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PX-260能量回收装置一、PX能量回收装置介绍海水淡化反渗透系统中能量回收装置选用EnergyRecovery,Inc.（ERI）公司生产的PX-260型能量回收装置1、设计原理每台PX装置都要经过效率、噪声级别、工作压力和流量的测试。每台装置的测试记录都予以保存，并可根据其序列号查询。PX产品采用装配合适的聚苯乙烯泡沫包装以保护装置在运输时免受损伤。PX产品已用稀释的除菌剂溶液进行了清洗，以防止在装箱和存放期间的细菌孽生。PX产品在存放或工作的环境温度不得低于33℉[1℃]，且不得高于120℉[49℃]。PX能量回收装置将高压浓盐水水流的压力传递给低压新鲜海水水流，这两股水流在转子的内通道中直接接触，从而完成压力交换。转子装在一个间隙尺寸精确的陶瓷套中，该陶瓷套位于两个陶瓷端盖之间。当高压水注入时，可形成一个几乎无摩擦的水力轴承。在水力轴承里旋转的转子是PX装置中唯一的运动部件。在任意时刻，转子内通道的一半处于高压水流中，而另一半则处于低压水流中。转子转动时，通道会通过一个将高压和低压隔离的密封区。这些含有高压水的通道与相邻的含有低压水的通道被转子通道间的隔断和陶瓷端盖形成的密封区隔离。PX能量回收装置的陶瓷部件示意图如下图所示。由海水供水泵供应的海水流进低压区左侧的通道，该水流将浓盐水从通道的右侧排出。在转子转过密封区后，高压盐水从右侧流入通道，给海水增加压力，受压后的海水然后再流入循环泵。转子每旋转一圈，这个压力交换过程就在每个通道内重复，从而不断有水流注入和排出。转子公称转速为l,200rpm，即转子每秒钟转20转。2、SWRO系统中的能量回收装置PX能量回收装置从根本上改变了SWRO系统的工艺流程。图4.2显示PX能量回收装置在SWRO系统中的典型流程。来自SWRO系统的浓盐水[G]通过PX装置，其压力直接传递给进入的新鲜海水，效率高达98%。与浓盐水的压力和流量接近的加压海水流[D]进入循环泵。循环泵采用变频控制，通过改变电机的频率来调整高压循环管路[E-G-D]的流量。被循环泵完全加压的海水与高压泵出水混合，进入反渗透膜。从图4.2可以看到，在装有PX能量回收装置的反渗透系统中，来自膜堆的浓盐水流向膜堆进水。转子在高压水流和低压水流之间旋转，用新鲜海水取代浓盐水，同时排出浓盐水。水流推动转子自由旋转，转子转速与水流量成比例，同时需要少量高压水流作为润滑流量。用户可以通过并联多个PX装置来达到所需的系统出力。PX装置和高压泵出口止回阀密封RO工艺中的高压部分。在RO运行时，高压泵出水流[C]进入高压循环回路[D-E-G],这部分水除少量在转子缝隙内作为转子润滑流量外，其它绝大部分作为系统产水流量。典型的润滑流量大约为高压泵出水总量的0.5%。可以通过高压泵出水量[C]减去产水量[F]获得。在膜系统中，系统驱动力和润滑流量由高压泵提供。采用PX-220的SWRO系统的流量及压力示例见以下表4.l，可同时可参考图4.2。在安装了PX能量回收装置的SWRO系统中，高压泵的流量等于产水流量加上少量的润滑流量，而非SWRO的总进水流量。因此，PX能量回收技术大大降低了通过高压泵的流量。这一点之所以重要，是因为高压泵流量的降低意味着更低的投资和运行成本。在采用PX能量回收装置、具有40％回收效率的典型SWRO系统中，高压泵提供41％的工作能量，循环泵提供2%，而PX装置则提供其余的57％。由于PX能量回收装置不使用外部动力，总的能量消耗比没有能量回收装置的系统节约了57％。在装有PX能量回收装置的反渗透系统中，在低的回收率下，系统同样能高效运行。因为在PX装置供给膜的水量中，绝大部分能量是PX装置回收浓盐水的能量，仅需循环泵补充极少能量。降低系统回收率的一个显著优点是可以在较低的操作压力下获得同样的系统产水量。在全面总结使用PX装置的SWRO工厂中，系统回收率在35-45%之间，可以使SWRO能耗最低。不在此回收率范围内，对于同样的产水量，SWRO将消耗更多能量。低的回收率将使给水和预处理系统消耗额外能量；高的回收率，为克服高的渗透压，将使高压泵消耗额外能量。图4.3显示SWRO系统中，回收率与能量消耗的关系。操作人员能通过改变回收率来优化RO系统性能，以补偿原水变化带来的影响。在装有PX能量回收装置的反渗透系统中，改变回收率相当容易，变频循环泵能调整PX装置、循环泵和膜组中高压水流量，以确保进出PX装置的水流量平衡。只要到PX装置的流量和压力在相应的范围内，压力传递效率和混合的改变都很小。3、PX能量回收装置性能PX装置没有外部的直接控制。转子转速和水流量成比例，因此，进入PX能量回收装置的流量、压力和水质必须被监测和控制。SWRO系统中的PX能量回收装置可以视为采用两条平行管道，一条用于通过PX装置的高压水流，另一条用于通过低压水流。如图4.2所示，高压水流循环通路为反渗透膜组、PX装置或PX装置组列、循环泵和返回反渗透膜组［E→G→D→E］，其流量由一个配备变频器的循环泵控制；低压水流从海水供水泵处流经PX装置或PX装置组列，至PX装置出口[B→H]，此低压水流由供水泵和一个位于PX装置或PX装置组列的浓盐水排放口［H］的控制阀控制。由于高压水流和低压水流是相互独立的，SWRO工厂的设计已考虑到对这两种水流分别进行监测和控制。二、安全性PX能量回收装置是一种典型的在高压条件下运行的旋转工业设备。因此，操作及维护人员必须具有审慎和正确安全的作业方法，以预防人员伤害和避免损害设备和周围环境。本规程并不能减除操作维护人员进行正常判断和维护产品及部件工作中的责任。安全负责人员必须根据对本地工业危害的全面分析，制定安全程序。正确的安装、故障设备的维护和过压保护、过流保护设备必须是该程序中至关重要的部分。通常情况下，所有人员必须服从所有与高压设备及工艺有关的基本规定。不符合表6.1中的条件为不安全的工作条件，并可能导致PX装置的损坏。三、安装65系列PX能量回收装置可在水平、垂直或以任何方向进行安装和工作。每个装置都有4个标识:HPIN（高压入口）、HPOUT（高压出口）、LPIN（低压入口）和LPOUT（低压出口）的接头。HPIN：是高压浓盐水的进口。HPOUT：是高压海水的出口。LPIN：是低压海水的进口。LPOUT：是低压浓盐水的出口。PX能量回收装置的外部管件采用CN3MN或同等超级双相不锈钢制造。外壳为增强玻璃钢。管路布置、管道支撑和外壳支撑需使所有管件承受的外部应力降到最低。需使用保护衬垫来安装和固定外壳，以降低抱箍对外壳的摩擦，也可使用校正垫片。管件和PX装置之间的连接应使用挠性连接件。所有O型圈和密封的润滑只能使用水溶性润滑剂，如甘油或肥皂。不得使用油脂！四、系统性能规格、注意事项和条件使用好PX能量回收装置需注意遵守基本操作条件和注意事项。在安装、操作和维护PX装置时，必须符合本手册和操作规范要求，以保证操作安全和较长的使用寿命。违反这些规定和注意事项可能引起设备损伤或人员伤害。1、系统性能限制概要(1)PX装置排出的低压浓盐水流必须经节流以产生背压。背压不足可能导致破坏性气蚀。(2)采用多套装置并联可无限扩大系统容量。2、注意事项和操作条件：2.1单个PX装置最大允许流量见表6.1，PX装置不得在这些范围之外使用。2.2PX装置的进料海水必须经10微米或以下的过滤，并且经过与被输送到SWRO渗透膜的海水相同的预处理。2.3在SWRO系统加压前，夹带的空气或管道中的空气或其它气体都必须彻底的排出。承压系统内的较大气泡可导致管道和包括PX装置的设备损坏。2.4设计PX装置的连接管道时，需使PX装置的管件和外壳所受的应力降到最低。2.5PX装置的外壳端板（端盖板）结合了互锁限制装置（锁环片），这些装置受损会导致PX装置外壳的重大机械及密封故障。PX装置的外壳在靠近端盖板的位置有排放孔，以便外壳顶部排水。外壳顶部和泄流孔需经常用清水冲洗或清理，以防止积盐和腐蚀。2.6PX装置储存和工作的环境温度不得低于33℉[1℃]，且不得高于120℉[49℃]。2.7任何情况下盐水进口(HPIN)压力不得超过l,200psig(82.7bar）。2.8过滤海水进口压力不得超过300psig(20.7bar）。PX装置低压浓盐水出口(LPOUT)的最低出口压力应为8psig(0.6bar），推荐此压力高于15psig(1bar）。2.9在进行管道或其他SWRO系统部件液压静力学试压时，必须将PX装置从SWRO系统中卸除。不得试图对PX装置进行液压静力学测试。2.10安装相应管道和管件，以便在清洗反渗透膜时，将PX装置与反渗透盐水流隔离，否则会将残垢带入，从而损坏PX装置。五、开机和停机程序1、系统启动程序1.1所有阀门必须在正常工作位置。1.2启动海水供水泵。通过PX装置的供水水流可能会、也可能不会引起转子转动，转动时会产生噪声，在PX装置附近可以听到。1.3将给水流量调节到所要求的流量值。1.4开启排气阀，排空高压管路中的空气。供水泵将给水水流通过高压泵进入高压管路系统，通过排气阀逐渐排空高压管路系统空气。1.5在高压管路充满水后，启动循环泵，转子转速增加，进一步通过排气阀排气。1.6调节浓盐水水流量，以平衡PX装置中的高压和低压水流量。1.7在PX装置和循环泵运行5-10分钟后，且所有空气和气体完全排出系统后，关闭排气阀。1.8启动高压泵。SWRO系统的压力会上升到产水流量与来自高压泵的流量接近的压力点。PX装置的噪音也会增加，噪音和转子速度的小幅增加是正常的。1.9确定PX装置浓盐水出水压力（LPOUT）高于最低要求值。1.10检查高压和低压流量。根据需要调节流量，以使PX装置的流量平衡。2、短期（1‐3天）系统停机程序2.1关闭高压泵。2.2等待系统压力降到海水渗透压，如400psig(28bar）。如有需要，打开减压阀降低压力。2.3关闭循环泵2.4关闭海水供水泵。3、中期（4‐14天）系统停机程序3.1向PX装置和SWRO系统输入清水，必须分别向PX装置和SWRO系统输入清水，以确保PX装置转子在冲洗期间转动。输入压力需达到20psig(1.4bar)，以保证系统冲洗效果。3.2确认循环泵正常工作。运行系统5-10分钟，直到所有海水被排出。3.3关闭循环泵3.4关掉清水水源。4、长期（两周以上）系统停机程序如果工厂需要停止运行较长时间，包括PX装置的SWRO系统必须用清水完全冲洗，以去除积盐，并需采取抑菌措施。PX装置的高压和低压水流侧必须分别冲洗。低压侧的冲洗需使清水通过海水进料管道进入PX装置，并排向浓盐水排水口。高压侧的冲洗通常用循环泵控制PX装置和反渗透的循环水来进行。在用清水冲洗期间，PX装置转子润滑流量必须通过高压泵或高压循环管路其它进口提供。对PX装置需使用保护SWRO渗透膜的相同溶液进行最后冲洗。5、反渗透膜清洗当使用化学方法清洗反渗透膜时，必须将PX装置与反渗透系统隔断，以防止来自反渗透膜的残垢进入PX装置。有各种方法用于隔断，包括阀门，可移除短管，加盲板（法兰），或者将PX装置从系统移除。六、备件及工具包PX能量回收装置不需定期维护。然而一旦需要拆卸设备，PX装置仅需简单的工具和设备就可以在现场装配和拆卸。这些工具见下表。这些工具，除起重装置外，都包括在ERI成套工具箱中（ERI部件号20000-01）。另外，PX装置可以放在一个底座或垫块上，以便于拆卸和装配。下图提供了简单的底座或垫块结构尺寸。设备目的双头螺栓连接并提升外壳吊耳连接双头螺栓或张紧螺杆，用于提升外壳或转子组件提升工具，承载能力为500磅（227kg）用于提升外壳或转子组件1/4″内六角扳手从安全卡环或端盖板上拆卸5/16″内六角螺钉2只3/4″套筒扳手装配或拆卸陶瓷转子组件扭矩扳手装配陶瓷转子组件端盖板拉拔器便于陶瓷转子组件拆出水溶性润滑剂，如甘油或非磨擦液体肥皂用于O型圈等的安装PX装置支座或垫块（见下图）用于支承PX装置9.2″（23cm）PVC垫片，直径为3″-6″重新安装PX装置的临时垫块ERI备件包（ERI部