)測(cè)到高壓泵進(jìn)口水流大于啟動(dòng)流量時(shí)，水流會(huì)推動(dòng)擋板產(chǎn)生位移，帶動(dòng)頂部的微動(dòng)開(kāi)關(guān)傳輸給傳感器，該信號(hào)輸入到PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)PLC實(shí)現(xiàn)以水流控制高壓泵運(yùn)行。

當(dāng)擋板監(jiān)測(cè)到高壓泵進(jìn)口水流降低或滿(mǎn)足不了泵的啟動(dòng)水流時(shí)，擋板在復(fù)位彈簧推力下帶動(dòng)磁源回位，傳感器動(dòng)作，輸出到PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)PLC控制系統(tǒng)斷開(kāi)泵的控制回路，停止高壓泵運(yùn)行，達(dá)到保護(hù)高壓泵的目的。同時(shí)PLC的輸出端輸出一路信號(hào)到控制箱上的指示燈和電鈴，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并通過(guò)通訊線(xiàn)路傳到中央集控室，以便值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，避免高壓泵“干燒”現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）擋板式流量開(kāi)關(guān)機(jī)械部分與電子部分安全隔離，能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)；2）接觸面機(jī)械部分采用銅制材料，耐腐蝕，不易堵塞；3）安裝方便，靈敏度高，耐久性強(qiáng)。

3.4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝所需器材有：擋板式流量開(kāi)關(guān) 1個(gè)、傳感器1個(gè)、通訊線(xiàn)若干。

機(jī)械部件安裝：安裝工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是對(duì)進(jìn)口管路進(jìn)行小改造，在高壓泵進(jìn)口30 cm處加裝，將擋板片安裝在水管中，安裝時(shí)其管路中的水流方向必須與控制器上箭頭方向一致，其接線(xiàn)端子應(yīng)在易于接線(xiàn)的位置。盡可能水平或者垂直安裝，便于后期維護(hù)和維修。

控制線(xiàn)路安裝：在反滲透控制箱內(nèi)加裝一個(gè)傳感器，作為控制回路的繼電器，可以直接將擋板式流量開(kāi)關(guān)的線(xiàn)路接入繼電器。在PLC控制系統(tǒng)加裝一路接線(xiàn)端子，實(shí)現(xiàn)高壓泵的啟?？刂?，將通信線(xiàn)路接至中央集控室報(bào)警面板方便值班人員隨時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行?？刂葡淙鐖D6所示。

圖6 控制箱

4 結(jié)論

本文針對(duì)反滲透高壓泵出現(xiàn)缺水干磨現(xiàn)象進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)易出現(xiàn)故障的高壓泵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了改進(jìn)意見(jiàn)，通過(guò)加裝一套擋板式流量監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)，做到了高壓泵的雙重保護(hù)，安裝方法簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，提高了反滲透海水淡化裝置運(yùn)行的安全性和可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。