16’’RO装置对比测试装置的设计

由于目前反渗透的应用规模越来越大，尤其在海水淡化项目中，当系统达到一定规模后，我们发现系统的占地惊人，管路系统复杂；目前市面上最大的RO膜元件为8寸，其水量还是较小。从原理上讲，对于卷式反渗透膜，其通量是一个常量，只要增加其面积就可以增加产水量，当然要增加过流面积还是需要克服较多问题比如膜的产水流道和脓水流道大小匹配问题，中心产水管的尺寸改变，膜壳问题等等。
基于以上原因考虑，现在已经有反渗透膜厂家开始制造16寸的反渗透膜元件，就我知道的就有两家：海德能和陶氏，其中一家好像号称是17寸，如果这样，痛苦的就是膜壳生产厂家了。当然这些还没有推广到市场，只有样品用来测试和展示。
2007上半年，我接到一个任务设计一个对比试验装置，测试16寸膜的各项性能。当然是和8寸膜的对比测试。要求在不同的回收率下相同的通量的情况下产水量测试，以及在相同的回收率下不同的通量的情况下的数据。（说句实话这套装置不仅仅是为了测试，更为重要的是将这套装置展示给用户看，因为后面是有个非常大的项目。）
下表是膜公司给的计算的运行数据。

Recovery (%) Average System Flux (lmh) Max. Element Recovery (%) Max. Pressure Vessel Pressure Drop (bars) 8 Inch Array Feed Flow Rate (m^3/d) 16 Inch Array Feed Flow Rate (m^3/d) Total System Feed Flow Rate (m^3/d) System Feed Pressure (Bars)
75 17.8 14 1.3 445 1911 2356 8.6
80 17.8 16 1.1 417 1792 2209 8.5
85 17.8 18 1.0 392 1686 2079 8.4
0
75 19.6 14 1.5 489 2104 2594 9.4
80 19.6 16 1.3 459 1973 2432 9.3
85 19.6 18 1.2 432 1857 2289 9.2
0
75 22.5 14 1.8 563 2420 2983 10.8
80 22.5 16 1.6 527 2265 2792 10.6
85 22.5 18 1.4 496 2132 2627 10.5
0
75 25.9 14 2.2 647 2781 3428 12.4
80 25.9 16 1.9 606 2607 3214 12.2
85 25.9 18 1.7 571 2454 3025 12.1
0
75 29.8 14 2.6 744 3200 3944 14.5
80 29.8 15 2.3 698 3000 3697 14.2
85 29.8 17 2.1 657 2823 3480 14.0


反渗透装置的进水为超滤进水，水质要求能够保证，这儿的水质全分析我就不列出来了，大致的说一下：
浊度：小于0.1NTU
电导：790us
COD：15mg/L

工艺流程与常规设计差不多，只是有个要能在PC上设定回收率和膜通量，并能在此状态下稳定运行的要求。
膜公司给的PID上需要在浓水管线和产水管线上均要设置调节阀（为避免不必要的麻烦，这就不把膜厂家的PID贴出来了）。经过再三考虑我把产水侧的调节阀取消了，当时的考虑如下：
首先是实现回收率的自动调节：

回收率计算：M=产水流量÷进水流量=（进水流量－浓水流量）÷进水流量

按照以上换算调节回收率只要调节进水流量和浓水流量就可以了。
再者实现膜通量的调节：

膜通量的计算：N=产水流量÷膜面积=（进水流量－浓水流量）÷膜面积

对于一个特定的膜元件他的面积是一定的，所以只要调节进水流量和浓水流量。
但是按照以上的计算公式也可以调节产水流量和进水流量从而达到设计的目的，但是通过调节产水流量时，不可避免的要造成产水憋压，甚至有可能造成产水压力高于规定的数值，从而对系统造成不可逆转的损伤。故我们选择了调节进水流量和浓水流量的方法。
调节进水流量可以通过调节高压泵的转速来实现，浓水流量通过调节浓水调节阀来实现。这两个调节过程时相互关联的。通过举例说明：
假设系统现在稳定运行于回收率75%，膜通量17.8 lmh的条件（A状态）下，我现在需要改变运行调节让他运行在回收率80%，膜通量19.6 lmh的条件（B状态）下，通过计算我们发现只要规定了回收率和膜通量两个运行数据，系统的各项运行数据应该是个确定的值，分析如下：
对于从膜厂家所给的数据表中我们能得出一个膜面积的系数，对于8寸膜膜面积系数为18.75；对于16寸膜膜面积系数为80.5；
A状态下产水量为333.75M3/H，进水水量为445M3/H，浓水流量为111.25M3/H
B状态下产水量为367.5M3/H，进水水量为490M3/H，浓水流量为122.5M3/H
从A状态切换到B状态，只要调节进水流量到490 M3/H，浓水流量到122.5M3/H即可，考虑到调节的相应时间，将浓水调节的反应速度快于进水流量的调节速度。这样系统可以在1-2分钟的时间内切换到新的状态。
以上计算过程均在PLC中进行，在PC上只需要输入回收率和膜通量，点击确认即可,PLC接受PC上的输入数据和确认命令，并将运算结果分别赋值给浓水流量调解回路和进水流量调解回路。
16寸膜的方法同上。



系统的其他的特征：
仪表配置非常高档，由于是测试线，所以其仪表配置是相当的高档，常规的在线检测仪表如下：
流量表：ROSEMOUNT，精度0.5%，产水为质量流量计，浓水为电磁流量计。
压力表：ROSEMOUNT，精度0.5%，3051S。
电导，PH，ORP，温度：ROSEMOUNT。
这个系统有个细菌取样阀，这个东西之前还真的没有见到过，后来咨询到SIEMENS，他们居然有这个。
最为过分的是居然要求使用在线的SDI仪，这个东西在国内估计不超过5台。考虑成本和使用的必要性，被拒绝了。

控制要求比较高，除需要配置PC系统外，就地必须有触摸控制屏，当然整个系统需要有WEB访问的功能。
电气系统要求也比较多，变频驱动的电机需要配置变频电机（冷却风扇的电源额外配置，绕组工艺也有所不同）外，电机还要配置除湿加热器，MCC柜防护等级需要达到IP54，幸好没有CE认证的要求。



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