CN113015842B - 用于供应低盐度注入水的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种脱盐系统，包括：脱盐平台；第一撬装设备，其布置在脱盐平台的第一甲板上，第一撬装设备包括第一过滤单元和第一渗透单元中的至少一个，该第一过滤单元被构造成产出第一滤出流，该第一渗透单元被构造成产出第一渗透流；第一互连管道系统，其联接到第一撬装设备；以及第一管道系统支撑件，其布置在第一甲板上，其中，第一互连管道系统布置在第一管道系统支撑件上。

Description

用于供应低盐度注入水的系统和方法
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
不适用。
技术领域
本公开总体上涉及在含烃地下储层的低盐度注水期间控制低盐度注入水的盐度。可以将可变量的采出水(和/或可变品质的采出水)作为混合流处理，以用于混合的低盐度注入水。本公开还涉及使提供离子特异性低盐度注入水的集成系统的脱盐设备(desalination plant)的重量最小化和/或降低其质心。
背景技术
与低盐度注水相关联的问题是：脱盐技术可能会产生具有比用于连续注入到含油储层中的最佳盐度低的盐度的水。实际上，脱盐水可能损害储层的含油岩石地层，并且可能例如通过引起地层中的粘土的溶胀而抑制油的采收。因而，存在用于所述注入水的具有提高油采收率优势的最佳盐度和减轻地层损害风险的离子比率，并且最佳值可随着地层的不同而变化。通常，如果含油地层包含岩石且岩石中含有大量的溶胀粘土，则在以下情况下可以避免地层损坏，同时仍从地层中释放出油：(1)注入水的总溶解固体含量(TDS)在200至10,000ppm的范围内，和(2)低盐度注入水中的多价阳离子的浓度与储层的原生水中的多价阳离子的浓度之比小于1，例如小于0.9。
另外，低盐度注水通常需要满足储层特定的硫酸盐标准，因为通常应将低盐度注入水的硫酸盐水平控制为小于100mg/L的值(优选地，小于40mg/L，并且更优选地，小于25mg/L)，以便减轻储层酸化或结垢的风险。通过硫酸盐还原菌(在其硫酸盐代谢途径中使用了硫酸盐)的繁殖而发生酸化，由此产生硫化氢。结垢是在含有硫酸盐的注入水与含有沉淀的前体阳离子(例如钡阳离子)的原生水混合时由于矿物垢的沉积而产生的。
在海上出现的又一问题在于：在低盐度注水期间需要处理越来越多的采出水。通常，禁止将采出水处理到水体(例如，海洋)中。因此，通过与低盐度注入水混合来处理采出水(PW)可能是必要且有益的。此外，混合PW的再注入也可降低储层压力管理所需的脱盐设备的所需产能。需要与低盐度注入水混合的PW的量和品质可在低盐度注水的寿命内变化。
发明内容
一种脱盐系统的实施例包括：脱盐平台；第一撬装设备(skid)，其布置在脱盐平台的第一甲板上，第一撬装设备包括第一过滤单元和第一渗透单元中的至少一个，该第一过滤单元被构造成产出第一滤出流，该第一渗透单元被构造成产出第一渗透流；第一互连管道系统，其联接到第一撬装设备；以及第一管道系统支撑件，其布置在第一甲板上，其中，第一互连管道系统布置在第一管道系统支撑件上。在一些实施例中，第一撬装设备包括膜撬装设备，并且第一渗透单元包括反渗透(RO)膜分离单元，且第一渗透流包括RO渗透流。在一些实施例中，第一撬装设备包括超滤(UF)撬装设备，并且第一过滤单元包括UF过滤单元，且第一滤出流包括UF滤出流。在某些实施例中，所述互连管道系统被构造成从第一撬装设备接收第一滤出流和第一渗透流中的至少一个，并向第一撬装设备提供进口给送流(inletfeed stream)。在某些实施例中，第一撬装设备包括：支撑结构，其包括位于第一撬装设备的顶部处的上框架、以及位于第一撬装设备的基部处的下框架；进口管道系统，其联接在由所述支撑结构支撑的进口阀和第一过滤单元之间，其中，第一过滤单元被构造成从被供应到该进口阀的进口流产出第一滤出流；和排出管道系统，其联接在第一过滤单元和排出阀之间，并且其中，该进口阀和排出阀均由所述支撑结构的下框架直接支撑。在一些实施例中，该脱盐系统还包括：进口集管，其在所述支撑结构的上框架和下框架之间竖向地延伸；多个第一过滤单元，其中，所述多个第一过滤单元中的每一个都与该进口集管流体连通，其中，所述进口管道系统联接在该进口阀和进口集管之间，其中，该进口集管由所述支撑结构的下框架直接支撑。在一些实施例中，所述互连管道系统联接在第一撬装设备和第二撬装设备之间，其中，第二撬装设备布置在所述脱盐平台的第二甲板上，并且其中，第二撬装设备包括被构造成产出第一渗透流的第一膜分离单元。
一种集成系统的实施例包括脱盐系统、注入系统、混合系统以及产出系统，所述脱盐系统包括：脱盐平台；第一撬装设备，其布置在脱盐平台的第一甲板上，第一撬装设备包括被构造成产出第一滤出流的第一过滤单元；第二撬装设备，其布置在脱盐平台上，第二撬装设备包括被构造成从第一撬装设备接收第一滤出流并产出第一渗透流的第一膜分离单元；第一互连管道系统，其联接在第一撬装设备和第二撬装设备之间；以及第一管道系统支撑件，其布置在第一甲板上，其中，第一互连管道系统布置在第一管道系统支撑件上，所述注入系统用于一个或多个注入井，所述注入井穿入储层的含油层，所述产出系统用来分离从穿入储层的含油层的一个或多个产出井产出的流体并将产出水(PW)流输送到混合系统，其中，所述混合系统用于将第一渗透流与所述PW流混合以产生混合的低盐度水流，用于注入到储层中。在一些实施例中，所述集成系统还包括控制系统，其被配置成控制第一渗透流与所述PW流的混合。在一些实施例中，第一撬装设备包括超滤(UF)撬装设备，并且第一过滤单元包括UF过滤单元，且第一滤出流包括UF滤出流。在某些实施例中，第二撬装设备包括膜撬装设备，并且第一膜分离单元包括反渗透(RO)膜分离单元，且第一渗透流包括RO渗透流。在某些实施例中，第二撬装设备包括：支撑结构，其包括位于第一撬装设备的顶部处的上框架、以及位于第一撬装设备的基部处的下框架；进口管道系统，其联接在由所述支撑结构支撑的进口阀和第一膜分离单元之间，其中，第一膜分离单元被构造成从供应到进口阀的进口流产出第一渗透流；和渗透液管道系统，其联接在第一膜分离单元和渗透液阀之间，并且其中，该进口阀和渗透液阀均由所述支撑结构的下框架直接支撑。在某些实施例中，该进口阀和渗透液阀均被定位成：离所述支撑结构的下框架比离所述支撑结构的上框架更近。在一些实施例中，第二撬装设备还包括排出管道系统，其连接在由所述支撑结构支撑的第一膜分离单元和第二膜分离单元之间，其中，该排出管道系统被构造成将来自第一膜分离单元的排出流提供到第二膜分离单元。
一种用于提供渗透流的撬装设备的实施例包括：支撑结构，其包括位于撬装设备的顶部处的上框架、位于撬装设备的基部处的下框架、以及联接在上框架和下框架之间的多个竖向延伸构件；进口管道系统，其联接在由所述支撑结构支撑的进口阀和第一膜分离单元之间，其中，第一膜分离单元被构造成从供应到进口阀的进口流产出第一渗透流；和渗透液管道系统，其联接在第一膜分离单元和渗透液阀之间，并且其中，该进口阀和渗透液阀均由所述支撑结构的下框架直接支撑。在一些实施例中，第一膜分离单元包括反渗透(RO)膜分离单元。在一些实施例中，所述撬装设备还包括：进口集管，其在所述支撑结构的上框架和下框架之间竖向地延伸；多个第一膜分离单元，其中，所述多个第一膜分离单元中的每一个均与进口集管流体连通，其中，所述进口管道系统联接在该进口阀和进口集管之间，其中，该进口集管由所述支撑结构的下框架直接支撑。在某些实施例中，所述多个第一膜分离单元由在所述支撑结构的上框架和下框架之间间隔开的多个支撑支架支撑。在某些实施例中，所述撬装设备还包括：排出集管，其在所述支撑结构的上框架和下框架之间竖向地延伸，其中，该排出集管与所述多个第一膜分离单元流体连通；渗透液排出管道系统，其连接在由所述支撑结构支撑的渗透液排出集管与多个第二膜分离单元之间，其中，所述排出管道系统被构造成将来自所述多个第一膜分离单元的排出流提供到所述多个第二膜分离单元。在一些实施例中，所述进口阀和渗透液阀均被定位成：离所述支撑结构的下框架比离所述支撑结构的上框架更近。
本文中描述的实施例包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关联的各种缺点的特征和特性的组合。前文已经相当宽泛地概述了所公开的实施例的特征和技术特性，以便可以更好地理解以下的详细描述。通过阅读以下详细描述并参考附图，上述以及其他各种特性和特征对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解，所公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现与所公开的实施例相同目的的其他结构的基础。还应认识到，这样的等效构造未脱离本文中公开的原理的精神和范围。
附图说明
为了详细描述本发明的所公开的实施例，现在将参考附图，在附图中：
图1是根据本文中公开的原理的、用于提供低盐度注入水的集成系统的实施例的示意图；
图2是根据本文中公开的原理的、图1的集成系统的脱盐系统的实施例的示意图；
图3是根据本文中公开的原理的、图2的脱盐系统的精细过滤级的实施例的示意图；
图4是根据本文中公开的原理的、图3的精细过滤级的超滤(UF)撬装设备的实施例的示意图；
图5至图11是图4的UF撬装设备的透视图；
图12是根据本文中公开的原理的、图4的UF撬装设备的UF过滤单元的实施例的局部截面图；
图13是根据本文中公开的原理的、图2的脱盐系统的膜块(membrane block)的实施例的示意图；
图14是根据本文中公开的原理的、图13的膜块的膜阵列的实施例的示意图；并且
图15至图22是图14的膜阵列的透视图。
具体实施方式
下面的讨论涉及各种示例性实施例。然而，本领域技术人员应理解，本文中公开的示例具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅旨在作为该实施例的例证，而无意暗示本公开的范围(包括权利要求书)局限于该实施例。
贯穿以下描述和权利要求书，使用某些术语来指代特定的特征或部件。如本领域技术人员应明白的，不同的人可以通过不同名称来指代相同的特征或部件。本文无意区分名称不同但功能相同的部件或特征。附图不一定按比例绘制。为了清楚和简洁起见，本文中的某些特征和部件可能被以比例放大或以稍微示意性的形式示出，并且可能没有示出常规元件的一些细节。
在下面的讨论和权利要求书中，术语“包括”和“包含”是以开放的方式使用的，因而应解释为表示“包括但不限于…”。而且，术语“联接”或“耦接”旨在表示间接或直接连接。因而，如果第一装置联接到第二装置，则该连接可以是通过直接连接进行的，或者是通过经由其他装置、部件和连接件的间接连接进行的。另外，如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”通常是指沿着或平行于中心轴线(例如，本体或端口的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”通常是指垂直于中心轴线。例如，轴向距离是指沿着或平行于中心轴线测量的距离，而径向距离是指垂直于中心轴线测量的距离。为了清楚起见，在说明书和权利要求书中将对“上”或“下”进行任何引用，其中“上”、“上部”、“向上”或“上游”是指朝向井筒的表面，而“下”、“下部”、“向下”或“下游”是指朝向井筒的末端，而与井筒的取向无关。
定义
在整个下面的描述中，涉及下列术语：
“高盐度给水”是用于脱盐设备的给水，并且通常是海水(SW)、河口水、含水层水或其混合物。
“超滤(UF)过滤单元”包括压力容器，该压力容器容纳一个或多个UF元件，优选为1至8个膜元件，尤其是1至3个UF膜元件。
“反渗透(RO)膜分离单元”包括压力容器(或者称为壳体)，其容纳一个或多个RO膜元件，优选为1至8个RO膜元件，尤其是2至6个RO膜元件。
“纳滤(NF)过滤单元”包括压力容器，该压力容器容纳一个或多个NF元件，优选为1至8个膜元件，尤其是4至8个NF膜元件。
“脱盐设备的超滤(UF)级”是并联连接在一起的一组UF过滤单元。类似地，“脱盐设备的反渗透(RO)级”是并联连接在一起的一组RO膜分离单元，并且“脱盐设备的纳滤(NF)级”是并联连接在一起的一组NF过滤单元。
“膜块”包括连接在一起的RO膜分离级和NF过滤级，以提供浓缩物分级，并且通常共享公共的阀门和管道。可以将由两个或更多个膜块组成的膜块安装在支撑结构上。
“采出水(PW)”是在生产设施处与油气分离的水。采出水可以包含原生水、从下面的含水层侵入的含水层水或是任何先前注入的含水流体，例如海水(SW)。
“原生水”是存在于储层的含油层的孔隙空间中的水。
“采出水(PW)混合流的品质”涉及PW中的总溶解固体含量和/或个别离子的浓度或各类型的个别离子的浓度和/或个别离子的比率或各类型的个别离子的比率。
“TDS含量”是水流的总溶解固体含量，并且其单位通常为mg/L。
本公开涉及一种用于产出混合的低盐度注入水的集成系统和方法，该混合的低盐度注入水包含可变量的采出水或可变品质的采出水，同时在低盐度注水的主要阶段上将混合的低盐度注入水的组分保持在预定的工作范围(operation envelope)内，所述预定的工作范围在最大程度地提高从储层的油采收率且同时使地层损坏、储层变质或结垢的风险最小化方面进行平衡。
参考图1，一种产出用于储层的低盐度注入水的集成系统10的实施例，该储层具有含油层2，至少一个注入井3和至少一个产出井5穿入该含油层2。在图1的实施例中，集成系统10总体上包括产出系统12、注入系统20以及脱盐系统30。集成系统10的产出系统12通常包括产出设施或平台14，其布置在水线4上方并由在产出平台14和海床6之间延伸的支撑结构16支撑。产出平台14经由在产出平台14和产出井5之间延伸的产出管线或立管18与产出井5流体连通。另外，产出系统12的产出平台14包括与注入系统20流体连通的产出水(PW)流动管线19。在集成系统10操作期间中，从产出井5产出的流体经由产出管线18输送到产出平台14。所产出的流体在产出平台14中被分离为油流、气态流和PW混合流。该PW混合流经由PW流动管线19流动到注入系统20，以在被注入到注入井3中之前经由注入系统10处理。
在本实施例中，注入系统20通常包括注入设施或注入平台22，其布置在水线4上方并由在产出平台22和海床6之间延伸的支撑结构23支撑。尽管在本实施例中注入系统20包括注入平台22，但在其他实施例中，注入系统20可以被支撑在诸如船只或单柱式平台(spar)的浮动船上。注入平台22经由在注入平台22和注入井3之间延伸的注入管线或立管24与注入井3流体连通。在本实施例中，注入系统20的注入平台22包括与PW流动管线19和渗透流动管线31流体连通的混合系统或混合歧管25，该渗透流动管线31在脱盐系统30和注入平台22之间延伸。注入平台22的混合歧管25被构造成将由PW流动管线19提供的PW混合流与由渗透流动管线31提供的渗透混合流混合，以形成混合的低盐度注入水流。在一些实施例中，可以将浓缩物添加到该混合的低盐度注入水流中，以调节低盐度注入水流的离子平衡，由此最小化由于低盐度粘土溶胀而引起的地层破坏的风险。注入平台22还包括一个或多个高压注入泵26，用于将由混合歧管25形成的低盐度注入水流通过注入立管24泵送到注入井3中。
在本实施例中，集成系统10另外包括控制系统15，该控制系统15被配置成控制注入系统20和/或脱盐系统的操作，由此控制从注入系统20的注入平台22泵送到注入井3中的低盐度注入水流的组分。该低盐度注入水流的组分的边界值可以被输入到控制系统15中，其中，这些边界值定义了低盐度注入水流的组分的工作范围。可通过以下项中的一项或多项的边界值(上限和下限)来定义所述工作范围：总溶解固体(TDS)含量(盐度)，离子强度，个别离子(例如硫酸根，硝酸根，钙阳离子或镁阳离子)的浓度，各类型个别离子(例如一价阳离子，一价阴离子，多价阴离子，多价阳离子或二价阳离子)的浓度，各类型个别离子的比率，或者个别离子的比率(例如，钠吸附率)。
钠吸附率(SAR)用于评估储层岩石中的粘土的絮凝或分散状态。通常，钠阳离子促进粘土颗粒的分散，而钙阳离子和镁阳离子促进它们的絮凝。下面的方程(1)中给出了用于计算钠吸附率(SAR)的公式，其中，低盐度注入水流中的钠阳离子浓度、钙阳离子浓度和镁阳离子浓度以毫克当量/升表示：
低盐度注入水流的工作范围内的组分是那些预计将实现从储层中提高油采收率(EOR)，同时避免或最小化地层破坏风险的组分。在储层的含油层存在酸化风险或结垢风险的情况下，在所述工作范围内的组分优选是那些预计还将减轻储层酸化或抑制结垢的组分。本领域技术人员应理解，并非所有储层都具有酸化风险或结垢风险。因而，当储层含有硫酸盐还原菌的土著种群时，就可能发生酸化，这些菌通过氧化有机化合物同时将硫酸盐还原为硫化氢来获得能量。当含有高水平沉淀前体阳离子(例如钡阳离子和锶阳离子)的原生水与含有相对大量硫酸根阴离子的注入水混合从而导致不溶性硫酸盐沉淀(矿物垢)时，可能发生结垢。
每个参数的不同边界值可以被输入到控制系统15中，由此为低盐度注入水的组分定义了不同的工作范围，其中，这些不同的工作范围平衡了不同水平的EOR与不同水平的地层损坏、储层酸化或结垢风险。为了将低盐度注入水流的组分保持在预定义的或预先确定的工作范围内，可以由控制系统15响应于低盐度注入水流中要处理的PW流的量或流速的变化(升高或降低)或者PW品质的变化(TDS含量、一个或多个个别离子的浓度、一种或多种类型的个别离子的浓度、个别离子的比率或者各类型个别离子的比率的升高或降低)来实时地调整经由混合歧管25与PW流混合的渗透流的量。在一些实施例中，控制系统15被配置成选择性地将位置特定离子作为浓缩物添加或注入到低盐度注入水流中，以平衡离子组分并防止(或至少降低)粘土溶胀和地层破坏的风险。
在本实施例中，集成系统10的脱盐系统30通常包括脱盐设施或脱盐平台32，该脱盐设施或脱盐平台32布置在水线4上方并由在脱盐平台32和海床6之间延伸的支撑结构33支撑。脱盐平台32经由在水体8和脱盐平台32之间延伸的给水导管或进口导管34与位于水线4和海床6之间的水体8(例如海水)流体连通。在集成系统10的操作期间，输入流或给水流(包含由给水导管34供应到脱盐平台32的高盐度给水)被脱盐系统30的设备处理，由此形成经由渗透流动管线31提供给注入系统20的渗透流。
脱盐平台32具有布置在海床6上方的竖直距离Dp处的质心33M。脱盐系统30的支撑结构33在基础37处联接或附接到海床6。在这种构造中，可能有利的是最小化脱盐平台32的质心33M与海床6之间的距离Dp，以提高脱盐平台32和支撑结构33的稳定性(例如，减小由脱盐平台32与支撑结构33及周围环境之间的相互作用而引起的屈曲载荷和/或弯曲载荷)。例如，具有升高的质心的脱盐平台可能需要更强固且昂贵的支撑结构，以便为该脱盐平台提供足够的稳定性。因而，通过最小化脱盐平台32的质心33M与海床6之间的距离Dp，可以为脱盐平台32提供足够的稳定性，同时最小化了与构建、运输和维护支撑结构33相关联的成本。出于类似的原因，最小化脱盐平台32的质量或重量也可以提供一种节省与支撑结构33的构建、运输和维护相关联的成本的手段，同时为脱盐平台32提供足够的稳定性和结构支撑。
参考图1和图2，图2中示出了图1的集成系统10的脱盐系统30的示意性示图。在图1和图2的实施例中，集成系统10的脱盐系统30通常包括一个或多个给水提升泵38、过滤器阵列40、热交换器阵列42、精细过滤级100、缓冲罐50、一个或多个高压泵52、就地清洗(CIP)撬装设备60、膜块300、排污箱(dump tank)70以及除氧器80。提升泵38被构造成经由给水导管34从水体8提升或泵送给水流(例如，海水)。过滤器阵列40与高压泵38的排放口39流体连通，并且构造成过滤被夹带在由高压泵38提供的给水流中的颗粒，从而在其出口处提供经过滤的给水流41。在本实施例中，过滤器阵列40包括一个或多个80微米过滤器；然而，在其他实施例中，滤波器阵列40的构造可以变化。经过滤的给水流41被提供给热交换器阵列42，在热交换器阵列42中，经过滤的给水流41被加热，然后作为加热的给水流44流动到精细过滤级100。在本实施例中，热交换器阵列42包括一个或多个板式热交换器，该板式热交换器被构造成将经过滤的给水流加热到至少20摄氏度的温度；然而，在其他实施例中，热交换器阵列42的构造和功能可以变化。通过热交换器42对经过滤的给水流41进行加热，增加了在给水流41的相同给水压力下的产出量，由此减轻了脱盐系统30的重量。
如本文中进一步描述的，精细过滤级100包括多个UF撬装设备，每个UF撬装设备均包括多个UF过滤单元，所述多个UF过滤单元并联地连接在一起并安装到公共支撑结构。在一些实施例中，精细过滤级100包括微过滤(MF)撬装设备，该微过滤(MF)撬装设备具有多个MF过滤单元。在其他实施例中，精细过滤级100包括MF撬装设备和UF撬装设备的组合，和/或多个精细过滤撬装设备(每一个都包括多个UF过滤单元和MF过滤单元)。精细过滤级100的UF过滤单元在“死角(dead end)”中操作，并且通常被构造成拒绝从热交换器阵列42提供给精细过滤级100的经过滤的给水流44中的颗粒、胶体、微生物、病毒和其他污染物。以这种方式，精细过滤级100排出由向其供应的经加热的给水流44形成的UF滤出流45。在一些实施例中，精细过滤级100的UF过滤单元被构造成拒绝具有低至约1,000克/摩尔至150,000克/摩尔的分子量的材料；然而，在其他实施例中，精细过滤级100的UF过滤单元的构造可以变化。
从精细过滤级100排出的UF滤出流45被给送到缓冲罐50。在一些实施例中，缓冲罐50可以具有约20立方米至40立方米之间的容积；然而，在其他实施例中，缓冲罐50的容积可以变化。在某些实施例中，缓冲罐50的容积在反冲洗(backwash)单个UF撬装设备的UF过滤单元所需的容积的两倍至四倍之间。另外，UF滤出流45的一部分可以作为反冲洗流46被周期性地返回到精细过滤级100，用于反冲洗或清洁精细过滤级100的UF过滤单元。在本实施例中，UF滤出流45被从缓冲罐50经由位于缓冲罐50和膜块300之间的一个或多个高压泵52泵送至模块300的进口。
如本文中进一步描述的，膜块300包括多个RO阵列和多个NF阵列，每个RO阵列包括并联地连接在一起的多个RO膜分离单元并与NF阵列一起安装到公共支撑结构上，所述NF阵列包括并联地连接在一起的多个NF过滤单元。膜块300的NF过滤单元以错流的方式操作，并且通常被构造成拒绝分子量低至约100克/摩尔至1,000克/摩尔的纳米级颗粒；然而，在其他实施例中，膜块300的NF过滤单元的构造可以变化。膜块300的RO膜分离单元以错流的方式操作，并且通常被构造成拒绝离子污染物、微生物、微粒以及分子量低至300克/摩尔至小于100克/摩尔的其他材料；然而，在其他实施例中，膜块300的RO膜分离单元的构造可以变化。
脱盐系统30的膜块300排出由向其供应的UF滤出流45形成的组合的渗透流47。组合的渗透流47从膜块300排出到除氧器80，并且从除氧器80经由渗透流动管线31排出到注入系统20，以经由注入系统20的混合歧管25与由产出系统12提供的PW流混合。组合的拒绝流或浓缩流49被朝着排污箱70引导以进行排弃(dumping)。在一些实施例中，排污箱70可以包括脱盐系统30的脱盐平台32的沉箱(caisson)。在一些实施例中，膜拒绝流49通过能量回收设备排出，以减少能量使用。
CIP撬装设备60被构造成用于清洁精细过滤级100的UF撬装设备以及膜块300的RO阵列和NF阵列。CIP撬装设备60经由CIP导管62与精细过滤级100流体连通，同时CIP撬装设备60经由CIP导管64与膜块300流体连通。在这种布置中，流体可以在CIP撬装设备60与精细过滤阶段100和膜块300之间流动，以清洁精细所述过滤级100和膜块300。特别地，CIP撬装设备60包括储罐以及一个或多个用于使流体循环的泵。
参考图1至图3，图3中示出了图1和2的脱盐系统30的精细过滤级100的示意性示图。在图1至图3的实施例中，精细过滤级100包括并联连接的多个UF撬装设备102。如本文中进一步描述的，每个UF撬装设备102包括并联连接的多个UF过滤单元。每个UF撬装设备102接收经加热的给水流44(其带来的技术上益处在于，使给水同时经由端部进口侧端口和中心端口进入，以优化膜的使用)，并产出或排出UF滤出流45。另外，每个UF撬装设备102接收反冲洗进口流46A，其中，反冲洗进口流46A包括滤出流45的一部分。每个UF撬装设备102排出反冲洗出口流46B(这带来的技术上益处在于，从3x个侧端口中的每一个依次进行反冲洗)，该反冲洗出口流46B流动到脱盐平台32的排放口。CIP进口流62A从CIP撬装设备60流动到每个UF撬装设备102，而CIP返回流62B从每个UF撬装设备102流动到CIP撬装设备60。CIP进口流62A包括用于化学清洁和冲洗被容纳在每个UF撬装设备102中的UF过滤单元的水和化学物质。在本实施例中，流44、45、46A、46B、62A和62B分别被引导通过或流过横跨第一甲板35A延伸的多个互连管道系统90之一，其中，每个互连管道系统90都布置在管道支撑件92上并由管道支撑件92支撑，所述管道支撑件92布置在第一甲板35A上。
参考图4至图12，图4至图11中示出了图2和图3的精细过滤级100的UF撬装设备102的实施例的视图，而图12中示出了UF过滤单元200的实施例。参考图5，UF撬装设备102被支撑在脱盐平台32的甲板35A上，并具有第一端102A、与第一端102A相反的第二端102B、一对相反的横向侧104、顶端或上端106A、以及基端或下端106B。UF撬装设备102通常包括UF过滤单元200(为了清楚起见，在图9至图11中隐藏了UF过滤单元200)的支架110、多个竖向延伸的进口给水集管或歧管112、多个竖向延伸的滤出液排出集管或歧管120、以及物理地支撑UF过滤单元200的支架110以及歧管110和120的支撑结构或框架160。在图4至图12的实施例中，支架110的UF过滤单元200被一排在另一排上方地排成十排，每一排都由四个UF过滤单元200组成；然而，在其他实施例中，UF撬装设备102的UF过滤单元200的数量和布局可以变化。在本实施例中，三个进口给水集管112在UF撬装设备102的端部102A、102B之间间隔开，包括：位于端部102A、102B处的两个进口给水集管112、以及在端部102A、102B之间等距地定位的一个进口给水集管。另外，每个进口给水集管112被等距地定位在横向侧104之间，并且一个UF过滤单元200被定位在每一对进口给水集管112处或之间。
特别如图12中所示，UF撬装设备102的每个UF过滤单元200包括圆柱形过滤容器202以及被容纳在过滤容器202中的多个中空的纤维UF过滤元件或过滤膜200。在本实施例中，过滤容器202在一对相反的端部203之间轴向地延伸，并包括靠近端部203定位的一对外径向端口204、以及被等距地定位在端部203之间的径向中心端口206。UF过滤单元200另外包括被居中地布置在过滤容器202内的一对穿孔管210。每个管210都从过滤容器202的端部203延伸，并且管210经由中心连接器212结合。每个管210的外端都联接至轴向端部端口214。每个UF过滤元件220布置在形成于一个穿孔管210的外表面与过滤容器202的内表面之间的环空(annulus)中。分别布置在过滤容器202的每个端部203处的一对端板216将所述环空相对于周围环境密封。
UF撬装设备102的进口给水集管112联接到过滤容器202的每个端口204和206，而滤出液排出歧管120联接到每个端部端口214。在UF过滤单元200的操作期间，被加热的给水流44可以经由UF撬装设备102的进口给水集管112流入过滤容器202中。特别地，被加热的给水流44经由外端口204供应到形成于每个端部端口214的外表面与过滤容器202的内表面之间的环形空间中。被加热的给水流44也经由中心端口206供应到形成于中心连接器212的外表面与过滤容器202的内表面之间的环形空间中。鉴于端部端口214和中心连接器212都未被穿孔，被加热的给水流44被迫轴向地流入每个UF过滤元件220的纤维并径向地穿过每个UF过滤元件220的纤维，然后它可以进入穿孔管210之一，并经由一个端部端口214从过滤容器202离开。
在每个UF过滤单元200的反冲洗期间，UF滤出流45经由滤出液排出集管120和端部端口214流入穿孔管210中。然后，UF滤出流45流入形成于穿孔管210和过滤容器202之间的环空中，然后径向地穿过纤维壁，沿着UF过滤元件220的纤维轴向地流出，之后经由端口204和206依次流出过滤容器202。以这种方式，可以将UF过滤元件220中收集的杂质反冲洗到进口给水集管112中，并由此从UF过滤元件220中去除。
特别如图4至图11中所示，UF撬装设备102包括联接至进口给水集管112的进口给水管道系统114，进口给水管道系统114从与用于控制被加热的给水流44进入的进口给水阀115联接的末端或进口端114A延伸到进口给水集管112和UF过滤单元200。UF撬装设备102还包括联接到滤出液排出集管120的滤出液排出管道系统122，滤出液排出管道系统122从与用于将UF滤出流45的排出与UF撬装设备102隔离的渗出液排出阀123联接的末端或排出端122A延伸。特别是如图4中所示，在本实施例中，附加的进口管道系统阀116沿着进口给水管道系统114布置，用于控制流经进口给水管道系统114的流体流。
UF撬装设备102包括连接至滤出液排出管道系统122的反冲洗进口管道系统130和连接至进口给水管道系统114的反冲洗排出管道系统136，其中，沿着反冲洗进口管道系统130设置有反冲洗进口阀132，用于将UF撬装设备102与反冲洗流46隔离。管道系统阀116被构造成用于依次引导反冲洗流46流过UF过滤元件200，以最大化反冲洗效率。另外，沿着反冲洗排出管道系统136设置有多个反冲洗排出阀138，用于控制穿过反冲洗排出管道系统136流向废物的流体流。在本实施例中，精细过滤级100包括远程定位的阀133，用于将精细过滤级100的每个UF撬装设备102与反冲洗流46隔离。在本实施例中，化学品注入管线135在反冲洗进口阀132和远程定位的阀133之间连接至反冲洗进口管道系统130，化学品注入阀135沿着化学品注入管线134布置，用于控制流经化学品注入管线134的流体流。化学品注入管线134允许将化学品(例如次氯酸盐，或其他被配置成有助于UF过滤单元200的清洁和消毒的其它化学品)注入到在UF撬装设备102的反冲洗期间流过反冲洗进口管道系统130的UF滤出流45中。另外，在一些实施例中，可以在进口给水阀115的上游将非氧化性消毒剂注入到被加热的给水流44中。另外，在本实施例中，多个分支导管139(沿着每个分支导管139均布置有分支阀140)在滤出液排出管道系统122与反冲洗排出管道系统136和UF撬装设备102的CIP排出管道系统148之间延伸，以帮助滤出液排出管道系统122和与滤出液排出管道系统122联接的滤出液排出集管120的排放。
UF撬装设备102包括与进口给水管道系统114连接的CIP进口管道系统142，并包括CIP进口阀143，该CIP进口阀143用于可选择地允许来自CIP组件的流体到达进口给水管道系统114。在本实施例中，空气注入管道系统144(包括沿着空气注入管道系统144布置的空气注入阀145)连接到CIP进口管道系统142，用于测试已安装的UF撬装设备102的完整性。UF撬装设备102还包括连接到反冲洗排出管道系统136的CIP排出管道系统148。CIP排出阀150沿着CIP排出管道系统148布置，用于控制从CIP排出管道系统148到CIP组件60的流体流。UF撬装设备102另外包括通气管道系统154，该通气管道系统154连接到进口给水集管112和滤出液排出集管120二者，用于从UF过滤单元200和集管112、120去除空气。排放阀156沿着排放管道系统布置，从而为排放管道系统提供公共开口以控制流经该排放管道系统的流体流。在一些实施例中，UF撬装设备102的阀115、116、123、132、135、138、140、143、145、150和156中的一个或多个由集成系统10的控制系统15远程控制。
特别如图9至图11中所示，在本实施例中，UF撬装设备102的支撑结构160通常包括位于UF撬装设备102的顶部106A处的矩形上框架162、位于UF撬装设备102的基部106B处的矩形下框架166、多个竖直支撑构件170、以及多个支撑支架180。上框架162包括在UF撬装设备102的前端102A和后端102B之间等距地布置的侧向延伸的中心支撑构件164。下框架166也包括由一对竖直支撑件168支撑的侧向延伸的支撑构件167。
支撑结构160的每个竖直支撑构件170都布置在UF撬装设备102的拐角处，并且在上框架162和下框架166之间竖向地延伸。支撑支架180被定位在UF撬装设备102的前端102A和后端102B处，并且在横向侧104之间延伸。支撑结构160另外包括被定位在UF撬装设备102的端部102A、102B处的一对竖直支撑件182，每个竖直支撑件182都等距地定位在UF撬装设备102的横向侧104之间。每个竖直支撑件182在支撑结构160的最下部支撑支架180A和上框架162之间竖向地延伸，其中，每个支撑支架180都在UF撬装设备102的一个横向侧104与一个竖直支撑件182之间横向地延伸。在本实施例中，支撑框架162、166以及构件164、167、168、170和182均包括金属(例如，碳钢，合金钢等)工字梁；然而，在其他实施例中，支撑框架162、166以及构件164、167、168、170和182可以包括变化的横截面形状和材料。
在上述UF撬装设备102的构造中，集管112、120和管道系统114、122、130、134、136、139、142、144、148和154均由支撑结构160的下框架166直接支撑。特别地，通过一个或多个实施例，仅UF过滤单元200的支架110由支撑机构160的从下框架166升高的构件直接支撑。支架110的UF过滤单元200接触支撑支架180并由支撑支架180物理地支撑，这些支撑支架180与下框架166间隔开。因而，不需要支撑结构160的上框架162来支撑集管112、120和管道系统114、122、130、134、136、139、142、144、148和154的重量。通过在其下框架166而非上框架162处支撑UF撬装设备102的部件，鉴于由上框架162和竖直支撑构件170支撑的载荷又可以被最小化，支撑结构160的总重量可以最小化。例如，通过一个或多个实施例，因为由上框架162和竖直支撑构件170支撑的载荷被最小化，所以可以使用重量较轻的材料来形成上框架162和竖直支撑构件170。通过一个或多个实施例，可以以降低支撑结构160的总重量的方式来构造上框架162和竖直支撑构件170。通过一个或多个实施例，UF撬装设备102的质心在UF撬装设备102的下半部中。
另外，UF撬装设备102的阀115、116、123、132、134、138、140、143、145、150和156都靠近支撑结构160的下框架166并远离上框架162定位。换句话说，阀115、116、123、132、134、138、140、143、145、150和156被定位成：离支撑结构160的下框架166比离支撑结构160的上框架162更近。在UF撬装设备102的阀115、116、123、132、134、138、140、143、145、150和156被靠近下框架166定位的情况下，甲板35A与UF撬装设备102的质心之间的距离被最小化，由此减小了海床6与脱盐平台32的质心33M之间的竖直距离Dp。此外，鉴于UF撬装设备102的阀115、116、123、132、134、138、140、143、145、150和156被靠近下框架166定位，用于输送被加热的给水流44、UF滤出流45和CIP流62A、62B的流体导管均可以被甲板35A支撑并靠近甲板35A定位(而非在远离甲板35A的位置从上方悬垂)，从而进一步减小了海床6与脱盐平台32的质心33M之间的竖直距离Dp。如上所述，通过减轻重量并降低脱盐平台32的质心33M，提高了平台32的稳定性，并使与构建、运输和维护脱盐系统30的支撑结构33相关联的成本最小化。
参考图1、图2和图13，图13中示出了图1和图2的脱盐系统30的膜块300的示意性示图。在图13的实施例中，膜块300包括并联连接的多个膜撬装设备302。在本实施例中，膜块300包括的膜撬装设备302比精细过滤级100的UF阵列102少两个；然而，在其他实施例中，脱盐系统30的膜撬装设备302和UF撬装设备102的数量可以变化。如本文中将进一步描述的，每个膜撬装设备302包括多个RO膜分离单元和多个NF过滤单元。每个膜撬装设备302从高压泵52接收UF滤出流45，并产出或排出组合的膜渗透流47，该组合的膜渗透流47包括RO渗透液和NF渗透液的混合物，如本文中将进一步描述的。在其他实施例中，每个膜撬装设备302可以排出三个分开的渗透流47(例如，两个RO渗透流及一个NF渗透流等)，这些渗透流之后以不同比例在下游混合以实现所期望的低盐度规格；然而，在其他实施例中，每个膜撬装设备302可以排出不同数量的膜渗透流47。另外，每个膜撬装设备302排出RO拒绝流或浓缩流49A以及NF拒绝流或浓缩流49B，如本文中将进一步描述的，二者作为组合的浓缩流49流动到脱盐平台32的排污箱70。CIP进口流64A从CIP撬装设备60流动到每个膜撬装设备302，而CIP返回流64B从每个膜撬装设备302流动到CIP撬装设备60。CIP进口流64A包括水和化学品，用于化学清洁和冲洗被容纳在每个膜撬装设备302中的RO和NF过滤单元。在本实施例中，流45、47、49A、49B、64A和64B中的每一个被引导通过或流过横跨第一甲板35B延伸的多个互连管道系统90之一，其中，每个互连管道系统90都布置在管道支撑件92上并由管道支撑件92支撑，这些管道支撑件92布置在第一甲板35B上。
参考图14至图22，图14至图22中示出了图2和图3的膜块300的膜撬装设备302的实施例的视图，而图12中示出了UF过滤单元200的实施例。膜撬装设备302被支撑在脱盐平台32的甲板35B上，并具有第一端302A、与第一端302A相反的第二端302B、一对相反的横向侧304、顶端或上端306A、以及基端或下端306B。在一些实施例中，脱盐平台33的甲板35B可以包括与UF撬装设备102布置于其上的甲板35A相同的甲板，而在其他实施例中，甲板35B可以包括与甲板35A分离的甲板(例如，甲板35B可以包括布置在甲板35A上方或下方的甲板)。
膜撬装设备302通常包括RO膜分离单元400的第一支架或下支架310A、RO膜分离单元400的第二支架或上支架310B、NF过滤单元420的支架340(为了清楚，在图19至图22中隐藏了RO膜分离单元400和NF过滤单元420)、多个竖向延伸的下进口给水集管或歧管312A、多个竖向延伸的上进口给水集管或歧管312B、竖向延伸的下渗透液排出集管或歧管320A、竖向延伸的上渗透液排出集管或歧管320B、竖向延伸的下浓缩液排出集管或歧管330A、竖向延伸的上浓缩液排出集管或歧管330B、以及支撑结构或框架370，该支撑结构或框架370物理地分别支撑RO膜分离单元400和NF过滤单元420的支架310A、310B和340，以及歧管312A、312B、320A、320B、330A和330B。在一些实施例中，每个膜撬装设备302的支架340可以包括RO膜分离单元400的支架340。在其他实施例中，每个膜撬装设备302的支架310A和310B可以包括NF过滤单元420的支架310A和310B。在本实施例中，如本文中进一步描述的，支架310B和340并联地操作，每个都关于下支架310A串联地连接。
在图14至图22的实施例中，下支架310A的RO膜分离单元400被一排在另一排之上地布置成六排，每一排都包括六个RO膜分离单元400；上支架310B的RO膜分离单元400被一排在另一排之上地布置成八排，每一排都由六个RO膜分离单元400组成；并且支架340的NF过滤单元420被布置成由四个NF过滤单元420组成的一排。然而，在其他实施例中，膜撬装设备302的RO膜分离单元400和NF过滤单元420的数量和布局可以变化。进口给水集管312A和312B被靠近膜撬装设备302的端部302A、302B定位。渗透液排出集管320A和320B均被靠近膜撬装设备302的第二端302B定位。浓缩液排出集管330A和330B均被等距地定位在膜撬装设备302的端部302A和302B之间。
膜撬装设备302的每个RO膜分离单元400都包括圆柱形容器、布置在该容器内的穿孔管、以及径向布置在该穿孔管与圆柱形容器之间的多个RO膜分离元件或膜。每个RO膜分离单元400都包括被靠近该圆柱形容器的每一端定位的一对外径向端口，其中，每个外径向端口与进口给水集管312A、312B之一流体连通。该圆柱形容器还包括被等距地定位在所述外径向端口之间的中心径向端口，该中心径向端口与浓缩液排出集管330A、330B之一流体连通。每个RO膜分离单元400的穿孔管都包括在圆柱形容器的端部处的被靠近膜撬装设备302的第二端302B定位的轴向端口，其中，该轴向端口与渗透液排出集管320A、320B之一流体连通。在本实施例中，每个RO膜分离单元400容纳两组三个RO分离单元；然而，在其他实施例中，每个RO膜分离单元400的RO分离元件的数量可以变化。
特别如图14中所示，在RO膜撬装设备302的操作期间，UF滤出流45经由下进口给水集管312A和每个RO膜分离单元400的外径向端口流入到膜撬装设备302的下支架310A的RO膜分离单元400中。然后，UF滤出流45流经布置在下支架310A的每个RO膜分离单元400内的RO膜元件。UF滤出流45在其流经RO膜元件时被分成第一RO渗透流47A和第一或初始RO拒绝流或浓缩流313。第一RO渗透流47A经由每个RO膜分离单元400的轴向端口流出下支架310A的每个RO膜分离单元400，其中，RO渗透流47A流入到下渗透液排出集管320A。第一RO浓缩流313经由每个RO膜分离单元400的过滤容器的中心径向端口流出下支架310A的每个RO膜分离单元400，并流入下浓缩液排出集管330A中。
膜撬装设备302的上支架310B的RO膜分离单元400被构造为类似于下支架310A的RO膜分离单元400。然而，代替于经由每个RO膜分离单元400的外径向端口接收UF滤出流45，上支架310B的每个膜分离单元400的外径向端口接收由下支架310A的RO膜分离单元400排出的第一RO浓缩流313的第一部分313A。第一RO浓缩流313的第一部分313A在其流经上支架310B的RO膜分离单元400时被分成第二RO渗透流47B和RO浓缩流49A，其中，RO浓缩流49A包括第二RO浓缩流或最终RO浓缩流49A。第二RO渗透流47B经由每个RO膜分离单元400的轴向端口流出上支架310B的每个RO膜分离单元400，其中，第二RO渗透流47B流入上渗透液排出集管320B中。上支架310B的每个RO膜分离单元400的中心径向端口将第二RO浓缩流49A排出到排污箱70。在一些实施例中，上支架310B的每个RO膜分离单元400的中心径向端口将第二RO浓缩流49A排出到能量回收装置。
膜撬装设备302的每个NF过滤单元420包括圆柱形过滤容器、布置在该过滤容器内的穿孔管、以及径向布置在该穿孔管和圆柱形容器之间的多个NF过滤元件或过滤膜。每个NF过滤单元420的圆柱形容器都包括被靠近圆柱形容器的每一端定位的一对外径向端口，其中，每个外径向端口都与下浓缩液排出集管330A流体连通。该圆柱形容器还包括被等距地定位在所述外径向端口之间的中心径向端口422(图14中示意性地示出)。每个NF过滤单元420的穿孔管都包括被靠近膜撬装设备302的第二端302B定位的在该圆柱形容器的端部处的轴向端口，其中，该轴向端口与从集管320A、320B排出的组合RO渗透液经由分别从集管320A、320B延伸的RO渗透液管道系统321A、321B而流体连通。在本实施例中，每个NF过滤单元420容纳两组三个NF过滤元件；然而，在其他实施例中，每个NF过滤单元420的NF过滤元件的数量可以变化。
特别如图14中所示，在膜撬装设备302的操作期间，第一RO浓缩流313的第一部分313A作为较低压力的NF给送流318经由每个NF过滤单元420的过滤容器的外径向端口流入NF过滤单元420中。NF给送流318流过布置在NF过滤单元420内的NF过滤元件。NF给送流318在其流过NF过滤元件时被分成NF渗透流47C和NF拒绝浓缩流49B(图2的膜拒绝流49包括第二RO浓缩流49A和NF浓缩流49B的下游组合)。NF渗透流47C经由每个NF过滤单元420的轴向端口流出每个NF过滤单元420。NF浓缩流49B经由每个NF过滤单元420的过滤容器的中心径向端口422流出每个NF过滤单元420。
特别如图14和图19至图22中所示，膜撬装设备302包括承载UF滤出流45的进口给水管道系统314、从下浓缩液排出集管330A延伸并承载第一RO浓缩流313的第一RO浓缩液管道系统311、从下渗透液排出集管320A延伸的下RO渗透液管道系统321A、从上渗透液排出集管320B延伸的上RO渗透液管道系统321B、联接到RO渗透液管道系统321A、321B以及从NF过滤单元420延伸的NF渗透液管道系统328的组合渗透液管道系统322、第二RO浓缩液管道系统326、NF浓缩液管道系统331、CIP进口管道系统334以及CIP排出管道系统338。在本实施例中，UF滤出流45流过膜撬装设备302的进口给水管道系统314，其中，进口给水管道系统314联接到下进口给水集管312A，进口给水管道系统314从联接到进口给水阀315的末端或进口端314A延伸，该进口给水阀315用于控制UF滤出流45进入下进口给水集管312A和下支架310A的RO膜分离单元400。
在本实施例中，膜撬装设备302还包括联接到进口给水管道系统314的下流动旁通阀316，以绕过进口给水阀315，从而在启动期间提供对膜撬装设备302的冲洗。另外，多个给水阀317沿着进口给水管道系统314布置，用于控制流过进口给水管道系统314的流体流。第一RO浓缩流313流过膜撬装设备302的第一RO浓缩液管道系统311。第一RO浓缩液管道系统311在下浓缩液排出集管330A和上进口给水集管312B之间延伸。第一RO浓缩液管道系统311也在下浓缩液排出集管330A和每个NF浓缩液单元420的外径向端口之间延伸。多个RO浓缩液阀319沿着第一RO浓缩液管道系统311布置，以控制流过第一RO浓缩液管道系统311的流体流。特别地，RO浓缩液阀319中的一个RO浓缩液阀(在图14中被示出为RO浓缩液阀319A)控制流动到NF过滤单元420的NF给送流318的流速和压力。
膜撬装设备302的组合渗透液管道系统322与RO渗透液管道系统321A、321B及NF渗透液管道系统328连接，并且延伸到末端或排出端322A，该末端或排出端322A联接到用于隔离所述组合的渗透流47的渗透液排出阀323。在本实施例中，组合的渗透流47包括从下支架310A排出的上RO渗透流47A、从支架340排出的NF渗透流47C以及从上支架310B排出的下RO渗透流47B的混合物。另外，膜渗透液管道系统322从每个NF过滤单元420的轴向端口延伸到排出端322A。此外，多个渗透液阀324沿着膜渗透液管道系统322布置，用于控制流过膜渗透液管道系统322的流体流。在这种构造中，RO渗透流47A、47B以及至少一部分NF渗透流47C都流经渗透液管道系统322并在渗透液管道系统322中掺混或混合，然后在渗透液排出阀323处从膜撬装设备302排出。特别地，NF渗透液控制阀333A沿着NF浓缩液管道系统331布置，用于控制被供应到渗透液管道系统322的NF渗透流47C的比例。在本实施例中，下RO渗透液管道系统321A连接到下通气阀325A且上渗透液管道系统321B连接到上通气阀325B，以分别对RO渗透流47A和47B通气。下通气阀325A和上通气阀325B可以操作，以在膜撬装设备302的启动和停机期间移除空气并防止RO膜分离单元400的支架310A、310B中的过加压或真空。另外，沿着下RO渗透液管道系统321A布置的渗透液阀324可以操作，以通过在RO膜分离单元400的下支架310A上放置背压来调节第一RO渗透流47A和第二RO渗透流47B的流量，其中，下支架310A上的背压的提高使得从上支架310B的产出增大。以这种方式，可以避免下支架310A的过流(over-fluxing)，并且可以维持流经上支架310B的有利湍流，从而潜在地优化了长期产出的可靠性。
膜撬装设备302的第二RO浓缩液管道系统326从上浓缩液排出集管330B延伸到RO浓缩液排出阀327，该RO浓缩液排出阀327用于控制RO浓缩流49A从膜撬装设备302的排出。在一些实施例中，第二RO浓缩液管道系统326将RO浓缩流49A排出到能量回收装置。膜撬装设备302的NF浓缩液管道系统331从NF过滤单元420的中心径向端口延伸到末端或排出端331A。另外，NF浓缩液管道系统331连接到NF渗透液管道系统328，以允许过量的NF渗透流47C经由NF渗透液控制阀333A的受控排弃(dumping)。另外，NF浓缩液阀338B沿着NF浓缩液管道系统331布置，用于控制流经NF浓缩液管道系统331的NF浓缩液的流量。
膜撬装设备302的CIP进口管道系统334与进口给水管道系统314、第一RO浓缩液管道系统311及NF过滤单元420连接。CIP进口管道系统334包括多个CIP进口阀335，用于控制从CIP组件60到进口给水管道系统314、第一RO浓缩液管道系统311及NF过滤单元420的CIP进口流64A的流体流量。膜撬装设备302的CIP排出管道系统338与第一RO浓缩液管道系统311、第二RO浓缩液管道系统326及NF浓缩液管道系统331连接。CIP排出管道系统338包括多个CIP排出阀339，用于控制从第一RO浓缩液管道系统311、第二RO浓缩液管道系统326及NF浓缩液管道系统331到CIP组件60的CIP返回流64B的流量。在一些实施例中，膜撬装设备302的阀315、316、317、319、323、324、327、333A、33B、335以及339由集成系统10的控制系统15远程地控制。
特别如图19至图22中所示，在本实施例中，膜撬装设备302的支撑结构370通常包括位于膜撬装设备302的顶部306A处的矩形上框架372、位于膜撬装设备302的基部306B处的矩形下框架376、多个竖直支撑构件380、第一或上支撑支架390A、多个第二或中间支撑支架390B、以及多个第三或下支撑支架390C。上框架372包括被等距地布置在膜撬装设备302的前端302A和后端302B之间的横向延伸的中心支撑构件374。下框架376也包括在膜撬装设备302的端部302A、302B之间间隔开的多个横向延伸的支撑构件377。下框架376还包括被等距地布置在横向侧304之间并在膜撬装设备302的端部302A、302B之间延伸的纵向延伸的支撑构件379。
在本实施例中，支撑结构370包括四个竖直支撑构件380，沿着膜撬装设备302的横向侧304中的每一侧各布置有两个竖直支撑构件380。另外，第一对竖直支撑构件380被靠近膜撬装设备302的第一端302A定位，而第二对竖直支撑构件380被靠近膜撬装设备302的第二端302B定位。中间支撑支架390B在竖向上布置在上支撑支架390A和下支撑支架390C之间，其中，上支撑支架390A被靠近上框架372定位，并且下支撑支架390C的最下部被靠近支撑结构370的下框架376定位。在本实施例中，支撑结构370包括一对升高的水平支撑构件386，每个升高的水平支撑构件386都在端部302A、302B之间延伸并且联接到一对竖直的支撑构件380。多个X形交叉支撑件388在上框架372与升高的水平支撑构件386之间并且在升高的水平支撑构件386与下框架376之间呈对角线地延伸。
支撑结构370另外包括一对竖直支撑件392，竖直支撑件392被靠近膜撬装设备302的端部302A、302B定位但与端部302A、302B间隔开，每个竖直支撑件392都被等距地定位在膜撬装设备302的横向侧304之间。每个竖直支撑件392都在支撑结构370的上框架372和下框架376之间竖向地延伸，其中，每个支撑支架390A、390B以及390C都在膜撬装设备302的一个横向侧304与一个竖直支撑件392之间横向地延伸。在本实施例中，支撑框架372、376以及构件374、377、378、380和392中的每一个都包括金属(例如，碳钢，合金钢，等等)工字梁；然而，在其他实施例中，支撑框架372、376以及构件374、377、378、380和392可以包括与此不同的横截面形状和材料。
在上述膜撬装设备302的构造中，集管312A、312B、320A、320B、330A和300B以及管道系统314、318、322、326、331和334中的每一个都由支撑结构370的下框架376直接支撑。
特别地，仅RO膜分离单元400和NF过滤单元420的支架310A、310B和340分别由支撑结构370的从下框架376升高的支撑构件直接支撑。特别地，NF过滤单元420接触上支撑支架390A并由上支撑支架390A支撑；RO膜分离单元400的上支架310B接触中间支撑支架390B并由中间支撑支架390B支撑；并且RO膜分离单元400的下支架310A接触下支撑支架390C并由下支撑支架390C支撑。因而，支撑结构370的上框架372不需要支撑膜撬装设备302的集管312A、312B、320A、320B、330A和300B以及管道系统314、318、322、326、331和334的重量。通过在支撑结构370的下框架376而非上框架372处支撑膜撬装设备302的部件，鉴于由上框架372和竖直支撑构件380支撑的载荷又可以被最小化，所以可以最小化该支撑结构370的总重量。
另外，膜撬装设备302的阀315、316、317、319、323、324、327、333A、333B、335和339均被靠近支撑结构370的下框架376并远离支撑结构370的上框架372定位。换句话说，阀315、316、317、319、323、324、327、333A、333B、335和339被定位成：离支撑结构370的下框架376比离支撑结构370的上框架372更近。在膜撬装设备302的阀315、316、317、319、323、324、327、333A、333B、335和339被靠近下框架376定位的情况下，甲板35B与膜撬装设备302的质心之间的距离被最小化，由此减小了海床6与脱盐平台32的质心33M之间的竖直距离Dp。通过一个或多个实施例，因为由上框架372和竖直支撑构件380支撑的载荷被最小化，所以上框架372和竖直支撑构件380能够使用重量较轻的材料来形成。通过一个或多个实施例，膜撬装设备302的质心在膜撬装设备302的下半部中。此外，鉴于膜撬装设备302的阀315、316、317、319、323、324、327、333A、333B、335和339被靠近下框架376定位，用于输送UF滤出流45、RO拒绝流49A(包括第二RO浓缩流49A和NF拒绝流49B)以及CIP流64A、64B的流体导管均可以由甲板35B支撑并靠近甲板35B定位(而非在远离甲板35B的位置从上方悬垂)，进一步减小了海床6与脱盐平台32的质心33M之间的竖直距离Dp。
尽管已经示出和描述了示例性实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本文中的范围或教导的情况下对其进行修改。本文中描述的实施例仅是示例性而非限制性的。本文中描述的系统、设备和过程的许多修改和变型是可能的，并且处于本公开的范围内。例如，可以改变各个零件的相对尺寸、制造各个零件的材料以及其他参数。因而，保护范围不限于本文中描述的实施例，而是仅由所附权利要求书限制，权利要求书的范围应包括权利要求书的主题的所有等同形式。除非另有明确说明，否则方法权利要求中的步骤可以以任意顺序执行。方法权利要求中的步骤之前的诸如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)之类的标识符的列举既无意于而且也不是为这些步骤指定特定顺序，而是用于简化后续对这种步骤的引用。

Claims (23)

1.一种脱盐系统(30)，包括：
脱盐平台(32)；
第一撬装设备(102)，所述第一撬装设备(102)布置在所述脱盐平台(32)的第一甲板(35A)上，所述第一撬装设备(102)包括第一过滤单元(200)和第一渗透单元(400)中的至少一个，所述第一过滤单元(200)被构造成产出第一滤出流(45)，所述第一渗透单元(400)被构造成产出第一渗透流(47)；
第一互连管道系统(90)，所述第一互连管道系统(90)联接到所述第一撬装设备(102)；以及
第一管道系统支撑件(92)，所述第一管道系统支撑件(92)布置在所述第一甲板(35A)上，其中，所述第一互连管道系统(90)布置在所述第一管道系统支撑件(92)上；
第一支撑结构(160)，所述第一支撑结构(160)包括位于所述第一撬装设备(102)的顶部(106A、306A)处的第一上框架(162)、以及位于所述第一撬装设备(102)的基部(106B、306B)处的第一下框架(166)；
第一进口管道系统(114)，所述第一进口管道系统(114)联接在所述第一过滤单元(200)和第一渗透单元(400)中的所述至少一个与第一进口阀(115)之间，其中所述第一过滤单元(200)和第一渗透单元(400)中的所述至少一个由所述第一支撑结构(160)支撑，其中所述第一过滤单元(200)和第一渗透单元(400)中的所述至少一个被构造成分别从供应到所述第一进口阀(115)的第一进口流产出所述第一滤出流(45)或所述第一渗透流(47)；以及
第一排出管道系统(136)，所述第一排出管道系统(136)联接在所述第一过滤单元(200)和第一渗透单元(400)中的所述至少一个与第一排出阀(138)之间；并且
其中，所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)均由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑。
2.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中：
所述第一撬装设备(102)包括膜撬装设备，且所述第一渗透单元(400)包括反渗透(RO)膜分离单元；并且
所述第一渗透流(47)包括RO渗透流。
3.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中：
所述第一撬装设备(102)包括超滤(UF)撬装设备，且所述第一过滤单元(200)包括UF过滤单元；并且
所述第一滤出流(45)包括UF滤出流。
4.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一互连管道系统(90)被构造成从所述第一撬装设备(102)接收所述第一滤出流(45)和所述第一渗透流(47)中的至少一个，并向所述第一撬装设备(102)提供进口给送流。
5.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中：
所述第一进口管道系统(114)联接在由所述第一支撑结构(160)支撑的所述第一进口阀(115)和所述第一过滤单元(200)之间，其中，所述第一过滤单元(200)被构造成从供应到所述第一进口阀(115)的所述第一进口流产出所述第一滤出流；并且
所述第一排出管道系统(136)联接在所述第一过滤单元(200)和所述第一排出阀(138)之间。
6.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，还包括：
进口集管(112)，所述进口集管(112)在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间竖向地延伸；
多个所述第一过滤单元(200)，其中，多个所述第一过滤单元(200)中的每一个均与所述进口集管(112)流体连通；
其中，所述第一进口管道系统(114)联接在所述第一进口阀(115)和所述进口集管(112)之间；
其中，所述进口集管(112)由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑。
7.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一互连管道系统(90)联接在所述第一撬装设备(102)和第二撬装设备(302)之间，其中，所述第二撬装设备(302)布置在所述脱盐平台(32)的第二甲板(35B)上，并且其中，所述第二撬装设备(302)包括被构造成产出第一渗透流(47)的第一膜分离单元。
8.一种集成系统(10)，包括：
根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中所述脱盐系统(30)包括：
所述第一撬装设备(102)，所述第一撬装设备(102)布置在所述脱盐平台(32)的所述第一甲板(35A)上，其中所述第一撬装设备包括被构造成产出所述第一滤出流(45)的所述第一过滤单元(200)；和
第二撬装设备(302)，所述第二撬装设备(302)布置在所述脱盐平台(32)上，所述第二撬装设备(302)包括第一膜分离单元，所述第一膜分离单元被构造成从所述第一撬装设备接收所述第一滤出流(45)并产出第一渗透流(47)；
其中，所述第一互连管道系统(90)联接在所述第一撬装设备(102)和所述第二撬装设备(302)之间；以及
注入系统(20)，所述注入系统(20)用于一个或多个注入井(3)，所述一个或多个注入井(3)穿入储层的含油层(2)；
混合系统(25)；以及
产出系统(12)，所述产出系统(12)用来分离从穿入所述储层的所述含油层(2)的一个或多个产出井(5)产出的流体，并将产出水(PW)流输送到所述混合系统(25)；
其中，所述混合系统(25)用于将所述第一渗透流(47)与所述PW流混合以产生混合的低盐度水流，用于注入到所述储层中。
9.根据权利要求8所述的集成系统(10)，还包括控制系统(15)，所述控制系统(15)被配置成控制所述第一渗透流(47)与所述PW流的混合。
10.根据权利要求8所述的集成系统(10)，其中：
所述第一撬装设备(102)包括超滤(UF)撬装设备，且所述第一过滤单元包括UF过滤单元；并且
所述第一滤出流包括UF滤出流。
11.根据权利要求8所述的集成系统(10)，其中：
所述第二撬装设备(302)包括膜撬装设备，且所述第一膜分离单元包括反渗透(RO)膜分离单元；并且
所述第一渗透流包括RO渗透流。
12.根据权利要求8所述的集成系统(10)，其中，所述第二撬装设备(302)包括：
第二支撑结构(370)，所述第二支撑结构(370)包括位于所述第二撬装设备(302)的顶部(306A)处的第二上框架(372)、以及位于所述第二撬装设备(302)的基部(306B)处的第二下框架(376)；
第二进口管道系统(314)，所述第二进口管道系统(314)联接在由所述第二支撑结构(370)支撑的第二进口阀(315)和所述第一膜分离单元之间，其中，所述第一膜分离单元被构造成从供应到所述第二进口阀(315)的进口流产出所述第一渗透流(47)；和
渗透液管道系统(321A、321B)，所述渗透液管道系统(321A、321B)联接在所述第一膜分离单元和渗透液阀(324)之间；并且
其中，所述第二进口阀(315)和所述渗透液阀(324)均由所述第二支撑结构(370)的所述第二下框架(376)直接支撑。
13.根据权利要求12所述的集成系统(10)，其中，所述第二进口阀(315)和所述渗透液阀(324)均被定位成：离所述第二支撑结构(370)的所述第二下框架(376)比离所述第二支撑结构(370)的所述第二上框架(372)更近。
14.根据权利要求12所述的集成系统(10)，其中，所述第二撬装设备还包括第二排出管道系统(338)，所述第二排出管道系统(338)连接在由所述第二支撑结构(370)支撑的所述第一膜分离单元和第二膜分离单元之间，其中，所述第二排出管道系统(338)被构造成将来自所述第一膜分离单元(400)的排出流提供到所述第二膜分离单元。
15.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中所述第一撬装设备(102)包括：
联接在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间的多个竖向延伸构件(380)；和
由所述第一支撑结构(160)支撑的第一膜分离单元，其中，所述第一膜分离单元被构造成从供应到所述第一进口阀(115)的进口流产出所述第一渗透流(47)。
16.根据权利要求15所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一膜分离单元包括反渗透(RO)膜分离单元。
17.根据权利要求15所述的脱盐系统(30)，还包括：
进口集管，所述进口集管在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间竖向地延伸；
多个所述第一膜分离单元，其中，所述多个第一膜分离单元中的每一个均与所述进口集管流体连通；
其中，所述第一进口管道系统(114)联接在所述第一进口阀(115)和所述进口集管之间；
其中，所述进口集管由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑。
18.根据权利要求17所述的脱盐系统(30)，其中，所述多个第一膜分离单元由在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间间隔开的多个支撑支架(390A、390B、390C)支撑。
19.根据权利要求17所述的脱盐系统(30)，还包括：
排出集管(330A、330B)，所述排出集管(330A、330B)在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间竖向地延伸，其中，所述排出集管(330A、330B)与所述多个第一膜分离单元流体连通；
第二排出管道系统(338)，所述第二排出管道系统(338)连接在由所述第一支撑结构(160)支撑的所述排出集管(330A、330B)和多个第二膜分离单元之间，其中，所述第二排出管道系统(338)被构造成将来自所述多个第一膜分离单元的排出流提供到所述多个第二膜分离单元。
20.根据权利要求15所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)均被定位成：离所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)比离所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)更近。
21.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)均由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑，因此所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)不支撑所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)的重量。
22.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，其中，所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)均由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑，从而所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)被与所述第一进口阀(115)和所述第一排出阀(138)的重量隔离。
23.根据权利要求1所述的脱盐系统(30)，还包括进口集管(112)，所述进口集管(112)在所述第一支撑结构(160)的所述第一上框架(162)和所述第一下框架(166)之间竖向地延伸，其中，所述进口集管(112)由所述第一支撑结构(160)的所述第一下框架(166)直接支撑。
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