海洋平臺海水淡化技術的運用和發(fā)展

李書凱(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

海洋平臺是指在海洋中建立的人工平臺，通常用于海洋油氣勘探和開采，以及海上風電等領域。由于海洋平臺距離陸地較遠，加之海上環(huán)境的特殊性，使得海洋平臺的供水問題十分突出。傳統(tǒng)的供水方式是用陸地上的船只將淡水運到海洋平臺，這種方式不僅費時費力，而且還有一定的安全風險。為解決海洋平臺的用水問題，海水淡化技術被廣泛運用于海洋平臺的供水領域。海水淡化技術可以將海水中的鹽分、微生物等雜質(zhì)去除，生產(chǎn)出符合生產(chǎn)和生活用水標準的淡水。

海洋平臺上的海水淡化設備通常被稱為“造水機”，海洋平臺造水機是一種專門用于將海水轉化為可供人類飲用、生活、工業(yè)用水的設備。由于海洋平臺通常位于離岸較遠的海域，運輸?shù)杀靖甙?，因此造水機成為了海洋平臺上必不可少的設備之一。本篇論文旨在探討海洋平臺海水淡化設備的運用和發(fā)展，以深入了解造水機的原理、應用現(xiàn)狀、發(fā)展前景和運行管理等方面的內(nèi)容，為提高海洋平臺的供水質(zhì)量和效率，以及節(jié)約資源提供借鑒和參考。

1 海水淡化技術原理

海水淡化技術是一種將海水中的鹽分去除，生產(chǎn)出可供人類生產(chǎn)和生活用水的技術。目前主要的海水淡化技術有熱解法、逆滲透法、電解法和離子交換法等。其中，逆滲透法是目前應用最為廣泛的一種海水淡化技術。逆滲透法是利用逆滲透膜過濾海水，將海水中的鹽分、微生物、有機物等雜質(zhì)隔離在膜外，只允許水分子通過膜孔，從而達到淡化海水的目的。逆滲透膜通常由多層薄膜組成，薄膜的孔徑只有幾納米大小，可以阻止鹽分等大分子物質(zhì)通過，只有水分子可以自由通過膜孔。逆滲透法的淡化效果比較明顯，一般可以將海水的鹽分濃度降至10～50 mg/L 以下，可以滿足生產(chǎn)和生活的用水要求。但是，逆滲透法的能耗較高，需要用較高壓力將水推過膜孔，且容易受到膜污染的影響。因此，在實際應用中，需要配合一些預處理措施，如過濾、加藥等，來減少膜污染并延長膜的使用壽命。

2 海洋平臺造水機的原理及應用現(xiàn)狀

海洋平臺造水機的工作原理通常是利用海水的滲透壓差，將海水通過膜分離技術進行過濾，去除其中的鹽分和其他雜質(zhì)，產(chǎn)生純凈的淡水。這種方法比傳統(tǒng)的蒸餾法和離子交換法更加高效、經(jīng)濟。

海洋平臺上的造水機主要用于生產(chǎn)生活用水，還可用于蒸汽鍋爐、甲板沖洗、生產(chǎn)流程調(diào)節(jié)等。以前這些淡水需求都需要依靠陸地用船運送，造水機的推廣運用可以節(jié)約資源和減少運輸成本，提高供水的安全性和可靠性，提高生產(chǎn)效率。目前，海洋平臺上的造水機應用比較廣泛，已成為供水領域的重要設備，具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊Ｔ谏a(chǎn)流程調(diào)節(jié)中，海水淡化設備的應用可以使生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定和可控。例如，在海洋油田的開采中，需要使用大量的淡水來清洗鉆井平臺和油井設備，同時也需要用淡水稀釋鉆井液。由于淡水資源短缺，這些工作可能需要頻繁地中斷，影響生產(chǎn)效率。而如果在海洋平臺上使用海水淡化設備，可以滿足這些需求，避免因水資源短缺而影響生產(chǎn)效率。

3 海洋平臺造水機運行管理

3.1 防垢處理

在海洋平臺上運行的造水機，由于需要使用化學藥劑來防止設備內(nèi)部結垢和污染，因此必須對這些化學藥劑進行管理。這些藥劑的添加和處理必須符合相關的規(guī)定和標準，以確保其安全和有效性。同時，設備運行過程中也需要進行定期的清洗和維護，以保證其長期穩(wěn)定的運行。

3.2 淡水質(zhì)量檢測

海洋平臺造水機生產(chǎn)的淡水必須符合相關的水質(zhì)標準，以確保其可以安全使用。因此，對于海洋平臺上的造水機，必須進行定期的水質(zhì)檢測，以確保生產(chǎn)的淡水符合標準。同時，對于設備的運行參數(shù)也需要進行監(jiān)測和記錄，以便對設備進行調(diào)整和優(yōu)化，確保其長期穩(wěn)定的運行。

3.3 環(huán)境保護

在海洋平臺上運行的造水機，需要對設備所產(chǎn)生的廢水和廢棄物進行處理和管理，以確保其不會對周圍環(huán)境造成污染和影響。同時，還需要對設備的能源消耗進行管理和控制，以減少其對環(huán)境的影響，同時提高能源利用效率。

3.4 水質(zhì)監(jiān)測與處理

海洋平臺造水機的核心任務就是將海水轉換成為可用于人類飲用、工業(yè)生產(chǎn)和灌溉等用途的淡水。然而，海水中含有大量的鹽分和微量元素，如果不經(jīng)過處理，這些物質(zhì)會對人體健康和生產(chǎn)造成嚴重的影響。因此，對海水進行監(jiān)測和處理，保證水的質(zhì)量是海洋平臺造水機運行管理的重要一環(huán)。首先，對海水進行監(jiān)測是保證水質(zhì)的前提。海水的主要成分是水和鹽，但是不同地區(qū)的海水中還會含有不同種類和數(shù)量的微量元素，如：重金屬、硫酸鹽、氯離子等。因此，在進行海水淡化前，需要對海水的物理、化學和微生物等指標進行監(jiān)測，確保水質(zhì)符合要求。這些指標包括水溫、鹽度、pH 值、氨氮、總磷等，不同的監(jiān)測指標需要使用不同的儀器和方法進行檢測。其次，針對不同的海水成分，可以采用不同的技術進行處理。目前，廣泛應用的海水淡化技術包括蒸餾法、多效蒸餾法、多級閃蒸法、逆滲透和電滲析等。其中，逆滲透和電滲析是最常用的兩種技術。逆滲透技術是利用半透膜將海水分離成為淡水和高濃度鹽水的一種方法。半透膜的孔徑非常小，只有納米級別，可以阻止鹽分和微生物等物質(zhì)的通過，從而實現(xiàn)淡水和鹽水的分離。逆滲透技術有成本低、效率高、占用空間小等優(yōu)點，是當前應用最廣泛的一種海水淡化技術。電滲析技術是利用離子交換膜將電場能轉化為化學能，使海水中的離子分離的一種技術。電滲析的工作原理是，在兩個電極之間設置離子交換膜，在外加電場的作用下，電解質(zhì)中的陰、陽離子將被吸附在陰、陽離子交換膜上，從而實現(xiàn)離子的分離。電滲析技術具有節(jié)能、效率高、處理海水成分廣泛等優(yōu)點，被廣泛應用于海水淡化。海洋平臺造水機的水質(zhì)監(jiān)測與處理是非常重要的，只有確保海水的質(zhì)量符合要求，才能保證淡水的質(zhì)量和安全性。

4 海洋平臺造水機的應用案例分析

4.1 海洋石油平臺造水機的應用案例

海洋石油平臺是離岸石油生產(chǎn)和加工的重要基地，其對淡水的需求量巨大。傳統(tǒng)的淡水供應方式需要通過長途運輸，費用高昂，因此海洋石油平臺上普遍采用造水機來實現(xiàn)淡水的供應。

以中國海洋石油集團公司的東海海洋石油平臺為例，該平臺上共有9 臺造水機，總處理能力達到了8×104t/d。平臺上采用的是反滲透技術，每臺造水機的處理能力在3 000～4 000 t/d 之間，可滿足平臺的日常生活用水和石油生產(chǎn)用水需求。

4.2 海洋風電平臺造水機的應用案例

海洋風電平臺是將風力發(fā)電機組安裝在海上平臺上，通過海風發(fā)電，與陸上風電機組相比，具有更加穩(wěn)定、連續(xù)的發(fā)電能力。然而，海洋風電平臺通常遠離岸上淡水供應，需要使用造水機進行淡水的制取。

比利時的Thornton Bank 海上風電場就采用了造水機來解決淡水問題。Thornton Bank 海上風電場包括54 臺風力發(fā)電機組和4 臺造水機，造水機的總處理能力為4 000 t/d。采用的是反滲透技術，能夠?qū)⒑Ｋ械柠}分和其他雜質(zhì)去除，產(chǎn)生高品質(zhì)的淡水。

4.3 其他海洋平臺造水機的應用案例

除了海洋石油平臺和海洋風電平臺，其他類型的海洋平臺也廣泛采用了造水機。例如，海洋漁業(yè)平臺需要大量淡水來保存捕撈的海產(chǎn)品，而海洋科考平臺需要淡水來滿足科研和生活需求。因此，這些平臺上通常也會安裝造水機來滿足淡水需求。總的來說，造水機在海洋平臺上的應用已經(jīng)成為了一種常見的解決淡水供應的方式，能夠為海洋平臺提供高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的淡水供應，為海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了重要的支持。

5 造水機的發(fā)展前景

隨著海洋經(jīng)濟的不斷發(fā)展和海上能源的廣泛利用，對海洋平臺供水設備的要求也越來越高。造水機作為海洋平臺供水設備的重要組成部分，也將受到更多的關注和需求。此外，海洋平臺海水淡化設備的推廣和運用還可以大幅度地節(jié)約資源。目前，海洋平臺上的淡水需求都是通過陸地運輸而來，這不僅增加了成本，也會對環(huán)境造成一定的負擔。如果能夠在海洋平臺上使用海水淡化設備，就可以避免大量的淡水運輸，節(jié)省成本，同時也減少了運輸對環(huán)境的影響。此外，對于那些需要大量水資源的海洋平臺，如油田、港口等，使用海水淡化設備可以更好地滿足其生產(chǎn)和運營需求，避免因水資源短缺而影響生產(chǎn)效率。

然而，使用海水淡化設備也存在一些問題和挑戰(zhàn)。首先，造水機的運行需要耗費大量的能源，因此在能源不足的情況下，海水淡化設備的推廣和運用將面臨一定的困難。其次，使用海水淡化設備還需要考慮水質(zhì)的問題。由于海水中含有大量的鹽分和礦物質(zhì)，造水機需要加入一些防垢的化學藥劑來防止管道和設備的損壞，這樣的淡水并不適合直接飲用或用于食品加工等。因此，如何解決這些問題將成為未來海洋平臺海水淡化設備推廣和運用的重要方向。

海洋平臺海水淡化設備的運用和發(fā)展具有非常重要的意義，可以為海洋平臺提供足夠的淡水資源，同時也可以節(jié)約資源、降低成本和環(huán)境影響。雖然在推廣和運用的過程中還存在一些問題和挑戰(zhàn)，但相信隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，這些問題也將逐漸得到解決，海水淡化設備的推廣和應用也將越來越廣泛。

6 造水機的局限性和應對措施

由于造水機運行期間需要加入一些防垢的化學藥劑，因此不能直接用于生活用水。另外，造水機的能耗和維護成本較高，也會對造水機的應用造成一定的限制。對于這些局限性，我們可以采取一些措施，如在選擇造水機時應該考慮其能源消耗和維護成本，并采用更加環(huán)保的防垢劑等。

7 展望海水淡化技術的未來發(fā)展趨勢

未來造水機的發(fā)展方向主要是提高設備的自動化程度、降低能耗、增加設備的耐用性、減少設備的維護成本等方面。此外，未來可能會出現(xiàn)更加高效的海水淡化技術，例如利用太陽能或者其他新型能源進行海水淡化。隨著科學技術的不斷進步和社會需求的增加，海水淡化技術將會有更廣泛的應用。未來，隨著海水淡化技術的不斷發(fā)展和完善，其在各個領域的應用將會越來越廣泛，同時也會帶來更多的機遇和挑戰(zhàn)。在未來的發(fā)展中，需要進一步加強對海水淡化技術的研究和應用，以推動其在海洋工程領域的進一步發(fā)展。

7.1 技術升級和優(yōu)化

未來海水淡化技術將不斷升級和優(yōu)化，包括提高海水淡化設備的能效、降低成本、提高穩(wěn)定性和可靠性等方面。此外，還將通過新材料、新工藝等方式不斷創(chuàng)新，以提高設備的使用壽命和穩(wěn)定性。

7.2 多元化發(fā)展

隨著海水淡化技術的不斷發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市供水等領域的應用也將會越來越廣泛。未來海水淡化技術還將與其他技術相結合，如太陽能技術、海洋能技術等，形成多元化的水資源利用模式。

7.3 加強研究和應用

未來需要加強對海水淡化技術的研究和應用，推動其在海洋工程領域的進一步發(fā)展。特別是需要針對不同地區(qū)的環(huán)境和水質(zhì)情況，開發(fā)出適合當?shù)氐暮Ｋ夹g，滿足當?shù)氐乃Y源需求。

7.4 環(huán)保和持續(xù)性

未來海水淡化技術的發(fā)展也需要注重環(huán)保和持續(xù)性。在使用海水淡化技術的同時，需要關注其對生態(tài)環(huán)境的影響，并采取相應的措施保護海洋生態(tài)環(huán)境。

綜上所述，隨著科技的進步和社會需求的增加，海水淡化技術將會有更廣泛的應用。未來海水淡化技術將不斷升級和優(yōu)化，多元化發(fā)展，加強研究和應用，并注重環(huán)保和持續(xù)性。

8 結語

隨著海洋平臺的發(fā)展和需求的增加，海水淡化技術已經(jīng)成為一種重要的水資源解決方案。海洋平臺運用海水淡化設備(造水機)是一種解決淡水短缺的有效方法，但在實際應用中還存在一些限制。未來，隨著科技的發(fā)展和環(huán)保意識的增強，相信這些局限性也會得到更好的解決，從而推動海水淡化技術的進一步發(fā)展和應用。