滨海电厂反渗透法海水淡化取水工程设计

　　 沿海地区人口稠密, 人均水资源匮乏, 为优先满足当地居民生活用水、环境用水和农业用水, 越来越多的滨海电厂选择海水淡化作为淡水水源。滨海电厂海水淡化取水工程应充分利用机组冷却水系统设施。现有滨海电厂海水淡化取水系统大多在循环水泵房运转层布置长轴液下泵, 从循环水泵流道内提取新鲜海水。根据水工设计规范, 循环水泵房运转层标高不应低于频率0.1%的高潮位^[1,2]。由于海水潮差较大, 正常运行时循环水泵房运转层距离水面较远, 海水淡化取水泵容易产生振动, 设备容易损坏。海水淡化取水泵吸水管安装在循环水泵房流道内, 易引起流道内水流紊乱, 进而影响循环水泵高效运行。为防止海生物在循环水系统内生长, 电厂运行时均需在循环水泵房闸门处设置循环水加药装置, 但所加药剂对采用反渗透处理工艺的海水淡化系统出力影响较大, 甚至影响电厂用水安全性。某电厂为避免加药对海水淡化系统的影响, 调整加药管至循环水泵后出水管上, 导致循环水泵房流道内海生物滋生严重, 影响循环水过滤系统的安全运行。本文对海水淡化取水工程在系统流程、工程布置、系统运行和联锁控制方面进行重新设计, 可供工程技术人员参考。

　　 某滨海电厂建设2×1 000 MW燃煤发电机组, 机组冷却水水源采用海水, 机组淡水水源采用海水淡化, 施工期用水采用水库水。2台机组冷却水水量为63m³/s, 1台机组配置3台双速循环水泵, 单元制运行, 单台循环水泵流量为10.66 m³/s, 扬程为15.5m。每台循环水泵设置1座独立的进水流道, 2台机组共设置1座循环水泵房。循环水泵运行台数根据机组负荷和季节进行调节。每座循环水泵进水流道内依次设置检修钢闸门、拦污栅、旋转滤网。为防止海生物在循环水系统内滋生, 影响循环水系统安全运行, 在每座进水流道入口处设有氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂加药设施。根据海生物滋生情况, 依次对各个进水流道进行加药。

　　 目前, 商业应用的海水淡化主要是蒸馏法和反渗透法^[3]。本工程2台机组淡水用水量为328m³/h, 采用海水反渗透淡化工艺, 需新鲜海水水量为836m³/h。根据电厂淡水保证率要求, 共设置2套处理能力为850 m³/h的海水原水预处理装置, 1用1备。

　　 机组循环冷却水系统设有海水过滤设施, 海水淡化取水系统宜充分利用循环冷却水过滤设施, 在循环水泵出口液控蝶阀后的循环水管道上设置取水支管提取新鲜海水。根据机组冷端优化和冷却水系统运行优化结论, 电厂工程夏季1机3泵高速运行, 春秋季1机3泵低速运行, 冬季1机2泵低速运行。各季节和各负荷工况下, 电厂均没有1机1泵运行工况。海水淡化取水量较小, 总的取水量约占单台循环水泵水量的2.2%, 对循环水系统的运行影响很小。因此海水淡化取水系统从每台机组的2台循环水泵后取水, 既可以保证单台机组运行时, 海水淡化取水系统与加药系统的切换, 满足系统安全运行要求, 又可以节省工程投资。在循环水泵后海水淡化取水系统流程见图1。

　　 每根取水支管上均设置有手动闸阀、电动蝶阀, 用于不同取水支管切换和检修。4根支管汇入1根取水母管, 取水母管上设置1座检修用手动闸阀。2 台卧式离心泵从取水母管上吸水, 提升后送至原水预处理装置。

　　 海水淡化取水系统共设置2台高效卧式离心泵从取水母管吸水提升后送至海水淡化预处理装置。海水淡化取水泵1用1备, 单台卧式离心泵流量为850m³/h, 扬程为10m。海水淡化取水泵前后均设置手动闸门, 用于水泵检修和切换, 在2台海水淡化取水泵出水管上设有联络管, 用于原水预处理装置进水管切换。

　　 海水淡化取水工程主要设备布置在循环水泵房后循环水管之间, 具体布置情况如图2所示。

　　 海水淡化取水支管分别引自1号B、C循环水泵和2号A、B循环水泵。取水支管阀门布置在液控蝶阀间。液控蝶阀后取水支管和取水母管埋地布置, 取水母管上设置1座阀门井用于不同列取水管道、阀门和泵的检修时的隔断, 保证系统的不间断运行。2台卧式离心泵及水泵前后阀门均为地上式布置。2台取水泵均布置在循环水管中间, 避免了取水泵荷载影响循环水管道的安全运行。

　　 海水中溶解有NaCl等多种盐分, 会对金属材料造成严重腐蚀, 提高取水工程材料耐腐蚀性是取水工程中的关键点之一。取水支管、阀门及取水泵均选用S2205双相不锈钢材质, 取水泵后管道采用内衬聚乙烯钢管, 阀门采用衬胶阀门。取水支管与循环水管接口处采用绝缘法兰, 防止循环水管出现电位腐蚀。

　　 海水淡化取水系统运行前, 电动蝶阀处于关闭状态, 所有手动阀门均处于开启状态。循环冷却水系统正常运行后, 依次开启取水支管上的电动蝶阀, 待泵前压力达到0.1 MPa时, 启动1号海水淡化取水泵。正常情况下2台海水淡化取水泵根据所对应的原水预处理装置运行。当原水预处理装置长期不切换时, 需定期切换海水淡化取水泵。循环水泵退出运行时, 需同步关闭停运循环水泵出口对应取水支管上的电动蝶阀和手动闸阀。电动蝶阀或取水泵故障时, 需关闭所有相邻的手动阀门方可检修。

　　 海水淡化取水系统上的电动蝶阀和取水泵均可在就地控制盘或集控室实现手动启、停, 并显示工作状态和报警信号。

　　 由于海水淡化取水系统布置在循环水泵后, 海水淡化取水系统需在完成循环水系统调试后方可进行调试。

　　 发电机组服役前, 电厂淡水水源需先采用施工用水水源。待辅助冷却水系统投入运行, 符合循环水泵运行条件后, 方可启动海水淡化取水系统。

　　 由于海水淡化取水系统布置在循环水系统后, 其与循环水泵运行状态、循环水加药系统运行状态、海水淡化系统运行状态均需联锁。

　　 循环水系统杀菌剂需采取逐台循环水泵所在流道投加的方式, 从每个单元流道内加药完成48h (时间可调) 后, 投加下一个单元流道。

　　 为避免杀菌剂对海水淡化设备的影响, 海水淡化取水系统取水支管电动阀门需与循环水加药系统联锁控制。在投加杀菌剂前关闭相应流道对应取水支管上的电动阀门, 通过另外3根取水支管供水。在加药完成48h (时间可调) 后, 开启对应已关闭的电动阀门。依次完成各个单元流道杀菌剂的投放。

　　 循环水泵开启时, 需联锁控制打开对应取水支管电动阀门。循环水泵停运时, 需联锁控制关闭对应取水支管电动阀门。避免海水淡化取水系统与需要加药的循环水泵出现串联的事故发生。

　　 海水淡化取水泵需与原水预处理装置液位联锁, 当原水预处理系统高液位报警时需联锁关闭海水淡化取水泵。人工检查确认后, 方可再次启动取水泵。

　　 现有采用反渗透处理工艺的滨海电厂海水淡化系统的运行大多存在一些问题, 本文从工程实际出发, 结合电厂机组循环冷却水系统提出海水淡化取水工程设计的新思路。从经济适用、安全运行的角度对海水淡化取水工程的系统流程、设备布置、系统运行和联锁控制提出了建议。