核電廠海水淡化系統(tǒng)V型濾池改造方案淺析

摘要：國(guó)內(nèi)海水淡化預(yù)處理過(guò)濾工藝應(yīng)用比較普遍的是砂濾，但也有部分項(xiàng)目開始使用濾速更高的纖維束濾料。砂濾穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛，但纖維束濾料濾速高、占地面積小。文章通過(guò)某核電廠V型濾池由纖維束濾料改造為砂濾的方案，闡述了砂濾與纖維束濾料各自的特點(diǎn)，對(duì)比了兩種過(guò)濾方式的運(yùn)行維護(hù)成本及改造費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：核電廠；海水淡化系統(tǒng)；V型濾池；砂濾；纖維束濾料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU991 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

由于近年來(lái)受到淡水資源短缺的制約，目前國(guó)內(nèi)啟動(dòng)建設(shè)的核電項(xiàng)目均采用海水淡化系統(tǒng)生產(chǎn)淡水作為除鹽水處理系統(tǒng)的原水。雖然海水淡化在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已比較普遍，但在核電項(xiàng)目上的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，如何在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上保證良好水質(zhì)供應(yīng)成為目前海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)上重點(diǎn)探討和摸索的事項(xiàng)。整個(gè)海水淡化系統(tǒng)分為三部分：原水預(yù)處理、海水膜淡化處理和污泥濃縮脫水處理。工藝流程圖見(jiàn)圖1。其中原水處理系統(tǒng)在整個(gè)處理工藝中起著非常重要的作用，產(chǎn)水將直接作為海水淡化和除鹽水制備的水源，特別是其中的V型濾池也是整個(gè)預(yù)處理的核心。V型濾池到底應(yīng)該沿用傳統(tǒng)砂濾工藝還是應(yīng)用新的纖維束濾料工藝成為選擇的難點(diǎn)，傳統(tǒng)工藝安全、可靠，但無(wú)法結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)越的性能突破，新工藝?yán)碚撋夏軌驅(qū)崿F(xiàn)更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)，但由于沒(méi)有實(shí)踐支持，在選擇上還是應(yīng)慎重考慮。下面以某核電廠海水淡化系統(tǒng)V型濾池改造項(xiàng)目對(duì)原水預(yù)處理階段高效纖維濾料和傳統(tǒng)砂濾進(jìn)行對(duì)比分析。

2 原設(shè)計(jì)方案及存在的風(fēng)險(xiǎn)

2.1 原設(shè)計(jì)工藝流程介紹

原水預(yù)處理系統(tǒng)將取自循環(huán)水系統(tǒng)的海水經(jīng)反應(yīng)沉淀池澄清，去除大的固體懸浮雜質(zhì)后，其產(chǎn)水至V型濾池，去除小的顆粒雜質(zhì)。整個(gè)過(guò)濾工藝包括過(guò)濾、反洗和正洗三個(gè)步驟，其中沖洗的目的是為了恢復(fù)濾池的過(guò)濾能力。在原始設(shè)計(jì)階段，由于考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)用地面積緊張，因此為保證出水水質(zhì)，提高單位面積出水負(fù)荷，V型濾池采用能夠有效減少濾池占地面積的高效纖維濾料。V型濾池處理來(lái)自混凝反應(yīng)沉淀后的海水，經(jīng)過(guò)混凝反應(yīng)沉淀處理后濁度≤5NTU，自流入V型濾池，處理后的海水濁度控制在≤2NTU，總處理能力約1000m3/h。共計(jì)3個(gè)濾池，2用1備，另外規(guī)劃1個(gè)濾池供后續(xù)工程使用，每座濾池產(chǎn)水能力為436m3/h。每座濾池的過(guò)濾面積為32m2，過(guò)濾區(qū)的尺寸為2×2.04m×8.04m。V型濾池過(guò)濾區(qū)剖面圖見(jiàn)圖2。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)濾速：10.42m/h

強(qiáng)制濾速：15.63m/h

水沖強(qiáng)度：6L/m2·s

氣沖強(qiáng)度：28～30L/m2·s

2.2 高效纖維束濾料介紹

目前市場(chǎng)上主要應(yīng)用的高效纖維束濾料包括旋翼式濾料、彗星式濾料，長(zhǎng)纖維束濾料。其中旋翼式濾料和彗星式濾料屬于短纖維束濾料。彗星式濾料濾核在纖維束一端，纖維束稍長(zhǎng)。核在濾料的中上部，容易形成濾床，濾速高。日常維護(hù)可以由業(yè)主自行清洗，也可以選擇廠家專業(yè)人員清洗。旋翼式濾料在彗星式濾料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用旋翼式濾核，基本消除了抱團(tuán)現(xiàn)象。旋翼核在濾料中間，相對(duì)靈活的短纖維會(huì)讓水?dāng)嚢璧母鼜氐?，避免了濾料相互纏繞打結(jié)，使濾料清洗更充分。這種短纖維束濾料也是V型濾池在原設(shè)計(jì)方案中采用的濾料形式，其特有的優(yōu)勢(shì)是其他傳統(tǒng)濾料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，如濾速高、占地面積小、節(jié)省土建費(fèi)用。

長(zhǎng)纖維束濾料與上述兩種濾料形式有很大差別，濾料采用長(zhǎng)纖維束制造而成，單個(gè)體積較大，長(zhǎng)約1.2m，不易掉毛，濾料上面有纖維束調(diào)整機(jī)構(gòu)，是鋼結(jié)構(gòu)裝置。濾料形式與短纖維濾料差別較大，不可互換，若更換為長(zhǎng)纖維束濾料，土建有較大改動(dòng)，增加預(yù)埋件，并需增加鋼制濾梁，且氣洗強(qiáng)度是原設(shè)計(jì)的2倍，對(duì)風(fēng)機(jī)選型有影響。

2.3 改造前存在的風(fēng)險(xiǎn)

纖維束濾料在很多方面存在優(yōu)勢(shì)是不可否認(rèn)的，對(duì)于采用纖維束是否存在使用上的問(wèn)題并沒(méi)有調(diào)研到具體的實(shí)踐案例，但根據(jù)短纖維束濾料的實(shí)際形態(tài)及運(yùn)維情況存在一些擔(dān)憂，因此該電廠從保守的角度出發(fā)進(jìn)行了濾池改造。也就是說(shuō)此次濾池改造是在沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)的問(wèn)題的情況下而進(jìn)行的改造，此次改造也是考慮到核電的特殊性，安全第一，而采取的一種保守性改造。短纖維束濾料可能存在的問(wèn)題如下：（1）纖維束濾料工藝尚未在核電有過(guò)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的項(xiàng)目有限，無(wú)法取得第一手情況信息，存在一定的不確定因素；（2）纖維束濾料在未浸泡水中時(shí)存在掉毛的現(xiàn)象，在實(shí)際使用時(shí)浸泡在水中是否脫毛由于沒(méi)有調(diào)研到具體項(xiàng)目而無(wú)法驗(yàn)證，有阻塞下游的超濾膜的可能，而且這種纖維毛如阻塞超濾膜則通過(guò)反洗的形式也很難去除，對(duì)出水水質(zhì)影響較大；（3）后期運(yùn)行成本高，纖維束濾料需要定期化學(xué)清洗，并且可能需要廠家專業(yè)人員協(xié)助，在運(yùn)行一定年限后需要整體更換，費(fèi)用較高。

3 V型濾池改造方案

3.1 改造后濾池工藝參數(shù)

為保證后續(xù)V型濾池穩(wěn)定運(yùn)行，優(yōu)先考慮傳統(tǒng)過(guò)濾工藝——砂濾。另外參考《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013-2006，濾速及濾料組成參見(jiàn)表1：

當(dāng)濾池采用大阻力配水系統(tǒng)時(shí)，參考《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013-2006，其承托層宜按表2選擇。

結(jié)合表2和表3的各項(xiàng)參數(shù)，考慮到雙層濾砂、三層濾砂等工藝在反洗過(guò)程中引起濾料混層，因此最終改造方案濾料確定采用單層細(xì)砂濾料，承托層采用2～4mm的礫石。

3.2 濾料參數(shù)

濾料由高效纖維束改為均質(zhì)石英砂，濾料粒徑0.9～1.2mm，濾料層高1.2m，承托層粒徑2～4mm粗砂，層高100mm。

改造后濾池主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

每座濾池設(shè)計(jì)出力：300m3/h

設(shè)計(jì)原水懸浮物含量：10mg/L

設(shè)計(jì)出水懸浮物含量：≤10mg/L

設(shè)計(jì)濾速：10m/h

強(qiáng)制濾速：15m/h

水沖強(qiáng)度：7L/m2·s

氣沖強(qiáng)度：16L/m2·s

超濾反洗時(shí)間：

氣沖：沖洗時(shí)間2分鐘

氣水沖：沖洗時(shí)間4分鐘

水沖：沖洗時(shí)間6～8分鐘

反沖洗過(guò)程伴隨表面沖洗

反洗水泵：Q=750m3/h，H=11m，N=45kW，2臺(tái)（1用1備）

反洗風(fēng)機(jī)：Q=33.5m3/min，P=50kPa，N=45kW，2臺(tái)（1用1備）

原反洗風(fēng)機(jī)：Q=56.6m3/min，P=49kPa，N=75kW，2臺(tái)（1用1備）

原風(fēng)機(jī)流量過(guò)大需更換

改造后由于濾池處理能力減少，原來(lái)采用高效纖維濾池2用1備總的出水量為2*436=872m3/h，在不改變?yōu)V池面積的情況下采用砂率單個(gè)濾池出水量為9*32=288m3/h，3個(gè)濾池全部利用總出水量為864m3/h，基本可滿足本期工程需求，但無(wú)備用，因此最終確定在不改變?yōu)V池面積的情況下采用單層砂率，備用濾池在后續(xù)擴(kuò)建工程考慮。

另外改為單層濾砂后，氣沖洗強(qiáng)度較纖維濾料降低，因此改造將原采購(gòu)的氣洗風(fēng)機(jī)更換為強(qiáng)度更小的風(fēng)機(jī)方能與更改后的砂率工藝匹配。

4 改造前后對(duì)比

系統(tǒng)改造后，在設(shè)計(jì)上采用了更加保守的砂率設(shè)計(jì)，保守意味著穩(wěn)妥。高效纖維濾池有其固有的優(yōu)點(diǎn)，但由于尚未在核電項(xiàng)目有過(guò)應(yīng)用，不知道一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)是否會(huì)發(fā)生，但核電安全第一，不能存在僥幸的心理，因此最終還是選擇了砂率濾池。

4.1 性能參數(shù)對(duì)比

對(duì)于砂率和纖維束濾料率參數(shù)對(duì)比如表3所示：

4.2 改造經(jīng)濟(jì)效益分析

濾池改造的經(jīng)濟(jì)效益主要包括四方面，分別是設(shè)備變更費(fèi)、土建費(fèi)、運(yùn)行成本、濾料更換成本。分析

如下：

4.2.1 改造設(shè)備費(fèi)：由于改造后纖維束濾料改為砂率，同時(shí)反沖洗風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整，濾池管道調(diào)整，由于原方案的濾池設(shè)備尚未到貨，因此修改訂單后約增加費(fèi)用50萬(wàn)。

4.2.2 土建費(fèi)用：這部分可能是整個(gè)改造過(guò)程中費(fèi)用開支最大的部分，雖然本期工程并未涉及土建的擴(kuò)建改造，但由于原計(jì)劃2用1備的濾池在改造后變成3個(gè)濾池全部運(yùn)行而無(wú)備用，因此在后續(xù)工程需要考慮擴(kuò)建，這部分?jǐn)U建設(shè)計(jì)方案尚未啟動(dòng)，因此暫無(wú)法估計(jì)

費(fèi)用。

4.2.3 運(yùn)行費(fèi)用：纖維束濾料根據(jù)水質(zhì)情況2～3年需要化學(xué)清洗，必須由廠家專業(yè)人員清洗，濾料清洗費(fèi)用總計(jì)約為15萬(wàn)元（1500元/m3，濾池總面積為96m3）。石英砂運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低，如出現(xiàn)濾速及水質(zhì)下降，適當(dāng)更換部分石英砂即可。

4.2.4 更換周期：纖維束濾料運(yùn)行10年后需要更換濾料，每次更換費(fèi)用預(yù)計(jì)200萬(wàn)，石英砂價(jià)格較便宜，只需考慮反洗碎石及流失的部分，這部分價(jià)格基本可忽略不計(jì)。

由此可見(jiàn)，此次改造后除了前期投入改造費(fèi)用投入約50萬(wàn)，后期砂率的運(yùn)行成本會(huì)大大降低，每年節(jié)省約25萬(wàn)的費(fèi)用，整個(gè)濾池的運(yùn)行及維護(hù)成本降低，工作也相對(duì)有所簡(jiǎn)化。

5 結(jié)語(yǔ)

海水淡化系統(tǒng)在核電站起著至關(guān)重要的作用，此次改造相當(dāng)于是一次預(yù)防性改造，避免等問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)再進(jìn)行處理對(duì)核電廠的不利影響。通過(guò)改造分析可見(jiàn)，單獨(dú)針對(duì)本期工程改造實(shí)際發(fā)生費(fèi)用并不多，而且改造后的運(yùn)行維護(hù)成本降低，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看是取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。換而言之，如果出現(xiàn)問(wèn)題后再進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)、土建、設(shè)備等都需做大的調(diào)整，對(duì)機(jī)組運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生很不利的影響，損失是無(wú)法估計(jì)的。因此此次預(yù)防性改造時(shí)值得的。在核電廠應(yīng)時(shí)刻保持質(zhì)疑的工作態(tài)度，不能存在僥幸心理，不給機(jī)組運(yùn)行留下“隱患”。

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作者簡(jiǎn)介：李秀麗（1983-），女，吉林長(zhǎng)春人，三門核電有限公司工程師，研究方向：設(shè)備采購(gòu)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）