核电厂海水淡化系统V型滤池改造方案浅析

摘要：国内海水淡化预处理过滤工艺应用比较普遍的是砂滤，但也有部分项目开始使用滤速更高的纤维束滤料。砂滤稳定可靠、应用广泛，但纤维束滤料滤速高、占地面积小。文章通过某核电厂V型滤池由纤维束滤料改造为砂滤的方案，阐述了砂滤与纤维束滤料各自的特点，对比了两种过滤方式的运行维护成本及改造费用。

关键词：核电厂；海水淡化系统；V型滤池；砂滤；纤维束滤料 文献标识码：A

中图分类号：TU991 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 概述

由于近年来受到淡水资源短缺的制约，目前国内启动建设的核电项目均采用海水淡化系统生产淡水作为除盐水处理系统的原水。虽然海水淡化在国内应用已比较普遍，但在核电项目上的应用还处于初级阶段，如何在系统设计上保证良好水质供应成为目前海水淡化系统设计上重点探讨和摸索的事项。整个海水淡化系统分为三部分：原水预处理、海水膜淡化处理和污泥浓缩脱水处理。工艺流程图见图1。其中原水处理系统在整个处理工艺中起着非常重要的作用，产水将直接作为海水淡化和除盐水制备的水源，特别是其中的V型滤池也是整个预处理的核心。V型滤池到底应该沿用传统砂滤工艺还是应用新的纤维束滤料工艺成为选择的难点，传统工艺安全、可靠，但无法结合项目特点实现更加优越的性能突破，新工艺理论上能够实现更加优化的设计，但由于没有实践支持，在选择上还是应慎重考虑。下面以某核电厂海水淡化系统V型滤池改造项目对原水预处理阶段高效纤维滤料和传统砂滤进行对比分析。

2 原设计方案及存在的风险

2.1 原设计工艺流程介绍

原水预处理系统将取自循环水系统的海水经反应沉淀池澄清，去除大的固体悬浮杂质后，其产水至V型滤池，去除小的颗粒杂质。整个过滤工艺包括过滤、反洗和正洗三个步骤，其中冲洗的目的是为了恢复滤池的过滤能力。在原始设计阶段，由于考虑到施工现场用地面积紧张，因此为保证出水水质，提高单位面积出水负荷，V型滤池采用能够有效减少滤池占地面积的高效纤维滤料。V型滤池处理来自混凝反应沉淀后的海水，经过混凝反应沉淀处理后浊度≤5NTU，自流入V型滤池，处理后的海水浊度控制在≤2NTU，总处理能力约1000m3/h。共计3个滤池，2用1备，另外规划1个滤池供后续工程使用，每座滤池产水能力为436m3/h。每座滤池的过滤面积为32m2，过滤区的尺寸为2×2.04m×8.04m。V型滤池过滤区剖面图见图2。

主要设计参数如下：

设计滤速：10.42m/h

强制滤速：15.63m/h

水冲强度：6L/m2·s

气冲强度：28～30L/m2·s

2.2 高效纤维束滤料介绍

目前市场上主要应用的高效纤维束滤料包括旋翼式滤料、彗星式滤料，长纤维束滤料。其中旋翼式滤料和彗星式滤料属于短纤维束滤料。彗星式滤料滤核在纤维束一端，纤维束稍长。核在滤料的中上部，容易形成滤床，滤速高。日常维护可以由业主自行清洗，也可以选择厂家专业人员清洗。旋翼式滤料在彗星式滤料的基础上进行改进，采用旋翼式滤核，基本消除了抱团现象。旋翼核在滤料中间，相对灵活的短纤维会让水搅拌的更彻底，避免了滤料相互缠绕打结，使滤料清洗更充分。这种短纤维束滤料也是V型滤池在原设计方案中采用的滤料形式，其特有的优势是其他传统滤料无法实现的，如滤速高、占地面积小、节省土建费用。

长纤维束滤料与上述两种滤料形式有很大差别，滤料采用长纤维束制造而成，单个体积较大，长约1.2m，不易掉毛，滤料上面有纤维束调整机构，是钢结构装置。滤料形式与短纤维滤料差别较大，不可互换，若更换为长纤维束滤料，土建有较大改动，增加预埋件，并需增加钢制滤梁，且气洗强度是原设计的2倍，对风机选型有影响。

2.3 改造前存在的风险

纤维束滤料在很多方面存在优势是不可否认的，对于采用纤维束是否存在使用上的问题并没有调研到具体的实践案例，但根据短纤维束滤料的实际形态及运维情况存在一些担忧，因此该电厂从保守的角度出发进行了滤池改造。也就是说此次滤池改造是在没有产生实质的问题的情况下而进行的改造，此次改造也是考虑到核电的特殊性，安全第一，而采取的一种保守性改造。短纤维束滤料可能存在的问题如下：（1）纤维束滤料工艺尚未在核电有过应用，国内应用的项目有限，无法取得第一手情况信息，存在一定的不确定因素；（2）纤维束滤料在未浸泡水中时存在掉毛的现象，在实际使用时浸泡在水中是否脱毛由于没有调研到具体项目而无法验证，有阻塞下游的超滤膜的可能，而且这种纤维毛如阻塞超滤膜则通过反洗的形式也很难去除，对出水水质影响较大；（3）后期运行成本高，纤维束滤料需要定期化学清洗，并且可能需要厂家专业人员协助，在运行一定年限后需要整体更换，费用较高。

3 V型滤池改造方案

3.1 改造后滤池工艺参数

为保证后续V型滤池稳定运行，优先考虑传统过滤工艺——砂滤。另外参考《室外给水设计规范》GB50013-2006，滤速及滤料组成参见表1：

当滤池采用大阻力配水系统时，参考《室外给水设计规范》GB50013-2006，其承托层宜按表2选择。

结合表2和表3的各项参数，考虑到双层滤砂、三层滤砂等工艺在反洗过程中引起滤料混层，因此最终改造方案滤料确定采用单层细砂滤料，承托层采用2～4mm的砾石。

3.2 滤料参数

滤料由高效纤维束改为均质石英砂，滤料粒径0.9～1.2mm，滤料层高1.2m，承托层粒径2～4mm粗砂，层高100mm。

改造后滤池主要技术参数设计如下：

每座滤池设计出力：300m3/h

设计原水悬浮物含量：10mg/L

设计出水悬浮物含量：≤10mg/L

设计滤速：10m/h

强制滤速：15m/h

水冲强度：7L/m2·s

气冲强度：16L/m2·s

超滤反洗时间：

气冲：冲洗时间2分钟

气水冲：冲洗时间4分钟

水冲：冲洗时间6～8分钟

反冲洗过程伴随表面冲洗

反洗水泵：Q=750m3/h，H=11m，N=45kW，2台（1用1备）

反洗风机：Q=33.5m3/min，P=50kPa，N=45kW，2台（1用1备）

原反洗风机：Q=56.6m3/min，P=49kPa，N=75kW，2台（1用1备）

原风机流量过大需更换

改造后由于滤池处理能力减少，原来采用高效纤维滤池2用1备总的出水量为2*436=872m3/h，在不改变滤池面积的情况下采用砂率单个滤池出水量为9*32=288m3/h，3个滤池全部利用总出水量为864m3/h，基本可满足本期工程需求，但无备用，因此最终确定在不改变滤池面积的情况下采用单层砂率，备用滤池在后续扩建工程考虑。

另外改为单层滤砂后，气冲洗强度较纤维滤料降低，因此改造将原采购的气洗风机更换为强度更小的风机方能与更改后的砂率工艺匹配。

4 改造前后对比

系统改造后，在设计上采用了更加保守的砂率设计，保守意味着稳妥。高效纤维滤池有其固有的优点，但由于尚未在核电项目有过应用，不知道一些潜在的风险是否会发生，但核电安全第一，不能存在侥幸的心理，因此最终还是选择了砂率滤池。

4.1 性能参数对比

对于砂率和纤维束滤料率参数对比如表3所示：

4.2 改造经济效益分析

滤池改造的经济效益主要包括四方面，分别是设备变更费、土建费、运行成本、滤料更换成本。分析

如下：

4.2.1 改造设备费：由于改造后纤维束滤料改为砂率，同时反冲洗风机风量调整，滤池管道调整，由于原方案的滤池设备尚未到货，因此修改订单后约增加费用50万。

4.2.2 土建费用：这部分可能是整个改造过程中费用开支最大的部分，虽然本期工程并未涉及土建的扩建改造，但由于原计划2用1备的滤池在改造后变成3个滤池全部运行而无备用，因此在后续工程需要考虑扩建，这部分扩建设计方案尚未启动，因此暂无法估计

费用。

4.2.3 运行费用：纤维束滤料根据水质情况2～3年需要化学清洗，必须由厂家专业人员清洗，滤料清洗费用总计约为15万元（1500元/m3，滤池总面积为96m3）。石英砂运行维护费用较低，如出现滤速及水质下降，适当更换部分石英砂即可。

4.2.4 更换周期：纤维束滤料运行10年后需要更换滤料，每次更换费用预计200万，石英砂价格较便宜，只需考虑反洗碎石及流失的部分，这部分价格基本可忽略不计。

由此可见，此次改造后除了前期投入改造费用投入约50万，后期砂率的运行成本会大大降低，每年节省约25万的费用，整个滤池的运行及维护成本降低，工作也相对有所简化。

5 结语

海水淡化系统在核电站起着至关重要的作用，此次改造相当于是一次预防性改造，避免等问题出现时再进行处理对核电厂的不利影响。通过改造分析可见，单独针对本期工程改造实际发生费用并不多，而且改造后的运行维护成本降低，从长远的角度来看是取得了一定的经济效益。换而言之，如果出现问题后再进行改造，设计、土建、设备等都需做大的调整，对机组运行也会产生很不利的影响，损失是无法估计的。因此此次预防性改造时值得的。在核电厂应时刻保持质疑的工作态度，不能存在侥幸心理，不给机组运行留下“隐患”。

参考文献

[1] 青岛双瑞有限公司.高效纤维滤池工艺设计说明[S].

[2] 上海市建设和交通委员会.室外给水设计规范（GB50013-2006）[S].

作者简介：李秀丽（1983-），女，吉林长春人，三门核电有限公司工程师，研究方向：设备采购。

（责任编辑：秦逊玉）