CN112292351B - 模块化海底海水脱盐系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化的海底脱盐系统。海底脱盐模板包含海底脱盐模块区域41和模块流体联接器46。脱盐水出口在脱盐模块区域中与模块流体联接器46流体连接。具有反渗透筒23的海底脱盐模块5与海底模板流体联接器47、海水入口部段和浓缩海水出口部段流体连接。泵模块17中的用于脱盐水的传输泵组件48与海底脱盐模板1和脱盐模块5流体连接。海水循环泵49与至少一个反渗透筒23的海水侧流体连接。脱盐水管线2将流体从脱盐水传输泵组件48传送到海平面上方的位置。此外，本发明涉及一种脱盐模块5以及一种更换需要维修的海底脱盐模块5的方法。

Description

模块化海底海水脱盐系统

本发明涉及一种模块化海底脱盐系统。所述系统包含海底模板，所述海底模板具有用于脱盐、泵送、控制、化学药品注入和流体传输的指定模块。本发明还涉及一种海底脱盐模块和更换这种模块的方法。

可以将反渗透(RO)膜在提供大于渗透压(π)的静水压力的水深处放置在海水中。可以将大于π的静水压力用于脱盐工序，以在无需额外压力的情况下推动水分子穿过RO膜。海底脱盐是有利的，这是因为提供流过RO膜的泵能够位于RO膜的下游，由此仅泵送脱盐的水流，而不是泵送全部海水流。

本发明基于上述原理。本发明的脱盐系统适应于位于海床上的指定水深处。循环泵驱动海水流过RO膜的阵列。RO膜的滞留物(浓缩海水)被就地排放。渗透液(脱盐的水)由传输泵泵送到脱盐水接收设施。传输泵产生压力差。这降低了泵的入口压力，由此RO膜的渗透压等于传输泵的入口压力。这在RO膜上提供了必要的压差，以驱动反渗透。利用这种设置，能够利用周围海水中存在的静水压力来对海水进行脱盐。

高生产量的脱盐工厂需要大量的陆地区域，并且在需要脱盐水的地方的附近这样的陆地区域通常难以获得或价格昂贵。因此，使脱盐工厂位于海底也是有利的。

因此，本发明涉及一种海底脱盐系统。所述海底脱盐系统包含适应于位于海床上的海底脱盐模板，所述海底脱盐模板包含至少一个海底脱盐模块区域、至少一个模块流体联接器以及与所述至少一个模块流体联接器流体连接的模板管道。至少一个可回收的海底脱盐模块适应于被放置在海底脱盐模板的所述至少一个海底脱盐模块区域中，并且包含海底模板流体联接器的所述至少一个可回收的海底脱盐模块适应于连接到所述至少一个模块流体联接器。至少一个反渗透筒与海底模板流体联接器流体连接。至少一个海水循环泵组件与所述至少一个反渗透筒的海水侧流体连接。循环泵组件可以在所述至少一个反渗透筒的上游侧和下游侧上。至少一个脱盐水传输泵组件与可回收的海底脱盐模块中的所述至少一个反渗透筒(23)的脱盐水侧和至少一个脱盐水管线流体连接。至少一个可回收的海底水泵模块包含所述脱盐水传输泵组件和所述至少一个海水循环泵组件中的至少一者。所述至少一个可回收的海底水泵模块上的至少一个模板流体联接器适应于与在具有泵模块区域的模板上的至少一个模块流体联接器连接。所述至少一个脱盐水管线延伸到海平面上方的位置。

海底脱盐系统还可以包含被固定到海床锚固元件的永久性海床基座，并且海底脱盐模板可以适应于位于永久性海床基座的顶部上。

海底脱盐模板可以适应于位于另外的基底模板上，所述另外的基底模板与脱盐水管线和浓缩海水出口流体连接。模板包含模板导管并且可以包含阀。

所述另外的海底基底模板可以适应于位于永久性海床基座的顶部上，并且可以包含模板导管和阀。

海底脱盐模板还可以包含被固定到海底脱盐模板的海床锚固元件。

海床锚固元件可以包含吸力锚。

所述具有泵模块区域的模板可以是脱盐模板。

所述至少一个海水循环泵组件和所述至少一个脱盐水传输泵组件可以位于公共的可回收的海底水泵模块中。

所述至少一个海水循环泵组件可以位于可回收的海水循环泵模块中。所述至少一个脱盐水传输泵组件可以位于可回收的海底脱盐水传输泵模块中。然后，可回收的传输泵模块位于脱盐水传输泵模块区域中，并且可回收的海底循环泵模块位于循环泵模块区域中。

至少一个可回收的控制模块位于脱盐模板上的至少一个控制模块区域中。

至少一个海底脱盐模块还可以包含海水入口过滤器，所述海水入口过滤器被布置成对进入所述至少一个反渗透筒的海水进行过滤。

海水入口过滤器可以位于所述至少一个海底脱盐模块的顶部上。

所述具有泵模块区域的模板可以是单独的泵送模板，然后脱盐水流动路径可以在单独的泵送模板与海底脱盐模板之间延伸。

脱盐系统还可以包含单独的过滤和泵送站，其中循环泵模块中的过滤器和循环泵组件位于所述过滤和泵送站模板上并且在脱盐模板的上游且与脱盐模板流体连接，从而将海水泵送通过所述至少一个海底脱盐模块。

具有所述至少一个泵送模块的单独的泵送模板可以位于海底脱盐模板的下游侧，并且包含脱盐水入口和脱盐水出口，由此具有所述至少一个泵送模块的单独的泵送模板将水从脱盐模板传送到顶侧设施。

此外，本发明涉及一种用于如上所述的脱盐系统的海底脱盐模块，所述海底脱盐模块包含多个反渗透筒、浓缩海水出口、脱盐水出口、海水入口以及适应于连接到在脱盐模板上的至少一个模块流体联接器的海底模板流体联接器。

此外，本发明涉及一种用维修好的海底模块替换安装在海底脱盐系统上的海底模块的方法。所述方法包括如下步骤：

基于预限定的参数识别海底模块需要维修；

在海底脱盐系统的上方提供船；

将海底模块提升工具降低到选定的海底模块上；

将选定的海底模块提升到船上；

将维修好的海底模块降低到海底模板上；

将维修好的海底模块固定到海底模板。

所述识别可以基于选自如下参数中的参数：脱盐水流速、海底脱盐模块上的水压降、脱盐水盐度和规律的时间间隔。将海底脱盐模块提升装置固定到用过的海底脱盐模块，将用过的海底脱盐模块从海底脱盐装置释放，将海底脱盐模块提升装置和用过的海底脱盐模块提升到船上，将海底脱盐模块提升装置和维修好的海底脱盐模块降低到海底脱盐模板上，将维修好的海底脱盐模块固定到海底脱盐模板，并且将海底脱盐模块提升装置从维修好的海底脱盐模块释放。

提升装置可以是标准提升框架、释放提升工具、具有孔眼的简单钢丝等。

模块化系统中的模块(在某些情况下是模板)的可回收性提供了有力且可靠的系统。

所述设计使系统的部分能够在不同的干预活动中、在一系列操作或一个操作中利用所有模块就地进行安装和回收。这在安装船的选择方面提供了灵活性。系统的部分可以由阀隔开，并在系统的其余部分运行的同时被回收以进行维护。在备用模块在维修船上准备好运行的情况下，能够立即用另一个模块替换回收的模块。这提高了可用性(正常运行时间)。能够在其他场所(如在供应基地或其他地方)完成模块的维护和维修工作，并在维护工作位置方面提供灵活性。

具有相同功能的模块被标准化。标准化模块能够在相同类型的任何插槽之间交换。当需要更换时，备用模块能够准备好被部署到任何插槽位置。模块化设计还提供了在海底工厂使用寿命期间逐步扩大脱盐系统的总生产能力的机会。

安装在模块框架上的提升连接器、引导系统、模板上的模块区域、安装或维修船的使用等为安装和回收模块(在某些情况下是模板和/或基底模板)提供了一种快速、有力且可靠的手段。该干预能够以特定的时间间隔进行或者由基于所监测的参数的事件所触发。

附图说明

图1是将本发明的海底脱盐系统的一部分安装在海床上的第一步骤的示意图；

图2是图1中所启动的安装的第二步骤的示意图；

图3是安装好的本发明的海底脱盐系统的示意图；

图4是完整的本发明的海底脱盐系统的安装的第一步骤的示意图；

图5是具有十二个脱盐系统模板的本发明的海底脱盐系统的示意图；

图6示出了具有三个模板的图5的细节；

图7是具有单独的泵送模板的本发明的脱盐系统的替代构造的示意图；

图8是具有浮动脱盐水接收设施的替代实施方案中的脱盐系统的示意图；

图9示出了在模块更换步骤期间的图8的实施方案；

图10示出了还包含浮动发电单元的图8的实施方案；

图11示出了具有在相对于模板的较远位置处的海水入口的本发明的替代实施方案；

图12示出了具有在模板上方的较远位置处的海水入口的本发明的替代实施方案；

图13示出了具有在单独的过滤和泵送站处的海水入口的本发明的替代实施方案；

图14示出了具有与水脱盐模板分开的脱盐水传输泵模板的本发明的替代实施方案；

图15a-15d示出了用于本发明的脱盐系统的脱盐模块的细节；

图16a-16c示出了用于本发明的脱盐系统的替代脱盐模块的细节；

图17是9模块的3×3构造的海底模板的示意性顶视图和侧视图；

图18是18模块的3×6构造的海底模板的示意性顶视图和侧视图；

图19a-c是本发明的水泵模块的示意图；

图20是在模板、脱盐模块、循环模块和传输模块之间的流动的示意图；

图21是具有在永久性海床基座上的模板和在模块之间的跳线的海底脱盐系统的示意图；

图22是具有在位于永久性海床基座上的基底模板上的脱盐模板和泵模板的海底脱盐系统的示意图；并且

图23是具有位于永久性海床基座上的脱盐模板的海底脱盐系统的示意图。

参考附图对本发明的实施方案进行详细描述：

图1、2、4中示出的安装顺序与所有模板和模块的安装有关。

图1示出了海底脱盐模板1的第一安装步骤。将海底脱盐模板1从安装/维修船6朝向海床降低。

海底脱盐模板1是预制的，并且被安装在指定的水深处。使用安装/维修船6作为一次性事件对模板进行安装以使其着陆在其位置上。模板被设计成支持包含安装和操作工具及设备在内的系统的总重量。模板可以包含用于水、电、数据和化学药品的内部管道或导管、线缆、阀和连接件。可替代地，将模板着陆在永久性海床基座或基底(图1中未示出)上，然后该海床基座代表使用安装船6作为一次性事件被安装在其位置上的结构。

海底脱盐模板1或海床基座适应于位于海床上，并且这可以涉及将海底脱盐模板/基座设计成位于具有用于模块的安装插槽或区域的位于海床处的永久性基底结构，并且其用作用于模块(包含脱盐模块、泵模块、入口模块、化学药品模块、仪器和控制模块)的着陆和操作的基底。可替代地，可以通过使模板适应于位于在模板之前安装在海床上的单独的永久性基底结构上来使模板适应于位于海床上。海底脱盐模板1(或海床基座)通过吸力锚固定在海床上。其他固定机构(未示出)可以包括泥浆垫、金属丝、混凝土倾倒物、负载或支柱。海底脱盐模板1通常被永久地或长时间地安装就位，所述长时间诸如脱盐系统的运行时间或使用寿命。图1中的海底脱盐模板1被示出为未安装模块。

可替代地，海底脱盐模板1可以位于在海底脱盐模板之前安装在海床上的海床基座的顶部上。

可以通过维修船6从海底回收海底脱盐模板1。该结构和基座取决于实际的海床状况和要求。

当将各种海底元件安装并固定在海床处时，可以将用于脱盐水的传输管线、用于泵和海底设备的电力和数据线缆以及化学药品/供应管线安装并连接到模板。

可以在管线和线缆(已经)连接到海底脱盐模板1的情况下将海底脱盐模板1安装在海床处。

图2示出了安装在海床上的图1的海底脱盐模板1。海底脱盐模板1包含形成用于模板的基座的吸力锚或其他合适的元件。包含脱盐模块5的标准化模块从维修船6(安装船)下降并到达海底脱盐模板1上。逐步安装简化了维修船6的要求。该安装还包括安装连接线，所述连接线包含从海底脱盐模板1到基于陆地的脱盐水接收设施4的电力线和脱盐水管线2。用于清洁化学药品的管线以及包含电力线和脱盐水管线2的连接线也可以从脱盐水接收设施延伸并且延伸到海底脱盐模板1。如果脱盐系统应产生饮用水，则脱盐水接收设施4可以包含后处理和装瓶设施。也可以使用矿物质和其他添加剂来提供更可口的水。脱盐水接收设施4可以包含泵站。该系统还可以包含用于离岸操作以及用于将脱盐水传输到另一个位置的供应基地7。脱盐水可以用于其他目的，如农业或工业应用。具有来自模板的管或任何类型的导管或通道的浓缩海水出口3引导浓缩海水远离脱盐系统，以防止脱盐系统周围的盐度增加。

脱盐水接收设施4还向模板提供电力和双向数据通信。数据通信可以包括与海底脱盐模板1的各种部件的状态有关的信号以及与海底脱盐模板1的操作参数有关的信号。

所述模块包含：至少一个脱盐模块5，所述至少一个脱盐模块5具有多个RO过滤器筒；和一个泵送模块，所述泵送模块具有用于将海水连续进给到RO过滤器筒的循环泵以及将脱盐水泵送到脱盐水接收设施4的传输泵。包含脱盐模块5的模块通过例如海底碳氢化合物生产设施中众所周知的刺入式连接件刺入海底脱盐模板1中。在脱盐模块区域中的脱盐模块5着陆在海底脱盐模板1上时，刺入式连接件可以将脱盐模块5连接至海底脱盐模板1。

可替代地，这些连接件可以由使用ROV(遥控操作的车辆)连接的连接件所代替。对于具有RO过滤器筒的脱盐模块，连接件通常包括用于海水的连接件、用于脱盐水的连接件、用于浓缩海水的连接件以及用于传输与模块状态有关的信号的连接件。还可以包括用于清洁化学药品的连接件。

通常使用ROV来帮助模块到海底脱盐模板1上的安装和连接。

将具有延伸的排放管线的浓缩海水出口3连同海底脱盐模板1一起安装，以引导浓缩海水远离脱盐系统。使用例如维修船6将脱盐模块5以及泵、控制和化学药品模块安装在海床处的海底脱盐模板1上。维修船6具有提升机，所述提升机具有使海底脱盐模板1到达海床上的所需提升能力。如果维修船具有在一次活动中携带多个模块的能力，则是有利的。

通过海底电力线缆从岸上或通过当地的海上发电(如燃料、风能、太阳能或波浪能)来供应向海底脱盐系统的电力。电力线缆和仪器线缆可以作为一根线缆束内置在连接线中或者被放置在一起。海底脱盐模板1可以位于基座上的架子上，以将模板定位在海床上方的特定距离处，从而防止来自海床的泥浆和碎屑被夹带到流向脱盐模块的水流中。

图3示出了具有海底脱盐模板1以及安装在海床上的脱盐模块5和其他模块的海底脱盐系统。传输泵模块17a中的泵将由指向右的箭头表示的脱盐水沿着包括水输送管线形式的脱盐水管线2的连接线泵送到脱盐水接收设施4。沿着连接线的指向左的箭头表示向传输泵模块17a中的泵的电力。浓缩海水通过具有浓缩海水出口3的浓缩海水管排放。

图4示出了替代安装方法，所述方法包括通过一次操作从维修船6安装具有海底脱盐模板1和包含脱盐模块5的模块的完整海底脱盐系统。该安装方法将例如取决于维修船6的允许额定载荷。泵模块17可以包含用于脱盐水的传输泵以及用于将海水泵送通过脱盐模块的循环泵。

图5示出了从上方看到的具有十二个脱盐模板1的海底脱盐工厂。每一个脱盐模板1包含九个模块，这九个模块中有六个脱盐模块5、一个泵模块17、一个可回收控制模块18和一个可回收化学药品注入模块29。脱盐模板1连接到脱盐水支管，所述脱盐水支管进给为形成公共的脱盐水管线2，所述公共的脱盐水管线2将脱盐水传送到脱盐水接收设施。每一个脱盐模块5也连接到电源线缆和控制线缆。具有浓缩海水出口3的排放管排放浓缩海水。每一个正方形代表一个模块。图5示出所述工厂能够容易地扩展并且能够适应不同的应用。泵模块17包含用于脱盐水的传输泵以及用于将海水泵送通过脱盐模块的循环泵。

控制模块18包含电子和逻辑电路，以监测和控制脱盐系统，并且与顶部控制室通信并执行命令。控制模块18包括将用于I/O(输入/输出)的控制线缆连接到水面的电连接器以及用于I/O到模板上的传感器和设备的连接器。每一项控制功能(例如打开和关闭阀)将有专用的控制回路。

这可以是简单的开环控制，或者是具有传感器反馈的更高级的闭环控制。

开环控制

上述海底脱盐控制流程图示出了如何设定开环控制。

控制功能通常由人类操作员从顶部的控制室启动，但可替代地，也可以是完全自动化的，并由控制系统执行。控制模块18将所有电子器件容纳在一个大气压的船中，所述船被设计成承受安装深度处的静水压力。控制模块18是可回收、可更换且可替换的。

可以通过从陆地上或维修船上的化学药品储存器延伸的化学药品管线12来供应用于清洁的化学药品。

在某些情况下，本地化学药品供应可能是有利的或必要的。在这些情况下，化学药品注入模块29包含一个或多个化学药品容器以及用于清洁、维护和消毒目的所需的泵、管道/导管、仪器和控制系统。化学药品被注入脱盐水流中并与之混合，以用于清洁、维护和消毒的目的。在“就地清洁方案”中使用不同类型的化学药品，以对具有RO筒或预过滤器组件的脱盐模块进行反冲洗。化学药品注入模块29是可回收、可更换且可替换的。

控制功能可以被集成在至少一个模块中，以省略单独的控制模块。

图6在很大程度上对应于具有三个脱盐模板1的图5的细节，所述三个脱盐模板1均包含连接脱盐水管线2的脱盐水管线联接器32、连接电力线14的电力线联接器34、连接化学药品管线12的化学药品管线联接器33以及具有排放管线的浓缩海水出口3。然而，在图6中，存在单独的可回收的传输泵模块17a和单独的可回收的海水循环泵模块17b。提供化学药品注入模块29，以用于清洁脱盐系统。六个空心正方形代表脱盐模块5。控制系统可以包含监测压力、体积流量、盐度、功耗、温度等的传感器。

海底脱盐流程图

上述海底脱盐流程图示出了在特定实施方案中如何利用在脱盐过滤器/反渗透过滤的下游的循环泵使水流动通过脱盐系统的各种元件。

具有传输泵的可回收的传输泵模块17a由从接收设施供应的电力供电。在替代实施方案中(图5)，泵模块17包含将脱盐水传输到水面的传输泵以及产生通过RO过滤器的海水流的循环泵。刺入式连接件包含用于脱盐水泵、泵电力和信号的连接。传输泵模块17a将脱盐水推动到接收水面设施。传输泵通过排空在脱盐模块下游的脱盐水来确保在RO过滤器筒上没有反压或几乎没有反压。传输泵模块17a中的传输泵在RO过滤器上提供大于渗透压的压差。

传输泵模块17a包含通过驱动轴/联接器连接的可潜水的电动机和泵。所述泵在脱盐水中提供了必要的扬程。可以通过电跳线从电力线缆终端(未示出)而不是从刺入式连接件来为电动机提供电力。这种跳线能够通过ROV连接和断开。所述泵包含具有液压机的壳体，所述液压机在流体中提供规定的扬程和流量。泵通过流体入口和流体出口连接到模板管道/导管。

传输泵模块17a包含确保泵和电动机的可靠运行的辅助系统和装置，例如电动机冷却系统、润滑系统、阀以及用于监测和控制的仪器。泵模块17是可回收、可更换且可替换的。泵模块位于脱盐模块5的下游。

在替代实施方案中，用于海水的循环泵被放置在脱盐模块的上游或脱盐模块的上游。

图7示出了本发明的脱盐系统的替代构造，其具有为没有泵或控制模块的多个脱盐模板20服务的单独的泵送模板16。泵送模板16包含可回收的化学药品注入模块29、可回收的传输脱盐水泵送模块17a、可回收的海水循环泵模块17b和可回收的控制模块18。可回收的海水循环泵模块17b和传输泵模块17a被示出为在单独的可回收的循环泵模块中，但也可以如图5中所示地位于同一模块中。在后一种情况下，具有四个区域的泵送模板能够容纳两个泵送模块17，这两个泵送模块17均具有海水循环泵和传输泵，以提供具有内置冗余的故障安全系统，从而允许在不停止生产的情况下更换部件。脱盐模板20仅包含脱盐模块5。如上所述，具有排放管的浓缩海水出口3引导浓缩海水远离系统。电力线14、控制线缆19以及连接线与脱盐水管线2一起延伸至在维修船或顶部设施上的脱盐水接收设施。泵送模板16提供了在海水入口3与海水循环泵11之间的流动路径。入口管8提供了用于从单独的泵送模板16到脱盐模板20的海水流动路径。海水从海水入口9泵送，通过泵送模板16，通过海水循环泵11，通过泵送模板16，通过入口管8，通过脱盐模板20，通过脱盐模块5中的海水过滤器，经过并部分地通过RO筒，以被分离成浓缩海水和脱盐水，由此浓缩海水流过模板并从浓缩海水出口3流出。脱盐水流入脱盐模板20(脱盐水管线2的连接线)中，通过泵模板16，通过传输泵模块17a，通过泵模板16，通过脱盐水管线2，并流向脱盐水接收设施(图7中未示出)。

化学药品注入模块29包含具有要注入脱盐模块5中的化学药品的一个或多个罐，特别地，所述一个或多个罐在筒的海水侧，以除去减少或阻止水流过筒的污垢、水垢等。也可以将诸如柠檬酸的化学药品注入筒的脱盐侧，以沿相反的流动方向冲洗筒。

在图7中，单独的泵送模板16服务于没有泵或控制模块的三个脱盐模板20，但是显然也可以服务于更多或更少数量的脱盐模板。

图8示出了替代实施方案中的具有浮动脱盐水接收设施10的本发明的脱盐系统。脱盐水通过脱盐水管线2被泵送到浮动脱盐水接收设施10。化学药品管线12、电力线缆14和控制线缆19将所需的消耗品通过脱盐模块5传送到脱盐模板1。具有排放管的浓缩海水出口3引导浓缩海水远离脱盐模板1一定距离，并到达浓缩海水将不会对当地海洋生物产生负面影响的位置。

图9示出了图8的实施方案并突出了浮动脱盐水接收设备10还能够用于更换诸如脱盐模块5的模块，以进行维修和维护。通过化学药品管线12传送清洁化学药品。通过排放管将浓缩海水从浓缩海水出口3引导离开模板。

图10示出了图8和图9的实施方案，不同之处在于还示出了单独的浮动发电单元13。发电单元13可以包含从波浪、风、太阳、潮汐流等提供可再生能源的系统。可替代地，发电单元13可以包含内燃机和发电机。电力线从浮动发电单元13延伸到海床处的脱盐系统。

图11示出了本发明的替代实施方案，其中脱盐模板1的海水入口连接到具有在相对于海底脱盐模板1的较远位置处的海水进口38的入口管8。连接到海底脱盐模板1上的海水入口9的入口管8可以用于向脱盐模块5提供质量较好的海水，所述质量较好的海水包含较低浓度的污染物、生物材料、盐或其他有害物质。浓缩海水出口3被定位成远离海水进口38，以防止浓缩海水进入海水进口38。与整个脱盐工厂相比，通过脱盐水管线2连接至脱盐模板1的基于海岸的脱盐水接收设施4需要较小的空间。

图12示出了对应于图11的实施方案的替代实施方案，但是其中具有海水进口38的入口管8从海床升高并且入口管8被固定到相对于海床停泊的浮动浮标。

图13示出了对应于图11和12的实施方案的替代实施方案，但是其中入口管8连接到具有单独的海水进口的单独的过滤和泵送站21。过滤和泵送站21包含在单独的过滤和泵送模板中的一个或多个模块，所述单独的过滤和泵送模板具有一个或多个入口过滤器22和上游海水泵，从而从入口侧通过脱盐模块进给海水。过滤和泵送站21在远离海底脱盐模板1的单独的结构或模板上提供具有海水进口的入口单元。海水流过过滤和泵送站21，以在海水进入脱盐模块之前进行预过滤或预处理。过滤和泵送站21包含一个或多个入口模块(未示出)。每一个入口模块包含用于过滤和预处理海水的过滤器组件。过滤器组件包含具有不同性能的一个或多个过滤器。入口模块是可回收、可更换且可替换的。过滤和泵送站21还包含进给泵。进给泵作为脱盐系统的循环泵而运行，并且能够将浓缩海水从脱盐系统中排放。进给泵可以被内置在可回收且可更换的进给泵模块中。

海底脱盐流程图

上述海底脱盐流程图示出了在特定实施方案中水如何流过脱盐系统的各种元件，其中在预循环过滤器和脱盐过滤器/反渗透过滤器的上游具有海水入口/进口和循环泵。

图14示出了具有单独的泵模块模板16的图7的方案，所述泵模块模板16具有位于具有浓缩海水出口3的脱盐模板1和脱盐模块5的下游且位于脱盐水接收设施4的上游的用于脱盐水的传输泵模块17a。可回收的循环泵模块17b位于脱盐模板1上。

图15a、15b、15c示出了用于本发明的脱盐系统的脱盐模块5的细节。脱盐模块5包含位于脱盐模块5内部的阵列中的多个RO筒23。图15b示出了延伸了模块的长度的一个筒，并且图15b示出了延伸了模块的长度的三个RO筒23。筒的数量和尺寸取决于商购获得的RO筒以及模块的设计参数。也可以使用定制的RO筒。用于环境海水的入口过滤器22位于模块的顶部上，并且入口格栅26保护用于海水的入口过滤器22。入口过滤器22被设计成防止RO筒过早堵塞。脱盐模块5包含外部框架27以及通常用于海底模块的上部提升连接器28。脱盐水出口24和浓缩海水出口25位于模块的底侧37处，并且适应于与模板连接。这些出口可以形成模板联接器47，所述模板联接器47被设计成刺入脱盐模板的脱盐模板区域中的模块联接器中。

具有多个RO过滤器筒23的脱盐模块5包含平行布置的导管的组件，其中一个(图15b)或多个(图15c)的RO过滤器筒23串联连接到每一个导管中。海水通过预过滤器组件22进入脱盐模块，其中海水被过滤到期望的质量。然后，预过滤的海水在RO组件上被分配，其中预过滤的海水进入各个导管中的RO过滤器筒23的组件中。在导管的内部，海水被RO过滤器筒23分离成脱盐水部分(渗透液)和浓缩海水部分(滞留物)。脱盐水部分和浓缩海水部分分别通过单独的出口24、25排放，并且每一个部分被收集在其自己的收集管道或歧管系统中。脱盐模块5通过流动连接器连接到模板。

对来自脱盐模块5的脱盐水进行收集并通过传输泵将其泵送到水面。循环泵确保：足够的海水连续地进入脱盐模块5，并且浓缩海水离开模块并被传输到将其排放到海中的期望的位置。

改善水质的预过滤器22被放置在RO过滤器筒23的上游。预过滤器22被形成为包含一个或多个过滤器元件的组件。预过滤器组件的形状、尺寸、材料组成、层数和确切功能取决于当地的水质条件、RO过滤器筒的操作要求以及所需的脱盐模块的更换频率。预过滤器组件被示出为脱盐模块的集成部分。

这与图13中所示的实施方案相反，在图13中单独的预过滤器组件形成位于不同位置处的过滤器模块的一部分。作为替代，预过滤器组件可以被放置在与脱盐模块相同的模板上、处于不同的结构、在不同的模板处或作为单独的单元被放置在其自身的模板上。

图15d示出了本发明的脱盐模块5的实施方案，其具有在海底模板流体联接器47中的海水入口31，以允许海水从循环泵被泵送到脱盐模块中。因此，该实施方案在脱盐模块的顶部处不包括海水入口。该模块例如适合于图13中所示的构造，其中外部单元包含循环泵和入口预过滤器，从而将低压(低于渗透压π)的海水泵入脱盐模板中并将其从那里泵入海底模板流体联接器47中的海水入口31中。

类似地，图16也示出了脱盐模块。图16示出了具有用于脱盐水和浓缩海水的多个出口的实施方案。图16a还示出了具有顶盖30的实施方案，所述顶盖30允许将海水泵入脱盐模块中而不是将脱盐水从模块中泵出。在脱盐模块框架的顶部上的标准化提升连接件28允许标准化提升框架连接到脱盐模块，以用于安装和回收的目的。顶盖30包含海水入口连接件35，以允许过滤后的海水进入顶盖中并进入RO筒中。

图16a示出了一个模板联接器47，并且图16b示出了三个单独的模板联接器47，所述模板联接器适应于在模块的底侧37处连接到模板的模块区域的模块联接器。所述泵模块可以具有类似的联接器。

循环泵还可以位于脱盐模块的上游，并且循环泵的出口可以与海水入口连接件35流体连接。

图17和18以顶视图和侧视图示出了脱盐模板1，其分别具有用于九个和十八个模块的空间。模板包含诸如四个吸力锚的海床锚固元件40，以将脱盐模板1固定到海床。浓缩海水出口联接器32位于模板的一端处，并将脱盐水管线2连接到脱盐模板1。电力线联接器34连接电力线缆14，并且化学药品管线联接器33将化学药品管线12连接到模板。模板的正方形代表用于模块的插座或联接器，从而允许在每一个正方形中安装一个模块。划叉的正方形代表具有用于技术功能的插座的区域，并且没有划叉的正方形代表脱盐模块区域41。用于技术模块的插座可以包含泵模块区域42、化学药品注入模块区域43和控制模块区域44。每一个区域包含具有用于模块的连接器的至少一个模块流体联接器46。用于至少一个或多个泵模块区域42和一个或多个脱盐模块区域41的模块流体联接器46包含水连接件。一个或多个泵模块区域42包含用于电力和控制线缆的模块流体(水)联接器46。控制模块区域44可以包含用于各种传感器的连接件，并且还可以包含用于控制泵模块中的电动机的控制硬件。控制模块还控制模板内部的阀(未示出)，从而能够完全切断模块连接，以允许在海水不会泄漏到脱盐水系统中的情况下更换模块。控制模块还控制允许清洁流体进入部件中的阀以及允许对脱盐模块进行反冲洗以防止堵塞的阀。控制模块还能够监测压力传感器和流量传感器以识别何时应冲洗或更换脱盐模块，并与盐度传感器进行通信以识别不希望的海水侵入脱盐水回路中。

模块在位于海床上的同时能够被“就地清洁”。清洁流体从清洁模块或从来自水面的单独的清洁流体管线通过模板被泵入模块中。可以在其他模块运行的同时将模块挑选出来并进行清洗。

除了图17中所示的之外，图18示出了用于循环泵模块的插座。循环泵模块可以将水从浓缩海水出口3泵出，从而迫使海水流过脱盐模块中的RO过滤器。可替代地，循环泵模块可以位于脱盐模块中的RO过滤器的上游。在脱盐模板中示意性地示出了具有阀36的模板管道或导管，从而确认图中的所有模板都包含具有阀36的某种模板管道或导管以适应不同的操作模式和流动状况，包括更换模块、用化学药品进行冲洗、绕过非功能模块等。具有阀36的模板导管被集成在模板中，或者部分或完全地延伸到模板的外部，并且该示意图是不完整的并且不旨在代表实际的具有阀的模板管道。

图19a-c示出了具有模块框架27的水泵模块17以及包含泵和电动机的密封的电动水泵组件。标准化提升连接件28被固定到模块框架27。海底模板联接器47提供流体联接，并且包含进水口和出水口中的至少一个。海底模板联接器47还可以包含控制连接件和电力连接件。连接件通常位于水泵模块17的底侧37处。连接件适应于模板，并且可以形成在模板的模块区域与泵模块17之间的接口。水泵模块可以是如图19a中所示的具有脱盐水传输泵组件48的脱盐水传输泵模块17a、如图19b中所示的具有海水循环泵组件49的海水循环泵模块17b或如图19c中所示的组合的脱盐水传输泵和海水循环泵模块17ab。在后一种情况下，水泵模块既包含脱盐水传输泵组件48又包含海水循环泵组件49。

图20是本发明的模块化海底海水脱盐系统的示意图，其表示水的流动。海水的入口由在具有RO筒23的脱盐模块5上方的指向下的箭头表示。来自脱盐模块5的浓缩海水流过连接到海底脱盐模块区域41中的模块流体联接器46的海底模板流体连接器47，流过脱盐模板1，流过具有循环泵组件49的海底循环泵模块17b，并通过浓缩海水出口联接器15离开脱盐模板1，如指向左的箭头所示。

来自脱盐模块5的脱盐水流过连接到海底脱盐模块区域41中的模块流体联接器46的海底模板流体联接器47，流过脱盐模板1、具有传输泵组件48的海底传输泵模块17a，并通过脱盐水管线联接器32离开脱盐模板1，如指向右的箭头所示。

脱盐模块5、循环泵模块17b和传输泵模块17a将要被安装在脱盐模板上的它们相应的模块区域41、45、42中。每一个区域包含模块流体联接器46，并且每一个模块包含模板流体联接器47。

脱盐模板1包含海床锚固元件40，如吸力锚、桩等。

图21示出了替代实施方案，其中脱盐模板1是可回收的并且位于固定到海床锚固元件40的永久性海床基座50上。永久性海床基座50不包含任何管道或者需要维护和维修的其他特征。永久性海床基座50上的模板保持框架61将脱盐模板1定位在永久性海床基座50上。在永久性海床基座50确保脱盐模板1在部署之后维持其位置的同时，允许可回收的脱盐模板1被回收，以进行维修和修理。

跳线62和63将脱盐模块区域41中的脱盐模块5、循环泵模块区域45中的具有循环泵组件49的循环泵模块17b以及传输泵模块区域42中的具有传输泵组件48的传输泵模块17a连接，从而指示并非所有连接件都需要由脱盐模板1构成。

图22示出了又一个实施方案，其中具有脱盐模块区域41的脱盐模板1是可回收的，并且位于具有脱盐模板区域的单独的基底模板55的顶部上。基底模板55包含管道(未示出)，是可回收的，并且位于固定到海床锚固元件40的永久性海床基座50上。模板连接件64形成在脱盐模板1与基底模板55之间的接口和连接。脱盐水出口联接器32和浓缩海水出口联接器15位于基底模板55上，并且基底模板55中/上的管道将基底模板和脱盐模板1连接。基底模板55上的脱盐模板保持框架67将脱盐模板1定位在基底模板55上。

类似地，安装在它们相应的泵模块区域45、42中的具有循环泵模块17b和传输泵模块17a的泵模板68被安装在具有泵模板区域的基底模板55上。模板连接件54形成在泵模板54与基底模板55之间的接口和连接。永久性海床基座50上的模板保持框架61将基底模板55定位在永久性海床基座50上。基底模板55上的泵模板保持框架67将泵模板68定位在基底模板55上。

图23是具有位于永久性海床基座50上的脱盐模板1的海底脱盐系统的示意图。脱盐模板1与模块5、17a、17b之间的所有流体连接件均穿过海底模板流体联接器47和模块流体联接器46。用于电力和控制的另外的联接器也穿过模板并到达模块。永久性海床基座50上的模板保持框架61将模板1保持就位。

显然，所有部件均被设计用于具有压力等级的海底用途，以允许所述部件在预期的深度处可靠地运行。通常深度超过300m以提供约30bar的静水压力，所述静水压力应足以克服全球一般海水的渗透压π。

重要的是将浓缩海水均匀地分配到海中并远离脱盐水制造系统进行该分配，以提供环境友好的排放方案。排放方案包括连接到具有多个出口或扩散器的排放管的浓缩海水出口，或者包括排放管和具有多个出口的管的网络，以分配浓缩海水(未示出)。这种排放方案限制或减少了浓缩海水的环境影响。

排放单元(未示出)可以包含位于模板上的定制排放模块，以帮助受控且分配良好的水排放。排放单元连接到脱盐水模板。排放模块是可回收且可更换的。

上面参考附图描述的脱盐系统是从岸上控制中心或从岸上水面船来远程监测、控制和操作的。控制中心可以在任何地方，并且可以例如通过互联网连接到脱盐系统的岸上控制中心。控制中心通过岸上数据和仪器线缆连接到海底系统。通常，所有泵、电气设备和仪器都是通过数据和仪器线缆或通过卫星和浮动浮标来监测和控制的。浮动浮标与卫星之间的通信可以通过例如在连接到海底设备的海面上的天线/发送接收单元。

可以从操作脱盐系统的船中监测和控制电气设备和仪器。

维修船可以在岸上供应基地与海底脱盐系统的位置之间往返。岸上存储供应基地可以位于海底脱盐系统附近，其中存在准备被船运的脱盐模块和泵模块。脱盐模块被定期更换，或者每次某个模块出现问题时就进行更换。维修船能够将一个或多个新的/维修过的脱盐模块从岸上供应基地运送到海底脱盐系统的位置，并将所述一个或多个脱盐模块降低到脱盐模板上。然后，新的/维修过的脱盐模块被安装在海底模板上，以替换回收的脱盐模块。该操作可以继续进行，直到所有选定的海底模块均被替换为替换脱盐模块为止。泵、控制模块和化学药品模块的替换以相同的方式进行。在降低替换的泵、化学药品或控制模块并将其安装在海底模板上以替换回收的泵或控制模块之前，将海底的泵、化学药品模块和控制模块提升到供应船的甲板上。所有回收的模块均被送到岸上供应基地以进行维修。

以特定的模块和位置描述了本发明的上述实施方案。然而，旨在是，各种方案可以在本发明的系统中组合。例如，输送化学药品的管线从水接收设施起的方案或者包含含有化学药品的一个或多个罐的模块在海床处的方案能够与任何实施方案组合。类似地，所有实施方案均可以在专用模块中包含循环泵或者在具有循环泵和传输泵的组合泵送模块中包含循环泵。所有实施方案均能够被用作浮动的脱盐水接收设施或用作陆地上的接收设施，所有实施方案均能够利用远程海水进口等。类似地，各种模板均具有模块区域或模板区域。

Claims (16)

1.一种海底脱盐系统，所述海底脱盐系统包含：

海底脱盐模板(1)，所述海底脱盐模板(1)适应于位于海床上，所述海底脱盐模板(1)包含至少一个海底脱盐模块区域(41)、至少一个模块流体联接器(46)以及与所述至少一个模块流体联接器(46)流体连接的模板管道(36)；

至少一个可回收的海底脱盐模块(5)，所述至少一个可回收的海底脱盐模块(5)适应于被放置在所述海底脱盐模板(1)的所述至少一个海底脱盐模块区域(41)中，所述至少一个可回收的海底脱盐模块(5)包含适应于连接到所述至少一个模块流体联接器(46)的海底模板流体联接器(47)以及与所述海底模板流体联接器(47)流体连接的至少一个反渗透筒(23)；

至少一个海水循环泵组件(49)，所述至少一个海水循环泵组件(49)与所述至少一个反渗透筒(23)的海水侧流体连接；

至少一个脱盐水传输泵组件(48)，所述至少一个脱盐水传输泵组件(48)与所述可回收的海底脱盐模块(5)中的所述至少一个反渗透筒(23)的脱盐水侧和至少一个脱盐水管线(2)流体连接；

至少一个可回收的海底水泵模块(17)，所述至少一个可回收的海底水泵模块(17)包含所述脱盐水传输泵组件(48)和至少一个海水循环泵组件(49)中的至少一者；

至少一个模板流体联接器(47)，所述至少一个模板流体联接器(47)在所述至少一个可回收的海底水泵模块(17)上，所述至少一个模板流体联接器(47)适应于连接到在具有泵模块区域(42)的模板上的至少一个模块流体联接器(46)；并且

其中所述至少一个脱盐水管线(2)适应于延伸到海平面上方的位置。

2.根据权利要求1所述的海底脱盐系统，所述海底脱盐系统还包含永久性海床基座(50)，所述永久性海床基座(50)被固定到海床锚固元件(40)，并且其中所述海底脱盐模板(1)适应于位于所述永久性海床基座(50)的顶部上。

3.根据权利要求1所述的海底脱盐系统，其中所述海底脱盐模板(1)适应于位于另外的基底模板(55)上，所述另外的基底模板(55)与所述脱盐水管线(2)和浓缩海水出口(3)流体连接。

4.根据权利要求3所述的海底脱盐系统，其中所述另外的海底基底模板(55)适应于位于永久性海床基座(50)的顶部上。

5.根据权利要求1所述的海底脱盐系统，其中所述海底脱盐模板(1)还包含海床锚固元件(40)，所述海床锚固元件(40)被固定到所述海底脱盐模板(1)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，其中所述具有泵模块区域(42)的模板是所述脱盐模板(1)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，其中所述至少一个海水循环泵组件(49)和所述至少一个脱盐水传输泵组件(48)位于公共的可回收的海底水泵模块(17)中。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的脱盐系统，其中所述至少一个海水循环泵组件(49)位于可回收的海底海水循环泵模块(17b)中；

所述至少一个脱盐水传输泵组件(48)位于可回收的海底脱盐水传输泵模块(17a)中；并且

其中所述可回收的传输泵模块(17a)位于脱盐水传输泵模块区域(42)中，并且所述可回收的海底循环泵模块(17b)位于循环泵模块区域(45)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，所述脱盐系统还包含至少一个可回收的控制模块(18)，所述至少一个可回收的控制模块(18)位于在所述脱盐模板(1)上的至少一个控制模块区域(44)中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，其中所述至少一个海底脱盐模块(5)包含海水入口过滤器(22)，所述海水入口过滤器(22)被布置成对进入所述至少一个反渗透筒(23)的海水进行过滤。

11.根据权利要求10所述的脱盐系统，其中所述海水入口过滤器(22)位于所述至少一个海底脱盐模块(5)的顶部上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，其中所述具有泵模块区域(42)的模板是单独的泵送模板(16)，并且其中脱盐水流动路径在所述单独的泵送模板(16)与所述海底脱盐模板(1)之间延伸。

13.根据权利要求8所述的脱盐系统，所述脱盐系统还包含单独的过滤和泵送站(21)，其中过滤器(22)和循环泵模块(17b)中的所述循环泵组件(49)位于所述过滤和泵送站(21)上，所述过滤和泵送站(21)在所述脱盐模板(1)的上游且与所述脱盐模板(1)流体连接，从而将海水泵送通过所述至少一个海底脱盐模块(5)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的脱盐系统，其中至少一个具有所述至少一个泵送模块(17)的单独的泵送模板(16)位于所述至少一个海底脱盐模板(1)的下游侧，并且包含脱盐水入口和脱盐水出口，由此具有所述至少一个泵送模块(17)的所述单独的泵送模板(16)适应于从所述脱盐模板(1)传送所述脱盐水。

15.一种用于根据权利要求1所述的脱盐系统的海底脱盐模块(5)，所述海底脱盐模块(5)包含多个反渗透筒(23)以及适应于连接到在脱盐模板上的至少一个模块流体联接器的海底模板流体联接器(47)。

16.一种更换安装在根据权利要求1所述的海底脱盐系统上的用过的海底脱盐模块(5)的方法，所述方法包括如下步骤：

基于规律的预定间隔或选自如下参数中的参数来识别所述用过的海底脱盐模块(5)需要维修：脱盐水流速、所述海底脱盐模块(5)上的水压降和脱盐水盐度；

在所述海底脱盐系统的上方提供船(6)；

将海底脱盐模块提升装置降低到所述用过的海底脱盐模块(5)上；

将所述海底脱盐模块提升装置固定到所述用过的海底脱盐模块；

将所述用过的海底脱盐模块(5)从海底脱盐模板(1)释放；

将所述海底脱盐模块提升装置和所述用过的海底脱盐模块提升到所述船上；

将所述海底脱盐模块提升装置和更换的海底脱盐模块降低到所述海底脱盐模板上；

将更换的海底脱盐模块(5)固定到所述海底脱盐模板(1)；以及

将所述海底脱盐模块提升装置从所述更换的海底脱盐模块(5)释放。

Images