邱燦金，王振強(qiáng)，黃雪平

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

舶舶在海上航行，需要消耗大量淡水，而獲取淡水主要依靠海水淡化裝置。某船在前后機(jī)艙分別裝有一臺MFIA09型反滲透海水淡化裝置，日產(chǎn)水量可達(dá)100 t。由于反滲透造水是一種濃縮擠壓的過程，獲取淡水需要在高壓下進(jìn)行，所以高壓泵在反滲透海水淡化裝置中具有重要作用。由于高壓泵是柱塞式泵，屬于進(jìn)口設(shè)備，結(jié)構(gòu)精密，維修困難，費用昂貴，缺水易形成干磨，一旦缺乏保護(hù)將影響到整個系統(tǒng)的造水，怎樣保障其正常運行，提高其使用壽命，本文針對這個問題提出監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)方法。

1 反滲透工作原理

1.1 反滲透原理

海水和淡水通過一種半透膜隔開，淡水自然穿過半透膜進(jìn)入海水一側(cè)，這種稀溶液向濃溶液自然流動的現(xiàn)象稱作“滲透”，如圖 1a)所示。反滲透則是在海水一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透的方向，把海水中的的淡水?dāng)D壓到半透膜的另一邊，這和自然界的正常滲透過程相反，因此稱為“反滲透”，如圖1b)所示[1]。這種特制的半透膜稱為“反滲透膜”。

圖1 反滲透原理

反滲透海水淡化裝置，就是利用反滲透的原理通過高壓作用將淡水從海水中分離出來，從而實現(xiàn)海水淡化的目的。

1.2 反滲透產(chǎn)水原理

海水由增壓泵抽水進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器、精密過濾器、保安過濾器過濾，去除海水中的藻類、細(xì)菌、細(xì)小顆粒物。經(jīng)預(yù)處理后的海水進(jìn)入高壓泵，在高壓泵的作用下（壓力不能低于4.0 MPa），進(jìn)入高脫鹽率反滲透膜，通過針型閥增加壓力，使海水中的水分子透過半透膜進(jìn)入多孔收集管，排入淡水艙，而鹽分子被阻止，與海水一起排出舷外[2]。如圖2所示。

圖2 反滲透海水淡化裝置產(chǎn)水原理

反滲透海水淡化裝置獲取淡水需要在高壓下進(jìn)行，工作壓力一般在4.0 MPa～6.5 MPa范圍內(nèi)，由于海水含鹽量較高，通常海水含鹽量超過35 000 mg/L時，其滲透壓為2.8 MPa。而反滲透膜組對水中的離子具有選擇透過性，在反滲透濃水側(cè)和產(chǎn)水側(cè)存在著滲透壓差，這樣就必須有外界的壓力來克服滲透壓差實現(xiàn)造水，這種外界的壓力由高壓泵提供，因此高壓泵是整個反滲透海水淡化裝置反滲透能量的核心部件，是反滲透海水淡化裝置的“心臟”，高壓泵性能的好壞將直接影響整個系統(tǒng)脫鹽率和造水率。

2 高壓泵監(jiān)測系統(tǒng)存在的缺陷

2.1 故障描述

在一次出海執(zhí)行任務(wù)期間，值班人員巡視反滲透海水淡化裝置發(fā)現(xiàn)其自然停機(jī)，系統(tǒng)復(fù)位后重新啟動，但高壓泵壓力仍然建立不起來，無法正常工作。后經(jīng)過拆泵詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)高壓泵整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)磨損特別嚴(yán)重，單個柱塞吸、排閥體存有明顯研磨痕跡，柱塞與缸體間隙配合密封度降至正常水平的85%左右，泵運行過程中存在內(nèi)外漏泄，導(dǎo)致泵的壓力和流量下降。圖3為已磨損的高壓泵內(nèi)部。

圖3 已磨損的高壓泵內(nèi)部

2.2 原因分析

反滲透本身設(shè)計有高壓泵啟停壓力繼電器，當(dāng)水壓過低時系統(tǒng)能實現(xiàn)自動保護(hù)。但拆檢之后發(fā)現(xiàn)其壓力傳感器傳輸信號的壓力表管被鐵銹堵塞，無法正常工作。由于壓力表管路較細(xì)，加上海水中雜質(zhì)較多，長時間運行海水管路存在銹蝕現(xiàn)象，易產(chǎn)生堵塞。導(dǎo)致水壓過低時，傳感器無法感應(yīng)到實際壓力，系統(tǒng)誤判造成高壓泵持續(xù)工作，直至損毀[3]。

3 監(jiān)測系統(tǒng)改進(jìn)及安裝

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

針對上述故障及原因分析，結(jié)合高壓泵在實際工作中存在的問題，不難發(fā)現(xiàn)壓力傳感器還存在很多問題，一旦壓力傳感器失靈勢必會造成泵體干磨，輕則內(nèi)部磨損，重則泵直接損毀。

此時如果在高壓泵進(jìn)口安裝一套可行的流量監(jiān)測傳感器，通過水流監(jiān)測，可以更好地保障高壓泵的正常運行。因此本文提出在高壓泵進(jìn)口處加裝一套擋板式流量監(jiān)測開關(guān)，來實時監(jiān)測高壓泵進(jìn)口水流的工作狀態(tài)，做到雙重保護(hù)，防止壓力傳感器失靈，以此來提高反滲透高壓泵的安全、高效運行。

監(jiān)測系統(tǒng)組成：擋板式流量開關(guān)、傳感器、PLC控制系統(tǒng)等組成，見圖4。高壓泵實物圖見圖5。

圖4 高壓泵監(jiān)測系統(tǒng)圖

圖5 高壓泵實物圖

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)功能實現(xiàn)

當(dāng)壓力傳感器失靈情況下，擋板式流量開關(guān)擋板監(jiān)測到高壓泵進(jìn)口水流大于啟動流量時，水流會推動擋板產(chǎn)生位移，帶動頂部的微動開關(guān)傳輸給傳感器，該信號輸入到PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)PLC實現(xiàn)以水流控制高壓泵運行。

當(dāng)擋板監(jiān)測到高壓泵進(jìn)口水流降低或滿足不了泵的啟動水流時，擋板在復(fù)位彈簧推力下帶動磁源回位，傳感器動作，輸出到PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)PLC控制系統(tǒng)斷開泵的控制回路，停止高壓泵運行，達(dá)到保護(hù)高壓泵的目的。同時PLC的輸出端輸出一路信號到控制箱上的指示燈和電鈴，發(fā)出聲光報警信號并通過通訊線路傳到中央集控室，以便值班人員及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，避免高壓泵“干燒”現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)點

該監(jiān)測系統(tǒng)有如下優(yōu)點：1）擋板式流量開關(guān)機(jī)械部分與電子部分安全隔離，能做到實時監(jiān)測、報警、聯(lián)鎖保護(hù)；2）接觸面機(jī)械部分采用銅制材料，耐腐蝕，不易堵塞；3）安裝方便，靈敏度高，耐久性強(qiáng)。

3.4 監(jiān)測系統(tǒng)安裝

監(jiān)測系統(tǒng)安裝所需器材有：擋板式流量開關(guān) 1個、傳感器1個、通訊線若干。

機(jī)械部件安裝：安裝工藝相對簡單，主要是對進(jìn)口管路進(jìn)行小改造，在高壓泵進(jìn)口30 cm處加裝，將擋板片安裝在水管中，安裝時其管路中的水流方向必須與控制器上箭頭方向一致，其接線端子應(yīng)在易于接線的位置。盡可能水平或者垂直安裝，便于后期維護(hù)和維修。

控制線路安裝：在反滲透控制箱內(nèi)加裝一個傳感器，作為控制回路的繼電器，可以直接將擋板式流量開關(guān)的線路接入繼電器。在PLC控制系統(tǒng)加裝一路接線端子，實現(xiàn)高壓泵的啟?？刂疲瑢⑼ㄐ啪€路接至中央集控室報警面板方便值班人員隨時監(jiān)測系統(tǒng)運行?？刂葡淙鐖D6所示。

圖6 控制箱

4 結(jié)論

本文針對反滲透高壓泵出現(xiàn)缺水干磨現(xiàn)象進(jìn)行分析，結(jié)合實際工作中的經(jīng)驗，對易出現(xiàn)故障的高壓泵監(jiān)測系統(tǒng)提出了改進(jìn)意見，通過加裝一套擋板式流量監(jiān)測開關(guān)，做到了高壓泵的雙重保護(hù)，安裝方法簡單，可靠性強(qiáng)，提高了反滲透海水淡化裝置運行的安全性和可靠性，具有一定的應(yīng)用價值。