1 设计背景
某LNG开采、超大型LNG核心工艺模块建造项目管线在安装完成后，需要使用水试压，试压水对氯离子浓度要求较高，较高的氯离子含量会导致试验过程中管道内壁及焊缝等处出现腐蚀，从而影响管道的强度和安全性能。此项目建成后将安装于加拿大北部地区，气候寒冷，对生产LNG核心工艺模块焊接试压要求更高，因此在试压过程中，要求试压水水质达到电导率不大于5μS/cm，氯离子浓度不大于2×10⁻⁶。
因此计划建设一套纯水生产设备，对初次用于试压的自来水进行氯离子过滤，降低试压水中的氯离子浓度，保证管道焊接质量。同时对已经试压后的试压水进行重复过滤使用，减少水资源的利用，节约水资源。
2 设计方案
2.1 确定工艺及技术指标
根据现有设备技术水平，保障水质达标或超过实际项目需求，同时为后续更高要求项目做好铺垫，提升净化能力，防止进行二次升级。系统的配置和设置完全能够满足在进水条件下的要求，以自动、节能、操作简单、环保及安全为原则，并保证系统能长期稳定运行。经过反复对比与调研，确定整体设计方案，工艺流程为：
反渗透出水→中间水箱→二级反渗透→中间水箱→EDI（电去离子）→除盐水箱→除盐水泵→用水点
整个步骤将水质净化至电导率不大于5μS/cm，氯离子浓度不大于2×10⁻⁶。每一级过滤后均设置取水口，用于相应项目的生产试压。由于每一级过滤均会产生废水，减少过滤过程可降低废水产生量，实现节水目标。
2.2 纯水设备原理
2.2.1 沉淀池
安装有沉淀池及500t沉淀后储水池，将项目试压后废水进行沉淀后储存，二次利用。此步骤可除去回收利用水中的悬浮物、固体颗粒等杂质，从而使回收水达到后续微滤过滤水的水质需求（如图1所示）。
2.2.2 微滤
微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。本项目选用微孔过滤膜64支，与PP滤棉保安过滤器组成初级过滤装置，用于水净化的粗滤。
2.2.3 超滤
超滤是以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，利用其不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程，只允许水、无机盐及小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质通过，截留颗粒直径0.002~0.100μm之间。可以保证SDI（污泥密度指数）≤3，浊度≤0.1 NTU。本次设计使用超滤膜14支，选用UF1IA225膜，在25℃、0.1 MPa压力下，纯水通量为7500 L/(m²·h)。
2.2.4 反渗透
反渗透装置包括阻垢剂加药装置、保安过滤器、高压泵、反渗透膜组和反渗透化学清洗系统。反渗透膜是由高分子材料制成的半透膜，其孔径很小（大部分≤10Å），以压力差为推动力，能截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质。反渗透截留颗粒直径小于0.001μm，能有效截留所有的溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。
本次一级反渗透选用LP22-8040膜24支，二级反渗透选用20支。为提高水质和产水pH值，在二级反渗透前加氢氧化钠。反渗透受进水压力、温度、pH值等条件影响，设计中通过安装空调、高效水泵及化学试剂调节优化运行条件。
2.2.5 EDI工艺
EDI工艺采用离子选择性膜和离子交换树脂夹在直流电压下的两个电极之间（阳极(+)和阴极(-)）。在电场作用下，离子发生迁移，从而除去水中的离子；EDI的除盐率高达99.9%以上，可产生电阻率高达18.2 MΩ·cm的纯水。本次设计选用IP-LXM45Z-4模块，每台5t，共4台。
2.3 控制设计
(1) 整套系统采用西门子PLC+HMI，从HMI上能显示整套系统工艺及各工艺参数（流量、液位、电导率等）。
(2) 集中管理、分散控制、资源共享。各控制单元设置就地操作柜和仪表盘，支持本地手动操作与远程全自动控制。自动模式为日常工作主要方式，异常时自动报警停机。
(3) 关键点设置压力开关，实现设备保护功能。系统配备手动/自动两套控制，仪表盘含流量瞬时/累积双显表及电导率表。
EDI增压泵与RO产水箱液位联锁（低液位自动停机）。每个EDI模块配备进口/出口压力表、进水/浓水流量表及产水电导率表（如图2所示）。
表1 不同水处理工艺效果对比
| 工艺环节 | 截留粒径 | 关键功能 | 出水指标示例 |
|---|---|---|---|
| 微滤 | >0.1 μm | 去除悬浮物、细菌 | 浊度≤1 NTU |
| 超滤 | 0.002~0.1 μm | 截留胶体、大分子有机物 | SDI≤3，浊度≤0.1 NTU |
| 反渗透 | <0.001 μm | 脱除溶解盐、小分子有机物 | 脱盐率>98% |
| EDI | 离子级分离 | 深度脱盐，去除离子 | 电阻率≥15 MΩ·cm |
3 节能减排方案
(1) 三级取水口设计：在一级反渗透、二级反渗透和EDI后分别设取水口，按项目需求取用对应净化水，减少过度净化导致的资源浪费。
(2) 废水循环利用：将二级反渗透废水返回一级反渗透二次过滤，EDI废水返回二级反渗透，大幅提升水资源利用率（一级反渗透废水率30%→二次利用后降至15%）。
(3) 废水回收利用：收集系统废水用于场地洒水降尘（年节水约8000t），预计年总节水量达150t。
4 操作便利性
(1) 自动启停：水箱液位变送器联动设备启停（低液位启动，高液位停止），实现一键操作。
(2) 实时监测：关键点设置压力、流量、电导率仪表，减少人工化验工作量，每级出水水质可在线监控。
5 设备后期管理
制定《净水设备操作规程》《维护保养规定》《巡回检查制度》等管理制度，配套《用水申请单》《用水记录表》等表单。对操作人员开展全面培训，覆盖设备操作、维护保养及数据记录。
