CN107381718B - 一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，包括悬浮式海水淡化模块、海上平台、上缆绳、软管电缆组件；海水淡化模块内自上而下设有空气罐、反渗透式海水淡化组件、储水罐；海水淡化组件通过第一管路与储水罐连通，储水罐通过第二管路与空气罐连通；海水淡化组件前端设有将海水输送进来的电动轴流泵，储水罐出水口通过电动淡水驳运泵及软管电缆组件中的软管与海上平台连接；海上平台通过上缆绳与浮式海水淡化模块连接。本发明系统内部只需设一根淡水收集管，简化了系统，增加了可靠性；空气罐布置在模块上部,确保模块的浮心在上，重心在下，可以确保模块还海中保持正确姿势，防止倾覆；设置电动轴流泵，不设置从海上平台上泵入海水的系统，节省能量和简化结构。

Description

一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统
技术领域
本发明涉及一种海水淡化系统，具体来说。是一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，属于船舶与海洋工程技术领域。
背景技术
反渗透膜式海水淡化是目前常用的一种海水淡化方式，已经大量用于陆地和船舶。反渗透膜要求膜上达到5MPa甚至更高的压力差，才能让水分子透过反渗透膜产生淡水。因此在陆地或船舶上，必须设置压力超过5MPa的供水泵，为反渗透膜提供海水，而流经反渗透膜的海水中，只有约30％成为淡水，其他的成为浓盐水流走，使高压供水泵耗能较大。
为了节省海水淡化的能量消耗，人们想出了多种办法，其中包括采用深海海水淡化方法，即将海水淡化装置布置在深海，利用海水的净水压力，产生渗透膜内外的高压差，从而产生淡水，再用水泵将淡水驳运到海平面以上，这样就只需要耗费输送淡水的能量，而大部分的海水无需再进行泵送。在500-700米左右的深海中，海水较海平面的海水，水质更加清洁，海生物难以生存，水温比较恒定，适合直接让海水进入反渗透膜进行制淡。
在目前已有的深海海水淡化方法中，主要存在以下问题：
1、制造淡水进入储水罐，其内部空气被挤压需要排出；淡水被抽吸时，又需向储水罐内补充空气，目前主要采用深海淡化装置引出通气管到水面以上。通气管长达500米或者更多，管内为大气压力，管外是高水压，承受的压差很大。管子连接深海淡化装置和水面的平台，相互运动容易造成通气管弯曲、变形等，使得管子技术要求高、难度大，系统复杂，并且存在泄漏或堵塞后整个系统失效的安全隐患；
2、深海淡化装置上设备众多，重心、浮心难以确定，配载困难。当储水罐为空罐时，浮心偏下，容易造成倾斜以致系统故障；
3、在深海水域，没有波浪，而且也可能没有洋流，无法采用波浪能来为装置提供能源或推动水流流动，浓盐水在反渗透膜内流动不畅时，会造成制淡效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，极大的简化整个海水淡化系统的结构，并克服潜在的困难，提高海水淡化系统的性能和可靠性。
本发明采取以下技术方案：
一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，包括悬浮式海水淡化模块1、海上平台11、上缆绳12、软管电缆组件13；所述海水淡化模块1内自上而下设有空气罐2、反渗透式海水淡化组件4、储水罐3；海水淡化组件4通过第一管路与储水罐3连通，储水罐3通过第二管路与空气罐2连通；所述海水淡化组件4前端设有将海水输送进来的电动轴流泵8，所述储水罐3出水口通过电动淡水驳运泵7及软管电缆组件13中的软管与海上平台连接；所述海上平台通过上缆绳12与浮式海水淡化模块1连接。
进一步的，所述悬浮式海水淡化模块1底部通过下缆绳14与海底的系泊锚15连接。
更进一步的，第一管路和第二管路为连通一体的淡水收集管6，所述淡水收集管6将空气罐2、海水淡化组件4、储水罐3同时连通。
更进一步的，所述海水淡化组件4内设有反渗透膜5。
更进一步的，所述淡水驳运泵7和电动轴流泵8的电源线通过所述软管电缆组件13与海上平台11连接。
更进一步的，所述海上平台11是海上固定式平台或海上浮式平台或船舶。
更进一步的，储水罐3中水位为零状态下，空气罐2空气压力为0.1Mpa，反渗透膜式海水淡化组件4位于水面以下至少500米的位置。
一种上述无通气管的深海悬浮式海水淡化系统的工作方法，水面海上平台通过上缆绳12将深海悬浮式海水淡化模块1下放到预定水深，并用下缆绳14和系泊锚15使其稳定悬浮在固定位置；电动轴流泵8将海水泵入反渗透膜式海水淡化组件4内，海水在静水压力作用下，在反渗透膜5上形成足够压差，水分子穿过反渗透膜5，形成淡水，并在重力作用下通过淡水收集管6流入储水罐3，储水罐3内空气被淡水挤压，向上通过淡水收集管6压入空气罐2内，空气罐2的压力上升；当储水罐3液位达到一定程度，电动淡水驳运泵7开启，将淡水通过淡水驳运管9和软管电缆组件13驳运到海上平台上；当储水罐3液位开始下降，空气罐2内被压缩的空气自动补入淡水收集管6和储水罐3，保持系统内部压力平衡。
本发明主要具有以下特点：
1)通过在水下的深海悬浮式海水淡化模块的上方设置空气罐、模块中部设反渗透膜式海水淡化组件、下方至设储水罐，并将三者淡水收集管直接连接的方法，使得当产生的淡水靠重力向下流至储水罐时，其自动挤压空气向上，因为空气是可压缩的，所以包括空气罐、海水淡化组件等在内的空气压力均上升，而足够大的空气罐确保空气压力上升是有限的。因为海水淡化模块被放置在水深至少500米处，海水淡化的工作原理是在反渗透膜内外产生约5MPa的压差，即可产生淡水。因此当内部因为空气压缩造成压力上升，反渗透膜的内外压差降低，而由于空气罐的存在，内部压力上升至多0.1MPa，对内外压差几乎没有影响，因此无须专门设通往水面以上的通气管；系统内部也只需设一根淡水收集管，简化了系统，增加了可靠性。
2)在水下的深海悬浮式海水淡化模块的上方设置空气罐，下方设置储水罐。这样模块的浮心在上，重心在下，可以确保模块还海中保持正确姿势，防止倾覆，提高了装置的可靠性。
3)在反渗透膜式海水淡化组件的海水进口处设了电动轴流水泵，使其能缓慢推动海水，使海水在反渗透膜式海水淡化组件中流动，加速高盐浓度废水流走，提高海水淡化效率，不设置从海上平台或船上泵入海水的系统，节省能量和简化结构。
4)悬浮式海水淡化模块采用模块化设计，使用方便，容易推广。
附图说明
图1是本发明无通气管的深海悬浮式海水淡化系统的结构示意图。
图2是图1中，悬浮式海水淡化模块的示意图。
图中，1.悬浮式海水淡化模块，2.空气罐，3.储水罐，4.反渗透式海水淡化组件，5.反渗透膜，6.淡水收集管，7.电动淡水驳运泵，8.电动轴流泵，9.淡水驳运管，10.电缆，11.海上船舶或平台，12.上缆绳，13.软管电缆组件，14.下缆绳，15.系泊锚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参阅图1-2所示，本发明的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其包括：
深海悬浮式海水淡化模块1(后面简称模块1)，包括空气罐2、储水罐3、反渗透膜式海水淡化组件4、反渗透膜5、淡水收集管6、电动淡水驳运泵7、电动轴流泵8、淡水驳运管9、电缆10等。
空气罐2布置模块1上部，反渗透膜式海水淡化组件4布置在模块1中部，储水罐3布置在模块1下部。空气罐2与储水罐3用淡水收集管6直接连接，淡水收集管6同时设有支管连接反渗透膜式海水淡化组件4的淡化水出口。
电动轴流泵8布置在反渗透膜式海水淡化组件4的海水进口处，可将海水泵入反渗透膜式海水淡化组件4内。反渗透膜5制造的淡水在重力作用下进入储水罐3，储水罐3内的空气被淡水挤压，进入上方的淡水收集管6以及空气罐2。
储水罐3内的淡水由电动淡水驳运泵7经过淡水驳运管9、软管电缆组件13输送到水面船舶或平台11上。
水面船舶或平台11通过上缆绳12连接深海悬浮式海水淡化模块1，使其悬浮在规定位置，在深海悬浮式海水淡化模块1下方设有下缆绳14和系泊锚15，也用于控制深海悬浮式海水淡化模块1。
深海悬浮式海水淡化模块1沿着上缆绳12，还设有软管电缆组件13，用于深海悬浮式海水淡化模块1的供电和输送淡水。
本实施例通过将空气罐2、反渗透膜式海水淡化组件4、储水罐3用淡水收集管6连通，使得反渗透膜式海水淡化组件4制造的淡水依靠重力自动流入储水罐3，而储水罐3中水位上升后，因为空气罐2、反渗透膜式海水淡化组件4、储水罐3被淡水收集管6连通为一体，其内部空气被淡水压缩，空气压力随着自动升高。因为空气罐2体积较大，其初始状态下空气压力为0.1MPa，即为一个大气压，因此即便储水罐3内水位漫至反渗透膜式海水淡化组件4处，其空气压力也至多上升至0.2MPa，考虑到反渗透膜式海水淡化组件4在水面以下500米或更多的地方，该空气压力的上升不会影响到反渗透膜式海水淡化组件4的工作。从而无须设置通往水面以上的通气管，简化了系统，节省了成本，提高了设备的可靠性。
本实施例将空气罐2布置在深海悬浮式海水淡化模块1上方，而较重的反渗透膜式海水淡化组件4、储水罐3、电动淡水驳运泵7等布置在深海悬浮式海水淡化模块1上方，可以通过空气罐的大小与整个模块1的重量进行匹配，使得模块1的浮心在上方，重心在下方，在海水中保持一个自然直立的状态，确保一个良好的工作状态，提高了设备可靠性，降低了随洋流运动倾覆的可能。
本实施例中，在反渗透膜式海水淡化组件4的海水进口处，设置了电动轴流泵8，可将海水泵入反渗透膜式海水淡化组件4内，增强反渗透膜内海水的流动性，提高淡水制造的效率。
本实施例的工作过程如下：
水面船舶或平台11通过上缆绳12将深海悬浮式海水淡化模块1下放到预定水深，并用下缆绳14和系泊锚15使其稳定悬浮在固定位置；
因为空气罐2在深海悬浮式海水淡化模块1的上方，确保整体浮心在上，深海悬浮式海水淡化模块1将稳定地直立在海水中；
电动轴流泵8将海水泵入反渗透膜式海水淡化组件4内，海水在静水压力作用下，在反渗透膜5上形成足够压差，水分子穿过反渗透膜5，形成淡水，并在重力作用下通过淡水收集管6流入储水罐3，储水罐3内空气被淡水挤压，向上通过淡水收集管6压入空气罐2内，空气罐2的压力上升；
当储水罐3液位达到一定程度，电动淡水驳运泵7开启，将淡水通过淡水驳运管9和软管电缆组件13驳运到海上船舶或平台11上；
当储水罐3液位开始下降，空气罐2内被压缩的空气自动补入淡水收集管6和储水罐3，保持系统内部压力平衡。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其特征在于：
包括悬浮式的海水淡化模块(1)、海上平台(11)、上缆绳(12)、软管电缆组件(13)；
所述海水淡化模块(1)内自上而下设有空气罐(2)、反渗透式的海水淡化组件(4)、储水罐(3)；海水淡化组件(4)通过第一管路与储水罐(3)连通，储水罐(3)通过第二管路与空气罐(2)连通；所述海水淡化组件(4)前端设有将海水输送进来的电动轴流泵(8)，所述储水罐(3)出水口通过电动淡水驳运泵(7)及软管电缆组件(13)中的软管与海上平台连接；
所述海上平台(11)通过上缆绳(12)与浮式海水淡化模块(1)连接；
第一管路和第二管路为连通一体的淡水收集管(6)，所述淡水收集管(6)将空气罐(2)、海水淡化组件(4)、储水罐(3)同时连通；
储水罐(3)中水位为零状态下，空气罐(2)空气压力为0.1Mpa，海水淡化组件(4)位于水面以下至少500米的位置。
2.如权利要求1所述的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其特征在于：所述悬浮式海水淡化模块(1)底部通过下缆绳(14)与海底的系泊锚(15)连接。
3.如权利要求1或2所述的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化组件(4)内设有反渗透膜(5)。
4.如权利要求1或2所述的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其特征在于：所述淡水驳运泵(7)和电动轴流泵(8)的电源线通过所述软管电缆组件(13)与海上平台连接。
5.如权利要求1或2所述的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统，其特征在于：所述海上平台(11)是海上固定式平台或海上浮动式平台或船舶。
6.一种权利要求1所述的无通气管的深海悬浮式海水淡化系统的工作方法，其特征在于：
水面海上平台通过上缆绳(12)将海水淡化模块(1)下放到预定水深，并用下缆绳(14)和系泊锚(15)使其稳定悬浮在固定位置；电动轴流泵(8)将海水泵入海水淡化组件(4)内，海水在静水压力作用下，在反渗透膜(5)上形成足够压差，水分子穿过反渗透膜(5)，形成淡水，并在重力作用下通过淡水收集管(6)流入储水罐(3)，储水罐(3)内空气被淡水挤压，向上通过淡水收集管(6)压入空气罐(2)内，空气罐(2)的压力上升；
当储水罐(3)液位达到一定程度，电动淡水驳运泵(7)开启，将淡水通过淡水驳运管(9)和软管电缆组件(13)驳运到海上平台上；
当储水罐(3)液位开始下降，空气罐(2)内被压缩的空气自动补入淡水收集管(6)和储水罐(3)，保持系统内部压力平衡。
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