一種反滲透海水淡化能量回收裝置性能測試系統及方法
2023-05-02 01:11:51
一種反滲透海水淡化能量回收裝置性能測試系統及方法
【專利摘要】本發明屬於海水淡化反滲透能量回收【技術領域】,涉及一種用於海水淡化反滲透能量回收裝置的測試系統,包括水箱、提升泵、高壓泵、增壓泵,其中,出水口連接被測能量回收裝置的低壓進口和高壓泵;高壓泵,採用揚程符合能量回收測試壓力要求的柱塞式高壓泵,高壓泵的出水口連接到被測能量回收裝置的高壓進口,採用離心式增壓泵,用於彌補能量回裝置測試期間能量回收過程中的壓力損失和高壓迴路的水頭損失,所述的增壓泵的揚程範圍僅需彌補高壓迴路壓力損失即可。本發明同時提供一種採用上述系統實現的測試方法。本發通過對能量回收裝置實際運行工況的模擬,實現其工作性能的測試,具有投資小、能耗低的優點。
【專利說明】一種反滲透海水淡化能量回收裝置性能測試系統及方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及海水淡化反滲透能量回收【技術領域】,是一種能量回收裝置性能的測試方法,通過對能量回收裝置實際運行工況的模擬,實現能量回收裝置工作性能的測試,具有投資小、能耗低的優點,可適用於能量回收裝置性能檢測、能量回收裝置研發等領域使用。
【背景技術】
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[0002]海水淡化技術發展的主要目標是降低造水成本,降低淡化水的價格。對於目前發展最快的反滲透海水淡化技術來說,電耗是造水成本中佔比最大的一項。對反滲透濃水的餘壓進行再利用的能量回收技術是降低反滲透海水淡化電耗和成本的最有效方法。通過能量回收可降低反滲透系統電耗50%以上,也正是能量回收技術的快速發展,使得反滲透海水淡化成本得以大幅下降,得到快速推廣。因此,能量回收為反滲透海水淡化系統中三大關鍵設備之一。
[0003]目前市場上有多種功交換式能量回收裝置,鑑於能量回收裝置在工程投資及項目運營中的重要地位,我國多家企業也在開發有關能量回收產品,因此,能量回收裝置性能測試評價的需求很大,一方面,所有的能量回收生產廠家都要對產品出廠前進行性能測試評價,另一方面,對市場上不同廠家不同型式的能量回收產品在相同方法下進行測試和評價,有助於對不同產品的性能進行科學比較。
[0004]為測試能量回收裝置的實際工作性能,需要建立能量回收裝置的運行工況,附圖2即為一個能量回收裝置性能測試評價的常用測試工況,在該測試過程中,需配置提升泵、高壓泵、增壓泵,如實現對一臺濃水流量70m3/h能量回收裝置進行測試,需要配置水泵總運行功率達到155.0kW,具體水泵配置見下表。
[0005]表1.測試70m3/h能量回收傳統配置水泵及運行功率
[0006]
耗電設備~?~~Si~運率電率 ia ____kW__kW__
提升泵1302010.011.0-測試期間一直開啟高壓泵60600138.9160.0測試期間一直開啟增壓泵7018 6.17.5測試期間一直開啟
合計155.0178,5
[0007]可以看出,上述方法採用的高壓泵功率很大,不但價格高昂、佔地面積大,測試過程中電耗也非常高,且需專用高負荷的配電系統。
[0008]專利《用於測試能量回收裝置的測試系統》(申請號201110341643.9)公開了一種能量回收裝置的測量裝置,採用兩個減壓閥模擬能量回收的運轉工況,省去了通常測試工況中的反滲透膜,對減少測試系統的投資和運行成本在一定程度上起到了良好作用,但仍存在裝置運行功率偏高、減壓閥故障率較高等問題。經估算,採用該裝置測試70m3/h能量回收裝置運行能耗約需23kW。
[0009]隨著反滲透海水淡化能量回收技術的快速發展,適應能量回收裝置研發及產品性能評價的需求,亟需一種投資低、運行費用小、運行狀況穩定的能量回收性能檢測與評價方法。
【發明內容】
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[0010]本發明在於提供一種系統簡潔、投資低、裝機功率小、電耗少的能量回收裝置性能測試方法,尤其適用於大型反滲透能量回收裝置的性能檢測與評價。本發明的技術方案如下:
[0011]一種用於海水淡化反滲透能量回收裝置的測試系統,所述的被測能量回收裝置具有四個接口:低壓進口(LPin)、低壓出口(LPout)、高壓進口(HPin)和高壓出口(HPout),所述的測試系統包括水箱、提升泵、高壓泵、增壓泵,其特徵在於,
[0012]水箱,容納測試所需海水或淡水,接納被測能量回收裝置的低壓回水;
[0013]提升泵,進水口連接水箱,出水口連接被測能量回收裝置的低壓進口和高壓泵,為能量回收和高壓泵提供滿足壓力要求的進水;
[0014]高壓泵,採用揚程符合能量回收測試壓力要求的柱塞式高壓泵,高壓泵的出水口連接到被測能量回收裝置的高壓進口,為系統初期運行建立壓力;
[0015]增壓泵,採用離心式增壓泵,用於彌補能量回裝置測試期間能量回收過程中的壓力損失和高壓迴路的水頭損失,所述的增壓泵的揚程範圍僅需彌補高壓迴路壓力損失即可。
[0016]本發明同時提供一種所述的海水淡化反滲透能量回收裝置測試系統實現的測試方法,其特徵在於,測試過程包括「測試壓力建立」、「穩定工況能量回收裝置性能測試」、「測試完成後壓力釋放」三個過程:
[0017]①測試壓力建立:通過提升泵向測試系統高壓迴路和低壓迴路注水,由柱塞式高壓泵為被測能量回收裝置高壓進口加壓,被測能量回收裝置將利用進水口的水壓為進入被測能量回收裝置的低壓進水加壓,並通過高壓迴路再次進入被測能量回收裝置的高壓進口,形成高壓迴路,建立系統壓力;
[0018]②穩定工況能量回收裝置性能測試:在高壓迴路的系統壓力建立之後,不需柱塞式高壓泵提供系統壓力,只需增壓泵提供高壓迴路中能量回收過程中的壓力損失、以及管路閥門的水頭損失即可維持能量回收的穩定運轉,通過測試所述的被測能量回收裝置的低壓進口、高壓進口、高壓出口的壓力和流量,即可實現對能量回收裝置實際運行效果的測試,並計算出有效能量轉換效率;
[0019]③測試完成後壓力釋放:測試完成後,將高壓管路中有壓水向水箱洩水排壓,管路中的存水通過管路低處排水口可進行排空。
[0020]本發明的技術核心在於,採用小流量大揚程高壓泵建立測試系統高壓迴路的壓力,模擬能量回收在反滲透系統的使用工況,形成能量回收裝置有效能量轉換效率的測試條件,實現對能量回收裝置的性能測試。建立起測試工況進行測試時,系統僅需增壓泵克服高壓水能量轉換中的能量損失及管路水頭損失,省去了通常系統中配置的高流量、高揚程高壓泵,大幅降低了測試系統的投資、佔地及測試能耗。
[0021]採用本專利所提出的測試方法,如測試流量為70m3/h的能量回收裝置,需配備的用電設備如下:
[0022]表2.採用本專利提出的方法測試70m3/h能量回收的系統配置水泵及運行功率
[0023]
耗電設備 ~~~~
____kW__kW__
提升泵80206.27.5 測試期間一直開啟
高壓慄 2,5 600 5,8 7,5 式壓力^ ______階段升啟_
ieJS?X70184.95.5 測試」階段開啟
測試階段運行功率為
合計 11.1(12.0) 20.5 11.1kW,壓力建立階 _____段運行功率12.0kW
[0024]與【背景技術】中提到的測試70m3/h能量回收裝置通常所用的測試系統相比,採用本專利提出的方法進行測試,最大運行功率從155.0kff降到12.0kW、降低92.26%,裝機功率從178.5kff降到20.5kW、降低88.52%,大幅降低了系統裝機功率及運行能耗。
[0025]與【背景技術】中所述的專利《用於測試能量回收裝置的測試系統》相比,本專利提出的方法,在測試過程中無需開啟高壓泵,可進一步降低測試運行能耗約50%,省去了系統中配置的減壓閥(特別是第一減壓閥),提升了測試系統的穩定性。
[0026]綜上所述,本發明提出的能量回收測試系統具有投資小、佔地少、功耗低、運行穩定等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0027]附圖1:本發明所提出的反滲透海水淡化能量回收裝置性能測試方法工藝流程,圖中,VFD表示水泵變頻控制器,FT表示流量測試及傳感儀表,PT表示壓力測試及傳感儀表,LT表示低液位指示及報警儀表,HV表示閥門,LPin, LPout, HPin, HPout表示連接被測能量回收裝置的低壓進水口、低壓排水口、高壓進水口、高壓出水口。在圖中所示的閥門HVl ?HV6 中,HVl、HV3、HV6 為單向閥。
[0028]附圖2:目前通常採用的能量回收裝置性能評價測試方法工藝流程,圖中有關符號同附圖1。
【具體實施方式】
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[0029]結合附圖1,對本發明提出的反滲透海水淡化能量回收裝置性能測試方法的典型性測試過程進行說明:
[0030]測試過程分3個階段,包括「測試壓力建立」、「穩定工況能量回收裝置性能測試」、「測試完成後壓力釋放」。
[0031]①測試壓力建立
[0032]所有閥門開啟,開啟取水泵,提升泵從水箱取水,泵入兩個支路,一路作為能量回收裝置的低壓進水,一路作為高壓泵的進水;關閉閥門HV5,待整個系統管路充滿水後,開啟高壓泵,高壓泵將水升壓打入能量回收的高壓進水口,當壓力達到能量回收運轉高壓入口最低值時,能量回收利用進入的高壓水壓對進入低壓水做功,將低壓水升壓從高壓出口排出進入高壓迴路中;開啟增壓泵,由於高壓泵採用柱塞泵,高壓迴路壓力會逐步上升到測試所需壓力,關閉高壓泵及高壓泵前後閥門HV2、HV4,即可實現穩定運轉。
[0033]②穩定工況能量回收裝置性能測試:
[0034]系統建立穩定測試壓力後,通過讀取能量回收裝置低壓進、低壓出、高壓進、高壓出四口的壓力(pmn、Ρπ^、ΡΗΜη、PhpqJ、流量值(Q LPin、^LPoutΛ ^HPin、^HPout ),採用如下公式計算能量回收裝置的有效能量轉換效率:
[0035]E =-——pHPout X QHPout _ χ 100
"HPin x HHPin + ^LPin x VtPin
[0036]式中:
[0037]E——能量回收裝置的有效能量轉換效率,% ;
[0038]Papout——高壓出水壓力,單位MPa ;
[0039]QHPout——高壓出水流量,單位m3/h ;
[0040]Papin——高壓進水壓力,單位MPa ;
[0041 ] Qapin——高壓進水流量,單位m3/h ;
[0042]PLPin——低壓進水壓力,單位MPa ;
[0043]QLPin——低壓進水流量,單位m3/h。
[0044]③測試完成後壓力釋放:
[0045]測試完成後,關閉增壓泵,開啟閥門HV5,將高壓管路壓力釋放,壓力釋放完畢後,打開所有管路的排空閥,可將管路中的殘留的廢水進行排放。
[0046]以上所述僅為本發明的一種優選實施方式,對於本【技術領域】的技術人員,在不脫離本發明的基本原理下,可採用不同的變化形式予以實現本發明所述的功能和有益效果,均應視為在本專利的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於海水淡化反滲透能量回收裝置的測試系統,所述的被測能量回收裝置具有四個接口:低壓進口(LPin)、低壓出口(LPout)、高壓進口(HPin)和高壓出口(HPout)Jf述的測試系統包括水箱、提升泵、高壓泵、增壓泵,其特徵在於, 水箱,容納測試所需海水或淡水,接納被測能量回收裝置的低壓回水; 提升泵,進水口連接水箱,出水口連接被測能量回收裝置的低壓進口和高壓泵,為能量回收和高壓泵提供滿足壓力要求的進水; 高壓泵,採用揚程符合能量回收測試壓力要求的柱塞式高壓泵,高壓泵的出水口連接到被測能量回收裝置的高壓進口,為系統初期運行建立壓力; 增壓泵,採用離心式增壓泵,用於彌補能量回裝置測試期間能量回收過程中的壓力損失和高壓迴路的水頭損失,所述的增壓泵的揚程範圍僅需彌補高壓迴路壓力損失即可。
2.採用權利要求1所述的海水淡化反滲透能量回收裝置測試系統實現的測試方法,其特徵在於,測試過程包括「測試壓力建立」、「穩定工況能量回收裝置性能測試」、「測試完成後壓力釋放」三個過程: ①測試壓力建立:通過提升泵向測試系統高壓迴路和低壓迴路注水,由柱塞式高壓泵為被測能量回收裝置高壓進口加壓,被測能量回收裝置將利用進水口的水壓為進入被測能量回收裝置的低壓進水加壓,並通過高壓迴路再次進入被測能量回收裝置的高壓進口,形成高壓迴路,建立系統壓力; ②穩定工況能量回收裝置性能測試:在高壓迴路的系統壓力建立之後,不需柱塞式高壓泵提供系統壓力,只需增壓泵提供高壓迴路中能量回收過程中的壓力損失、以及管路閥門的水頭損失即可維持能量回收的穩定運轉,通過測試所述的被測能量回收裝置的低壓進口、高壓進口、高壓出口的壓力和流量,即可實現對能量回收裝置實際運行效果的測試,並計算出有效能量轉換效率; ③測試完成後壓力釋放:測試完成後,將高壓管路中有壓水向水箱洩水排壓,管路中的存水通過管路低處排水口可進行排空。
【文檔編號】B01D61/06GK104209008SQ201410314915
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】王生輝, 閆玉蓮, 趙河立, 王曉玲, 陳梵, 邵天寶 申請人:國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所