نظام تحلية المياه البحرية للأسمتوز العكسي للسفن

دراسة حالة: تركيب نظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي على متن "هايجونج 101"

أولاً: نظرة عامة على المشروع

"هايجونج 101" هي سفينة هندسة بحرية تستخدم بشكل أساسي لإعادة إمداد المنصات البحرية، وبناء الهندسة الساحلية، وعمليات الإنقاذ في حالات الطوارئ، وتعمل لفترات طويلة في كل من المناطق البحرية والساحلية. اعتمد إمداد المياه العذبة الأصلي للسفينة على إعادة الإمداد من الشاطئ والمياه العذبة المنقولة بالسفن، مما أدى إلى دورات إعادة إمداد طويلة وتكاليف مرتفعة وإمدادات غير مستقرة. خاصة أثناء العمليات المستمرة في المحيط المفتوح، أدت نقص المياه العذبة إلى تقييد شديد لوقت التشغيل وظروف معيشة الأفراد. لحل مشكلة الاكتفاء الذاتي من المياه العذبة، قرر فريق المشروع تركيب نظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي لتحقيق إنتاج مياه مستقل في البحر، وضمان احتياجات الاستخدام التشغيلي والمنزلي للمياه.

ثانياً: اختيار النظام وتصميمه

1. اختيار التكنولوجيا

بالنظر إلى خصائص سيناريوهات الهندسة البحرية، مثل الملوحة العالية، والرطوبة العالية، والرياح والأمواج المتكررة، والمساحة المدمجة، ومحدودية إمدادات الطاقة، تم اختيار تقنية تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي من الدرجة البحرية (RO). هذه التقنية هي عملية تحلية فيزيائية بحتة، تتميز بمزايا مثل المساحة الصغيرة، واستهلاك الطاقة المنخفض، والبدء السريع، والأتمتة العالية، وجودة المياه المستقرة. يمكنها التكيف مع البيئة المضطربة للمحيط، والمياه المنتجة تلبي مباشرة معايير مياه الشرب.

2. تصميم المعلمات الأساسية

- سعة الإنتاج: 200 متر مكعب/يوم، تلبي احتياجات الشرب والصرف الصحي والمياه التشغيلية الصغيرة لـ 80-100 شخص على متن السفينة يوميًا.

- مسار العملية: مأخذ مياه البحر → المعالجة المسبقة (ترشيح متعدد الوسائط + ترشيح دقيق + ترشيح أمان) → التناضح العكسي للمرحلة الأولى → المعالجة اللاحقة (تعديل الأس الهيدروجيني، التمعدن، التطهير) → تخزين المياه العذبة.

- التكوين الأساسي: يستخدم أغشية تناضح عكسي حلزونية مستوردة ذات معدل تحلية عالي، ومضخات ضغط عالٍ مع أجهزة استعادة الطاقة، ونظام تحكم ذكي PLC مع وظائف البدء/الإيقاف التلقائي، وإنذار الأعطال، وحماية التنظيف.

- متطلبات المواد: الأنابيب والخزانات مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L والمواد المركبة المقاومة للتآكل، وهي مناسبة للبيئة المسببة للتآكل لرذاذ الملح العالي في المحيط.

ثالثاً: تحديات تركيب وبناء النظام

1. **تحسين تخطيط المساحة:** نظرًا للمساحة المحدودة على أسطح السفن وفي المقصورات، تم اعتماد تصميم متكامل معياري. تم دمج الوحدات الخمس الرئيسية - المعالجة المسبقة، والتناضح العكسي، والتحكم، والجرعات الكيميائية، والتنظيف - في وحدتين مثبتتين على زلاجات، مرتبة بشكل مدمج في مقصورة مخصصة على سطح المؤخرة، مما يقلل من مساحة الأرض ويسهل التركيب والصيانة.

2. **مقاومة الاهتزاز والتركيب المستقر:** لمعالجة تحديات الملاحة المضطربة وعمليات التأرجح، تم تعزيز قاعدة المعدات بدعامات عالية القوة تمتص الصدمات وهيكل قاع السفينة. تمت إضافة وصلات مرنة ودعامات مضادة للتأرجح إلى الأنابيب لضمان التشغيل المستقر في ظروف الانحراف ±15° والانحدار ±10°.

3. **مأخذ مياه البحر والمعالجة المسبقة:** يتم استخدام مأخذ مياه بحر منخفض المستوى، مزود برفاص دوار ومرشح دوار لاعتراض الحطام والطحالب في مياه البحر. تتضمن المعالجة المسبقة إضافة مواد تخثر ومثبطات ترسبات ومبيدات بكتيرية لإزالة المواد الصلبة العالقة والغرويات، ومنع تلوث الأغشية وترسب القشور.

4. التكيف مع الكهرباء والأتمتة
يتم توصيل النظام بشبكة الطاقة البحرية ذات الجهد المنخفض، وهو مزود بمصدر طاقة منظم مخصص ودائرة طوارئ؛ يتيح نظام التحكم PLC البدء/الإيقاف بزر واحد، وإنتاج المياه التلقائي، ومراقبة جودة المياه عبر الإنترنت، والتنظيف التلقائي، والتشغيل غير المراقب.

رابعاً: تشغيل النظام ونتائجه

1. تدفق العملية

1. تدخل مياه البحر إلى نظام المعالجة المسبقة عبر مضخة السحب، مروراً بمرشح متعدد الوسائط ومرشح أمان 5 ميكرومتر لإزالة الشوائب.

2. يتم ضغط مياه البحر المعالجة مسبقًا إلى 5.5-7.0 ميجا باسكال بواسطة مضخة ضغط عالٍ وتدخل إلى وحدة غشاء التناضح العكسي. تتخلل جزيئات الماء عبر الغشاء لتكوين مياه عذبة، بينما يتم الاحتفاظ بالملح والشوائب كمركز ويتم تصريفها.

3. تخضع المياه المتخللة لتعديل الأس الهيدروجيني والتمعدن والتطهير بالأشعة فوق البنفسجية قبل إرسالها إلى خزان المياه العذبة للتخزين.

4. تتم معالجة المركز بواسطة جهاز استعادة الطاقة لاستعادة الطاقة المتبقية، مما يقلل من استهلاك طاقة النظام.

2. مؤشرات التشغيل

- معدل التحلية: ≥98.5%

- موصلية مياه المنتج: ≤20 ميكروسيمنز/سم، تلبي "معايير جودة مياه الشرب"

- استهلاك الكهرباء لكل طن من الماء: ≤3.5 كيلوواط ساعة/م³ (مع استعادة الطاقة)

- معدل استعادة النظام: ≥40%

- التشغيل المستمر: إنتاج مياه مستقر لمدة 24 ساعة، دورة صيانة واحدة ≥30 يومًا

3. فوائد التطبيق

- الاكتفاء الذاتي: يلغي تمامًا الاعتماد على إعادة تعبئة المياه العذبة، مما يمدد وقت التشغيل البحري من 7 أيام إلى أكثر من 30 يومًا.

- خفض التكاليف: تكلفة الطن من المياه حوالي 9 يوان، أقل بكثير من تكلفة المياه العذبة المنقولة بالسفن (25-35 يوان/م³)، مما يوفر وفورات سنوية تزيد عن 1.5 مليون يوان.

- مرن وفعال: ينتج مياه عذبة مؤهلة في غضون 30 دقيقة من بدء التشغيل، وينتج مياه عذبة عند الطلب، وقابل للتكيف مع مناطق بحرية متعددة وظروف تشغيل متغيرة.

- صديق للبيئة وموثوق: عملية فيزيائية بدون تلوث كيميائي، مياه الصرف المركز تلبي معايير التصريف، معدل فشل نظام منخفض، وصيانة سهلة.

خامساً: ملخص المشروع وقيمته

يوفر التركيب والتطبيق الناجح لنظام تحلية مياه البحر بالتناضح العكسي HaiGong 101 حلاً ناضجًا للاكتفاء الذاتي من المياه العذبة لسفن الهندسة البحرية. من خلال التصميم المعياري، والتكيف من الدرجة البحرية، والتحكم التلقائي الذكي، وتحسين توفير الطاقة، عالج المشروع نقاط الألم الأساسية في سيناريوهات الهندسة البحرية، بما في ذلك قيود المساحة، وظروف التشغيل، واستهلاك الطاقة، وجودة المياه.

تؤكد دراسة الحالة هذه قابلية تطبيق وجدوى تقنية التناضح العكسي الاقتصادية في مجال الهندسة البحرية، وتوفر نموذجًا قابلاً للتكرار لتعديل إمدادات المياه العذبة للسفن المماثلة، ومنصات الحفر، والمرافق البحرية. إنه يعزز بشكل فعال قدرة التشغيل المستمر بعيد المدى ومستوى الدعم لمعدات الهندسة البحرية في بلدي.