CN104209008B - 一种反渗透海水淡化能量回收装置性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海水淡化反渗透能量回收技术领域，涉及一种用于海水淡化反渗透能量回收装置的测试系统，包括水箱、提升泵、高压泵、增压泵，其中，出水口连接被测能量回收装置的低压进口和高压泵；高压泵，采用扬程符合能量回收测试压力要求的柱塞式高压泵，高压泵的出水口连接到被测能量回收装置的高压进口，采用离心式增压泵，用于弥补能量回装置测试期间能量回收过程中的压力损失和高压回路的水头损失，所述的增压泵的扬程范围仅需弥补高压回路压力损失即可。本发明同时提供一种采用上述系统实现的测试方法。本发通过对能量回收装置实际运行工况的模拟，实现其工作性能的测试，具有投资小、能耗低的优点。

Description

一种反渗透海水淡化能量回收装置性能测试系统及方法

技术领域：

本发明涉及海水淡化反渗透能量回收技术领域，是一种能量回收装置性能的测试方法，通过对能量回收装置实际运行工况的模拟，实现能量回收装置工作性能的测试，具有投资小、能耗低的优点，可适用于能量回收装置性能检测、能量回收装置研发等领域使用。

背景技术：

海水淡化技术发展的主要目标是降低造水成本，降低淡化水的价格。对于目前发展最快的反渗透海水淡化技术来说，电耗是造水成本中占比最大的一项。对反渗透浓水的余压进行再利用的能量回收技术是降低反渗透海水淡化电耗和成本的最有效方法。通过能量回收可降低反渗透系统电耗50％以上，也正是能量回收技术的快速发展，使得反渗透海水淡化成本得以大幅下降，得到快速推广。因此，能量回收为反渗透海水淡化系统中三大关键设备之一。

目前市场上有多种功交换式能量回收装置，鉴于能量回收装置在工程投资及项目运营中的重要地位，我国多家企业也在开发有关能量回收产品，因此，能量回收装置性能测试评价的需求很大，一方面，所有的能量回收生产厂家都要对产品出厂前进行性能测试评价，另一方面，对市场上不同厂家不同型式的能量回收产品在相同方法下进行测试和评价，有助于对不同产品的性能进行科学比较。

为测试能量回收装置的实际工作性能，需要建立能量回收装置的运行工况，附图2即为一个能量回收装置性能测试评价的常用测试工况，在该测试过程中，需配置提升泵、高压泵、增压泵，如实现对一台浓水流量70m³/h能量回收装置进行测试，需要配置水泵总运行功率达到155.0kW，具体水泵配置见下表。

表1.测试70m³/h能量回收传统配置水泵及运行功率

可以看出，上述方法采用的高压泵功率很大，不但价格高昂、占地面积大，测试过程中电耗也非常高，且需专用高负荷的配电系统。

专利《用于测试能量回收装置的测试系统》(申请号201110341643.9)公开了一种能量回收装置的测量装置，采用两个减压阀模拟能量回收的运转工况，省去了通常测试工况中的反渗透膜，对减少测试系统的投资和运行成本在一定程度上起到了良好作用，但仍存在装置运行功率偏高、减压阀故障率较高等问题。经估算，采用该装置测试70m³/h能量回收装置运行能耗约需23kW。

随着反渗透海水淡化能量回收技术的快速发展，适应能量回收装置研发及产品性能评价的需求，亟需一种投资低、运行费用小、运行状况稳定的能量回收性能检测与评价方法。

发明内容：

本发明在于提供一种系统简洁、投资低、装机功率小、电耗少的能量回收装置性能测试方法，尤其适用于大型反渗透能量回收装置的性能检测与评价。本发明的技术方案如下：

一种用于海水淡化反渗透能量回收装置的测试系统，所述的被测能量回收装置具有四个接口：低压进口(LPin)、低压出口(LPout)、高压进口(HPin)和高压出口(HPout)，所述的测试系统包括水箱、提升泵、高压泵、增压泵，其特征在于，

水箱，容纳测试所需海水或淡水，接纳被测能量回收装置的低压回水；

提升泵，进水口连接水箱，出水口连接被测能量回收装置的低压进口和高压泵，为能量回收和高压泵提供满足压力要求的进水；

高压泵，采用扬程符合能量回收测试压力要求的柱塞式高压泵，高压泵的出水口连接到被测能量回收装置的高压进口，为系统初期运行建立压力；

增压泵，采用离心式增压泵，用于弥补能量回装置测试期间能量回收过程中的压力损失和高压回路的水头损失，所述的增压泵的扬程范围仅需弥补高压回路压力损失即可。

本发明同时提供一种所述的海水淡化反渗透能量回收装置测试系统实现的测试方法，其特征在于，测试过程包括“测试压力建立”、“稳定工况能量回收装置性能测试”、“测试完成后压力释放”三个过程：

①测试压力建立：通过提升泵向测试系统高压回路和低压回路注水，由柱塞式高压泵为被测能量回收装置高压进口加压，被测能量回收装置将利用进水口的水压为进入被测能量回收装置的低压进水加压，并通过高压回路再次进入被测能量回收装置的高压进口，形成高压回路，建立系统压力；

②稳定工况能量回收装置性能测试：在高压回路的系统压力建立之后，不需柱塞式高压泵提供系统压力，只需增压泵提供高压回路中能量回收过程中的压力损失、以及管路阀门的水头损失即可维持能量回收的稳定运转，通过测试所述的被测能量回收装置的低压进口、高压进口、高压出口的压力和流量，即可实现对能量回收装置实际运行效果的测试，并计算出有效能量转换效率；

③测试完成后压力释放：测试完成后，将高压管路中有压水向水箱泄水排压，管路中的存水通过管路低处排水口可进行排空。

本发明的技术核心在于，采用小流量大扬程高压泵建立测试系统高压回路的压力，模拟能量回收在反渗透系统的使用工况，形成能量回收装置有效能量转换效率的测试条件，实现对能量回收装置的性能测试。建立起测试工况进行测试时，系统仅需增压泵克服高压水能量转换中的能量损失及管路水头损失，省去了通常系统中配置的高流量、高扬程高压泵，大幅降低了测试系统的投资、占地及测试能耗。

采用本专利所提出的测试方法，如测试流量为70m³/h的能量回收装置，需配备的用电设备如下：

表2.采用本专利提出的方法测试70m³/h能量回收的系统配置水泵及运行功率

与背景技术中提到的测试70m³/h能量回收装置通常所用的测试系统相比，采用本专利提出的方法进行测试，最大运行功率从155.0kW降到12.0kW、降低92.26％，装机功率从178.5kW降到20.5kW、降低88.52％，大幅降低了系统装机功率及运行能耗。

与背景技术中所述的专利《用于测试能量回收装置的测试系统》相比，本专利提出的方法，在测试过程中无需开启高压泵，可进一步降低测试运行能耗约50％，省去了系统中配置的减压阀(特别是第一减压阀)，提升了测试系统的稳定性。

综上所述，本发明提出的能量回收测试系统具有投资小、占地少、功耗低、运行稳定等优点。

附图说明：

附图1：本发明所提出的反渗透海水淡化能量回收装置性能测试方法工艺流程，图中，VFD表示水泵变频控制器，FT表示流量测试及传感仪表，PT表示压力测试及传感仪表，LT表示低液位指示及报警仪表，HV表示阀门，LPin、LPout、HPin、HPout表示连接被测能量回收装置的低压进水口、低压排水口、高压进水口、高压出水口。在图中所示的阀门HV1～HV6中，HV1、HV3、HV6为单向阀。

附图2：目前通常采用的能量回收装置性能评价测试方法工艺流程，图中有关符号同附图1。

具体实施方式：

结合附图1，对本发明提出的反渗透海水淡化能量回收装置性能测试方法的典型性测试过程进行说明：

测试过程分3个阶段，包括“测试压力建立”、“稳定工况能量回收装置性能测试”、“测试完成后压力释放”。

①测试压力建立

所有阀门开启，开启取水泵，提升泵从水箱取水，泵入两个支路，一路作为能量回收装置的低压进水，一路作为高压泵的进水；关闭阀门HV5，待整个系统管路充满水后，开启高压泵，高压泵将水升压打入能量回收的高压进水口，当压力达到能量回收运转高压入口最低值时，能量回收利用进入的高压水压对进入低压水做功，将低压水升压从高压出口排出进入高压回路中；开启增压泵，由于高压泵采用柱塞泵，高压回路压力会逐步上升到测试所需压力，关闭高压泵及高压泵前后阀门HV2、HV4，即可实现稳定运转。

②稳定工况能量回收装置性能测试：

系统建立稳定测试压力后，通过读取能量回收装置低压进、低压出、高压进、高压出四口的压力(P_LPin、P_LPout、P_HPin、P_HPout)、流量值(Q_LPin、Q_LPout、Q_HPin、Q_HPout)，采用如下公式计算能量回收装置的有效能量转换效率：

$E=\frac{P_{\mathrm{HPout}}\×Q_{\mathrm{HPout}}}{P_{\mathrm{HPin}}\×Q_{\mathrm{HPin}}+P_{\mathrm{LPin}}\×Q_{\mathrm{LPin}}}\×100$

式中：

E——能量回收装置的有效能量转换效率，％；

P_HPout——高压出水压力，单位MPa；

Q_HPout——高压出水流量，单位m³/h；

P_HPin——高压进水压力，单位MPa；

Q_HPin——高压进水流量，单位m³/h；

P_LPin——低压进水压力，单位MPa；

Q_LPin——低压进水流量，单位m³/h。

③测试完成后压力释放：

测试完成后，关闭增压泵，开启阀门HV5，将高压管路压力释放，压力释放完毕后，打开所有管路的排空阀，可将管路中的残留的废水进行排放。

以上所述仅为本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的基本原理下，可采用不同的变化形式予以实现本发明所述的功能和有益效果，均应视为在本专利的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于海水淡化反渗透能量回收装置的测试方法，所述的被测能量回收装置具有四个接口：低压进口(LPin)、低压出口(LPout)、高压进口(HPin)和高压出口(HPout)，所采用的测试系统包括水箱、提升泵、高压泵和增压泵，其中，

水箱，容纳测试所需海水或淡水，接纳被测能量回收装置的低压回水；

提升泵，进水口连接水箱，出水口连接被测能量回收装置的低压进口和高压泵，为能量回收和高压泵提供满足压力要求的进水；

高压泵，采用扬程符合能量回收测试压力要求的柱塞式高压泵，高压泵的出水口连接到被测能量回收装置的高压进口，为系统初期运行建立压力；

增压泵，采用离心式增压泵，用于弥补能量回收装置测试期间能量回收过程中的压力损失和管路阀门的水头损失，所述的增压泵的扬程范围仅需弥补高压回路压力损失即可；

其特征在于，测试过程包括“测试压力建立”、“稳定工况能量回收装置性能测试”、“测试完成后压力释放”三个过程：

①测试压力建立：通过提升泵向测试系统高压回路和低压回路注水，由柱塞式高压泵为被测能量回收装置高压进口加压，被测能量回收装置将利用高压进水口的水压为进入被测能量回收装置的低压进水加压，并通过高压回路再次进入被测能量回收装置的高压进口，形成高压回路，为系统初期运行建立压力；

②稳定工况能量回收装置性能测试：在高压回路的系统压力建立之后，不需柱塞式高压泵提供系统压力，只需增压泵提供高压回路中能量回收过程中的压力损失、以及管路阀门的水头损失即可维持能量回收装置的稳定运转，通过测试所述的被测能量回收装置的低压进口、高压进口、高压出口的压力和流量，即可实现对能量回收装置实际运行效果的测试，并计算出有效能量转换效率；

③测试完成后压力释放：测试完成后，将高压管路中有压水向水箱泄水排压，管路中的存水通过管路低处排水口可进行排空。