20萬t/d海水淡化工程前置設(shè)計與工業(yè)設(shè)計應(yīng)用

潘春佑，閆玉蓮，李 露，薛喜東，吳水波，劉錫文

(自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

當下，國家正在高速發(fā)展，淡水資源緊缺成為限制地區(qū)發(fā)展的諸多因素之一。雖然近年來國家大力發(fā)展遠程調(diào)水工程，但由于其成本高，且遠期供水量和水質(zhì)不穩(wěn)定，急需新的水源保障地區(qū)供水。海水淡化作為一種淡水資源增量技術(shù)，是解決水資源短缺的有效途徑[1-2]。而大型海水淡化工程因其具有高效性和低能耗優(yōu)勢，在淡化行業(yè)中具有支撐作用。

1 大型海水淡化工程現(xiàn)狀

隨著全球人口增加、氣候變暖、環(huán)境污染等因素，淡水資源的需求量正急速上升，同時也促進了海水淡化產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展[3-5]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球海水淡化裝機規(guī)模已經(jīng)突破1.2億t/d，日均產(chǎn)量已達7 100萬t/d。

無論蒸餾法還是反滲透淡化技術(shù)，為進一步降低產(chǎn)水成本，在不斷技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，其工程規(guī)模與單機規(guī)模均呈現(xiàn)大型化趨勢。根據(jù)已有資料統(tǒng)計，自2008年以來全球已建成產(chǎn)水規(guī)模在30萬t/d以上的超大型海水淡化廠達14座，并在近5 a來呈現(xiàn)增多趨勢。這14座大型海水淡化廠的產(chǎn)水總規(guī)模達到了749.3萬t/d，占據(jù)全球淡化總裝機容量的8.5%。根據(jù)2018年IDA統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，隨著全球大型海水淡化工程數(shù)量的增多，工程平均規(guī)模也從5 000 t/d增長至7 100 t/d，產(chǎn)能規(guī)模增長主要源自于大型淡化工程，市場投資逐步向大型及超大型工程集中[6]。

2 大型海水淡化工程的技術(shù)優(yōu)勢

大型海水淡化工程不僅在土地利用上更加集約，而且投資和成本也明顯下降。我國近期建設(shè)的海水淡化工程也逐步趨于大型化，尤其市政用海水淡化工程，如董家口10萬t/d海水淡化工程、大港電廠20萬t/d海水淡化工程、青島百發(fā)10萬t/d海水淡化工程等。但與國際上大型化規(guī)模仍存在較大的差距。新建市政用海水淡化工程大型化是國內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。

反滲透海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力，水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠的電力就地為海水淡化裝置提供動力，從而實現(xiàn)能源高效利用和降低海水淡化成本。而電廠可以為海水淡化提供更優(yōu)惠的電價，成本上具有競爭優(yōu)勢[7-10]。

而依托電廠建設(shè)的大型海水淡化工程，不僅為周邊缺水地區(qū)解決用水問題，降低了對于外調(diào)客水的依賴程度，有效提高城市供水安全性，是國家政策支持的利民工程，具有良好的社會效益。同時海水淡化工程與電廠共建，可以獲得更優(yōu)惠的電價，降低了海水淡化的運行成本。

3 反滲透海水淡化工程工藝方案

工程擬采用反滲透工藝，其水量平衡如圖1。海水通過取水泵輸送至氣浮池(預留)，氣浮池出水自流至V型濾池，預過濾后的海水進入清水池；UF供水泵將清水池中海水加壓后輸送至自清洗過濾器，經(jīng)過自清洗過濾器的海水進入到超濾系統(tǒng)，超濾系統(tǒng)產(chǎn)水進入到超濾產(chǎn)水池。超濾產(chǎn)水經(jīng)一級給水泵增壓后進入保安過濾，經(jīng)過一級保安過濾器的海水分成兩股，一股直接進入到一級高壓泵，經(jīng)一級高壓泵加壓后進入到一級RO膜組內(nèi)，另一股進入到能量回收中利用反滲透濃海水的余壓進行加壓，然后再由增壓泵加壓后進入到一級反滲透膜組中，一級反滲透的產(chǎn)水進入到一級產(chǎn)水池；一級產(chǎn)水依次通過二級給水泵、二級保安過濾和二級高壓泵后進入到二級RO膜組進行二次脫鹽，二級濃水回流至超濾產(chǎn)水池作為一級反滲透的進水，二級產(chǎn)水進入到礦化濾池進行調(diào)節(jié)水質(zhì)，最終出水進入產(chǎn)品水池，符合飲用水要求。

圖1 水量平衡圖

海水淡化廠主要建(構(gòu))筑物：氣浮池、V型濾池、預處理加藥間、預處理泵房、鼓風機房、清水池、海淡車間、反滲透加藥間、空壓機房、超濾產(chǎn)水池、一級給水泵房、一級產(chǎn)水池、二級給水泵房、產(chǎn)品水池、產(chǎn)品水池、產(chǎn)水輸送泵房、中和池、總變電室、分變電站、總控制室、機修間、倉庫、污泥濃縮池、污泥脫水車間、綜合樓等設(shè)施。各建構(gòu)筑物面積如表1所示。

表1 項目建筑

續(xù)表1 (Continue)

4 工業(yè)設(shè)計輔助總平布置

在項目前置設(shè)計中，建筑布置規(guī)劃應(yīng)遵循安全、合理、高效的基本原則，在項目工藝流程、廠區(qū)建筑擬定后，使用工業(yè)設(shè)計手段，將淡化工程直觀表現(xiàn)出來，如圖2。

圖2 總平面布置圖

其設(shè)計應(yīng)滿足：

(1) 在工藝流程順暢、簡潔、合理的前提下，力求布局緊湊，少交叉，并充分注意節(jié)省占地。

(2)輔助生產(chǎn)建筑物應(yīng)統(tǒng)一布置，以提高全廠統(tǒng)一管理及生產(chǎn)的可靠性和方便性。

(3)在總平面布置時，充分考慮廠區(qū)綠化應(yīng)與淡化廠周邊的整體景觀環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(4)人流與貨流分開，以避免人流與貨流交叉及貨流運輸對辦公區(qū)的干擾、污染。

(5)廠區(qū)道路主干道寬10 m，次干道寬4 m～6 m，主干道轉(zhuǎn)彎半徑10.0 m，次干道轉(zhuǎn)彎半徑9.0 m。

(6)廠區(qū)地坪標高的確定應(yīng)考慮周邊道路的標高及防洪要求。

(7)主廠房布置參考國內(nèi)已投運或進入實施階段的天津北疆電廠、大港新泉海水淡化廠、阿科凌曹妃甸海水淡化廠等已建淡化廠的主廠房布置尺寸，采用鋼結(jié)構(gòu)，并結(jié)合用地規(guī)劃進行適當優(yōu)化。

(8)主廠房布置既要注意降低工程造價，又要兼顧淡化廠建成后的檢修、運行、維護作業(yè)的便捷。

(9)構(gòu)筑物布置應(yīng)符合防火、衛(wèi)生規(guī)范及各種安全規(guī)定和要求，滿足地上地下工程管線的鋪設(shè)、綠化布置以及施工要求[11]。

最終通過工業(yè)設(shè)計圖文合成技術(shù)，完成仿真效果圖，如圖3。

圖3 仿真效果圖

5 結(jié)論

當工業(yè)設(shè)計應(yīng)用在海水淡化工程前置設(shè)計中，可以輔助廠區(qū)初期土建、結(jié)構(gòu)布局、空間規(guī)劃等方面，其設(shè)計應(yīng)滿足工藝流程和控制要求，考慮最合理的空間利用率，提高廠區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，利用現(xiàn)有地形減少對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，并在此基礎(chǔ)上留有足夠的發(fā)展用地。

設(shè)計中，可將小體量及使用功能相近的建筑物合并建造，如廠區(qū)綜合樓，建筑造型力求簡潔、莊重、別致，注重建筑的藝術(shù)性、生動性及群體效果，使其和諧地融入所處環(huán)境之中。建筑物設(shè)計應(yīng)充分注重與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，生產(chǎn)性用房在滿足工藝要求的前提下，盡量做到實用、美觀，管理用房設(shè)計力求實用，形式上簡潔、明快、富有時代氣息。