[发明专利]调控梯级加压海水淡化系统元件通量均衡程度的方法

摘要

本发明提供一种调控梯级加压海水淡化系统元件通量均衡程度的方法，它在梯级加压海水淡化系统结构的基础上，针对梯级增压泵的叶轮外径，通过计算在不同运行工况、不同增压位置处梯级泵叶轮外径的切削量，运用离心泵电机变频辅助调节，达到系统元件通量成线性分布及元件通量斜率可控。本发明效果是采用对系统中的梯级增压离心泵叶轮外径切削及电机调频的方式，达到调控各元件通量的目的。应用本发明可有效解决梯级加压海水淡化系统通量失衡及元件通量均衡程度不可控的问题，有利于反渗透海水淡化系统通量均衡最优化研究，对反渗透海水淡化系统的发展起到促进作用。

主权项

一种调控梯级加压海水淡化系统元件通量均衡程度的方法，其特征是：本发明是在梯级加压海水淡化系统结构的基础上，针对梯级增压泵的叶轮(8)外径，通过计算在不同运行工况、不同增压位置处梯级泵叶轮外径的切削量，运用离心泵电机(10)变频辅助调节，以达到系统元件通量成线性分布及元件通量斜率可控的目的；该方法包括有以下步骤：1)根据设定的系统总产水量与单支元件膜面积，运用关系式：求解系统总通量；式中：J为系统总通量，[L/(m2·h)]；Qp为设定系统总产水量，[m3/d]；S为单支膜面积，m2；2)根据设定的梯级加压海水淡化系统通量斜率k为‑2.5到0之间任意值，在此范围内通过斜率k与系统总通量J求解各支元件通量j，计算关系式为：与j(i)＝j(1)+(i‑1)×k，再通过j(i)与单支膜面积S计算各支膜元件产水量Qp(i)；式中：j(i)为第i支元件通量，i为元件位置，L为系统流程长度；3)通过反渗透膜元件离散方程：计算得到各膜元件进水压力与膜压降；式中：Qp[m3/d]为产水流量，cp[g/l]为产水含盐量，ΔPm[MPa]为膜压降，A[m3/d·MPa]为透水系数，B[m3/d]为透盐系数，K(k1，k2，k3)为压降系数，Te[℃]为给水温度，Cf[g/l]为给水含盐量，Qf[m^3/d]为给水流量，Pf[MPa]为进水压力，Qf0[m3/d]为给浓水平均流量，πf[MPa]为给水渗透压，β为膜表面的浓差极化度；4)依据上述各膜元件进水压力Pf[MPa]与膜压降∧Pm[MPa]，根据公式Pc(i)＝Pf(i)‑ΔPm(i)与P(i)＝Pf(i)‑Pc(i‑1)求得各增压位置处离心泵(5)增压值；式中：进水压力Pf[MPa]、与膜压降ΔPm[MPa]、浓水压力Pc、离心泵增压值P，其中i为膜元件位置；梯级加压从第二支膜元件开始增压；5)已知各增压位置处的流量与增压值，即点(Q，H)；运用离心泵特性曲线关系式：H＝A1+A2×Q+A3×Q2求解各离心泵增压位置的实际增压值P’；在各增压位置切削量计算过程中，当梯级离心泵所提供的扬程小于计算离心泵增压值要求时，即P′＜P,则在该增压位置保留原有大叶轮(8)，逐个增加小叶轮来增加该增压位置处的离心泵扬程，直至提供扬程大于计算增压值，并得到其增加小叶轮数量，再计算出增加小叶轮后大叶轮所承担的增压值，然后对大叶轮(8)进行切削量计算；当梯级离心泵原有大叶轮(8)所提供的扬程大于计算离心泵增压值时，即P′＞P,则直接对大叶轮(8)进行切削量计算；大叶轮切削量计算过程为，已知大叶轮直径DB，及各增压位置大叶轮切削后所对应的流量与扬程，即点A(QA，HA)；运用式求解切削系数KA；在各增压位置处，运用离心泵切削率关系式：H＝KA×Q2与离心泵特性曲线关系式：H＝A1+A2×Q+A3×Q2联立求解求出在离心泵特性曲线上点B(QB，HB)为满足其切削率要求的点A(QA，HA)的对应点，在通过公式及公式计算得出各大叶轮(8)的切削量；各式中Q、H分别为流量和扬程，A1、A2、A3分别为离心泵特性曲线的常数项系数、一次项系数、二次项系数；叶轮切削前各增压位置的离心泵特性曲线均为H＝A1+A2×Q+A3×Q2；且在不同的设计工况下，所选用的梯级离心泵型号不同，但其特性曲线关系式均为：H＝A1+A2×Q+A3×Q2，仅是各项系数不同；6)若梯级加压海水淡化系统中叶轮切削量超过切削限量，则采用对离心泵电机(10)进行变频调节，依据离心泵流量、扬程与转速关系式与原离心泵流量扬程特性曲线关系式，求解梯级泵变频后特性曲线II’＝A4+A5×Q’+A6×Q’2，然后重新从步骤5开始计算各增压位置切削量；其中Q、H相应为电机转数为n时的流量和扬程；Q’、H’相应为电机转数为n’的流量和扬程；A4、A5、A6分别为离心泵特性曲线的常数项系数、一次项系数、二次项系数；经上述过程，计算出梯级增压离心泵在设计系统通量斜率条件下的各叶轮(8)的切削量，并使系统的通量分布沿流程成线性分布，实际的系统通量斜率与设计的系统通量斜率相同，使梯级加压海水淡化系统元件通量均衡程度可控。