海水輸送および海水淡水化ポンプの種類、選択、材質、メンテナンス

海水淡水化は、沿岸都市、工業施設、水ストレス地域に信頼できる淡水源を提供します。すべての逆浸透 (RO) 淡水化プラントの背後には、海水の移送、前処理のサポート、膜供給圧力の生成、および処理水の保管および配水システムへの供給を担うポンプ システムがあります。

ポンプの選択は、プラントのエネルギー消費、動作の信頼性、メンテナンスコスト、淡水生産に直接影響します。海水には塩化物が含まれており、浮遊物質が含まれている可能性があるため、淡水化ポンプは厳しい腐食条件や水圧条件にも耐える必要があります。

このガイドでは、海水淡水化の主な段階、各段階で使用されるポンプ、信頼性の高い機器の選択と保守のための主要なエンジニアリング上の考慮事項について説明します。

 

 

• 1. 海水淡水化プラントはどのように機能するのですか?

最新の海水淡水化プラントのほとんどは、海水逆浸透（SWRO）。このプロセスでは、圧力により海水が半透膜を通過し、ほとんどの溶解塩を保持したまま水を通過させることができます。

一般的な SWRO プロセスには 5 つの段階が含まれます。

海水取水量：原海水は収集され、処理施設に送られます。

前処理:スクリーニング、濾過、その他の処理プロセスにより浮遊固形物が減少し、下流の機器や膜が保護されます。

高圧ポンピング:前処理された海水は加圧されてRO膜システムに供給されます。

膜分離:入ってくる流れは、淡水となる透過水と、除去された塩の大部分を含む濃縮塩水に分けられます。

後処理と配布:透過水は、分配システムに入る前に、再石灰化、pH調整、消毒、およびさらなる調整を受ける可能性があります。

このプロセス全体を通してポンプが稼働しますが、必要な流量、圧力、材料、制御方法は段階によって大きく異なります。

 

• 2. 海水淡水化プラントではどのような種類のポンプが使用されますか?

あらゆる業務に対して 1 つのポンプ タイプを選択することが最善のアプローチであることはほとんどありません。各ポンプは、その特定の油圧要件と動作環境に適合する必要があります。

海水取水ポンプ

吸気システムは一般に、吸気の深さ、高さ、パイプラインの抵抗に応じて、比較的低いまたは中程度の揚程で大きな流量を必要とします。

横型分割ケース両吸込ポンプ多くの高流量水移送用途に適しています。油圧設計は、正しく選択して操作すると、優れた効率と比較的低い軸方向推力を実現します。

垂直タービンまたは斜流ポンプは、深い取水口、湿式井戸、または吸引条件と利用可能なスペースが設計に影響を与える設置に適している場合があります。

選択では、水位の変動、取水口の形状、懸濁物質、水没、正味正味吸込水頭 (NPSH) を考慮する必要があります。

前処理ポンプと低圧移送ポンプ

これらのポンプは、取水システム、濾過システム、膜供給システムの間で海水を移送します。また、フィルターの逆洗やその他の補助操作もサポートする場合があります。

横型遠心ポンプが一般的な選択肢ですが、最終的な選択は必要な流量、圧力損失、流体の品質、運転スケジュールによって異なります。

フィルターの詰まり、パイプラインの制限、空気の侵入により流量が減少し、キャビテーションのリスクが高まる可能性があるため、信頼性の高い吸引条件が特に重要です。

高圧ROフィードポンプ

高圧ポンプは、海水逆浸透プラントで最も重要なコンポーネントの 1 つです。

SWRO システムは通常、約55～80バールただし、実際の要件は海水の塩分、温度、膜の設計、回収率、システム損失によって異なります。

多段遠心ポンプは、多くの産業用 RO 設備で使用されています。プラントの能力や運転条件によっては、特殊な容積式ポンプなどの他の高圧技術も適切な場合があります。

高圧ポンプシステムは電力消費量と生産コストに大きな影響を与えます。したがって、その選択では、定格圧力と流量だけでなく、効率、信頼性、制御範囲、エネルギー回収システムとの互換性も考慮する必要があります。

補助および化学薬品注入ポンプ

追加のポンプ装置は、フィルターの逆洗、膜の洗浄、化学物質の注入、淡水の移送、その他のプラント サービスをサポートします。

たとえば、定量ポンプは、スケール防止剤の注入や pH 調整などの用途に制御された化学薬品の投与を提供します。それらの材料とシール構造は、取り扱う特定の化学物質に適合する必要があります。

これらのポンプは主な供給ポンプよりも小さいことが多いですが、故障すると処理の品質に影響を与えたり、プラントの運転が中断されたりする可能性があります。

 

• 3. 高圧淡水化ポンプの選び方

信頼できる選択プロセスでは、単一の設計点ではなく、オペレーティング システム全体を評価する必要があります。

義務点を定義します。必要な流量、全揚程または吐出圧力、動作範囲、予想される生産能力を確認してください。ポンプの性能曲線に対してデューティポイントを評価し、実用的な場合は最高効率ポイント (BEP) に近い動作を目指します。

吸引条件を評価します。利用可能な NPSH は、ポンプに必要な NPSH に対して適切なマージンを提供する必要があります。吸引圧力が不十分だと、キャビテーション、振動、騒音が発生し、油圧コンポーネントが損傷する可能性があります。

モーターの出力と動作範囲を確認してください。ドライバは、該当する起動条件や動作条件を含む、指定された動作範囲全体にわたって予想される電力需要に対応する必要があります。

流体の特性を評価します。塩分、温度、浮遊物質、溶存ガス、処理化学薬品は、水圧性能、耐食性、部品の寿命に影響を与える可能性があります。

パフォーマンス テストを指定します。関連する工場の受け入れテストでは、適用されるテスト規格および受け入れ基準に基づいて、合意された流量、揚程、出力、および効率の要件を検証する必要があります。

ポンプは定格圧力を満たしていても、非効率に動作したり、意図した範囲外で動作したりすると、プラント全体の運用コストが増加する可能性があります。

 

• 4. 海水淡水化において材料の選択がなぜ重要なのか

海水は、塩化物イオンが孔食や隙間腐食の原因となる可能性があるため、金属部品にとっては困難な流体です。高温、停滞状態、堆積物、不適切な接合部、局所的な化学反応によりリスクが高まる可能性があります。

したがって、材料の選択では、単に材料がステンレス鋼であるかどうかだけでなく、使用環境全体を考慮する必要があります。

304 および 316 ステンレス鋼:特に不利な条件下では、局所的な腐食のリスクがあるため、継続的に海水にさらされる業務には適さない場合があります。

二相ステンレス鋼 (2205 など):多くの用途で強度と耐食性が向上していますが、すべての海水や濃縮塩水の状態に自動的に適しているわけではありません。

2507 などのスーパー二相ステンレス鋼:局所的な腐食に対する耐性が強化されているため、より要求の厳しい海水や高圧ブラインのサービスによく考慮されます。

その他の耐食合金および非金属材料:特に積極的なサービスや特定のコンポーネントに適している可能性があります。

材料要件は、ポンプ ケーシング、インペラ、シャフト、スリーブ、ファスナー、シール、配管インターフェースについて個別に評価する必要があります。濃縮された塩水は、入ってくる海水よりも厳しい腐食条件を課す可能性があります。

材料のグレードだけでは耐用年数を保証するものではありません。鋳造品質、熱処理、表面仕上げ、製造、設置の詳細も腐食性能に影響します。

 

• 5. 淡水化エネルギー消費量を削減するには

エネルギー効率は、ポンプおよび膜システム全体にわたって評価する必要があります。

効率的な動作点を選択します。一般に、ポンプが適切な BEP に近い状態で動作すると、不適切な動作条件に伴う過剰なエネルギー消費や機械的ストレスが回避されます。

油圧システムを最適化します。適切なサイズの配管、適切なバルブ、きれいなフィルター、適切に設計された吸引配置は、不必要な損失を減らすのに役立ちます。

適切な可変速制御を使用してください。流量または圧力の要件が異なる場合、可変周波数ドライブを正しく適用すると効率が向上する可能性があります。それらの利点は、ポンプ曲線、システム曲線、および制御戦略によって異なります。

濃縮塩水からエネルギーを回収します。RO 膜システムを出るブラインは、かなりの水圧を保持しています。エネルギー回収装置 (ERD) は、この圧力エネルギーの一部を流入給水に伝達し、高圧ポンプ システムに必要な仕事を軽減します。エネルギー回収は、プラントの構成と機器の効率に応じて、SWRO のエネルギー消費を大幅に削減できます。

パフォーマンスの傾向を監視します。消費電力の増加、流量の低下、異常な振動、または吐出圧力の変化は、汚れ、摩耗、誤った操作、またはその他の問題が発生していることを示している可能性があります。

購入価格が最低であっても、機器の耐用年数全体にわたってコストが最低になるとは限りません。電力消費、メンテナンス、スペアパーツ、ダウンタイム、信頼性をすべて考慮する必要があります。

 

• 6. 長期的な信頼性を実現するためのメンテナンス方法

多くの淡水化ポンプは継続的に動作するため、定期的な状態監視が不可欠です。

吸気システムを点検します。蓄積した破片を取り除き、過度の詰まりがないかスクリーンとストレーナーを監視します。

振動と温度を監視します。ベアリングの温度、振動、騒音、漏れを追跡して、発生している問題を特定します。

動作パラメータを確認します。測定された流量、圧力、速度、電力を確立されたベースライン値と比較します。

シールと摩耗部品を検査します。漏れ、シール状態、インペラの磨耗、内部クリアランスには特に注意してください。

腐食リスクの管理:局所的な孔食、堆積物、コーティングの劣化、エロージョン・コロージョンの兆候を調査します。

テストとサービスの記録を維持します。傾向データは、段階的なパフォーマンスの低下と突然の動作の変化を区別するのに役立ちます。

メンテナンスの間隔は、メーカーの指示、サービスの重大度、稼働時間、観察された機器の状態に基づいて決定する必要があります。

 

海水の淡水化は、各ポンプが特定の油圧タスクを実行する調整されたポンプ システムに依存しています。取水ポンプは大量の原海水を処理し、前処理ポンプはプロセスの流れを維持し、高圧装置は逆浸透に必要な条件を供給します。

信頼性の高いパフォーマンスを実現するには、十分以上の流量と圧力が必要です。油圧効率、NPSH マージン、材料の適合性、エネルギー回収、製造品質、予防保守はすべて、プラントの長期運転コストに影響を与えます。

プロセス全体を検討し、実際の使用条件に合わせてポンプを選択することで、プラント設計者とオペレータは信頼性を向上させ、エネルギー消費を制御し、信頼できる淡水供給を維持できます。