反渗透纯水设备配置方案
膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势。除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框式以外，又开发出回转平膜、浸渍平膜式等。工
业上应用最多的是卷式膜，它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场。中空纤维膜在海水淡化应用中仍占有很高的份额。今天
世界上反渗透、纳滤膜水处理装置的能力已达到每天数百万吨。目前世界最大的反渗透苦咸水淡化装置为位于美国亚利桑拿州的日产水量为28
万吨的运河水处理厂，最大的反渗透海水化装置，位于沙特阿拉伯，日产水量为12.8万吨。最大的纳滤脱盐软化装置位于美国佛罗里达州，反渗透纯水设备日
产水量为3.8万吨。
反渗透的原理: 首先要了解“渗透”的概念.渗透是一种物理现象.当两种含有不同盐类的水,如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现,含盐
量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中,而所含的盐分并不渗透,这样,逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止.然而,要完成这一过程需
要很长时间,这一过程也称为渗透压力.但如果在含盐量高的水侧,试加一个压力,其结果也可以使上述渗透停止,这时的压力称为渗透压力.如果
压力再加大,可以使方向相反方向渗透,而盐分剩下.因此,反渗透除盐原理,就是在有盐分的水中(如原水),施以比自然渗透压力更大的压力,使渗
透向相反方向进行,把原水中的水分子压力到膜的另一边,变成洁净的水,从而达到除去水中杂质、盐分的目的.
反渗透纯水设备反渗透，英文为Reverse Osmosis，是花费数亿美元并经过多年的精心研制而成的高科技水处理技术。这种薄膜分离技术，是依靠渗透膜在
压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。渗透是一种物理现象。反渗透就是在有盐份的水中（如原水）施加比自然渗透压力更大的压力
，使水由浓度高的一方渗透到浓度低的一方，把原水肿的水分子压到膜的另一边变成纯净水，而原水中的细微杂质、胶体、有机物、重金属、
细菌、病毒及其他有害物质都统统截留下来并经污水出口排放掉。由于反渗透膜的孔径仅0.0001微米，一个细菌要缩小4000倍，过滤性病毒也
要缩小200倍以上才能通过，所以其有效去除率高达96％以上。
摘 要：给出了供水系统不同配置方案下求解设备的规格、子系统费 用和可靠度的计算方法，提出了规格、费用和可靠度对照表(SCR表)，进而
对给定系统总可靠度时的设备最小费用配置方案及给定系统总预算费用时的设备最可靠配置方案，提供了计算方法和计算示例。
关键词：供水系统；设备；管道；可靠性；最佳配置 反渗透纯水设备
为适应消防、生产和生活需要，人们对供水系统的可靠性提出了越来越高的要求。在确定供水系统组件(设备或管道)的数量和规格及配置
方式时，既要考虑对可靠性的总体要求，又要遵守最小费用原则；另一方面，当预算费用给定时，又要求我们设计出最可靠的配置方案。定量
地分析研究这一过程将会使供水系统的设计与计算更科学、更合理。
1 对供水子系统可靠性的要求
可靠性是指系统连续运转一定时间(t)不发生故障的可能性(概率)，通常用可靠度R(t)作为它的量化指标。有时用在单位时间内系统发生故
障的平均次数(λ)表示系统的可靠性。组件有效工作期内故障率λ是一个常数，它与可靠度的关系为：
R(t)＝ e-λt (1)
供水系统是由水源、取水和净水构筑物、加压泵站和输水管线等许多子系统组成的，若以R( t)代表总系统的可靠度，n代表子系统的总数
，R1、R2、…、Rn分别代表各子系统的可靠度，则有：
R(t)＝R1R2…Rn (2)
由此可见，任一子系统可靠性的明显降低都会导致整个系统可靠性的显著下降。为避免这种情况，在设计时应尽可能使各子系统的可靠度
相等(换句话说，就是要尽可能使各子系统发生故障的平均时间间隔相等)。根据工程的需要，各子系统的可靠度可以有一定的差别，但其乘积
必须满足总可靠度的要求。在计算子系统的可靠度时，首先要考虑工程上的各种特殊情况，例如当水源只有一个时，水源系统的可靠度就很难
改变，就不能按式(2)确定或作为计算的基础。假定R1、R2…、Rk因特殊原因在设计时不能改变或不必改变，其他子系统的可靠度Rk+1、Rk+2、
…、Rn显然应满足系统总可靠度的要求，所以：
显然特殊子系统因在设计时不能改变，所以其费用也是一个固定数，只要可变更的子系统取得最小费用时，总系统必定取得最小费用。
2 单个子系统各参数的初步计算
设子系统是由m个组件并联构成(此处是指物理意义上的并联)，并且假定同类组件的可靠度都相等，则可按组件的可靠度(r)推算子系统的
可靠度(R)。
当所有组件同时工作才能满足总流量要求(即无储备组件)时，根据概率的乘法原理：
R＝rm (6)
为提高系统的可靠度有时必须储备1个或多个组件，它既可以显著提高可靠度又不至于使组 件 的购置费用增加太多。当有(m-1)个组件同
时工作能够满足总流量要求，另有1个组件备用时，根据全概率定理，供水系统的子系统可靠度的计算公式为：
R＝mrm-1-(m-1)rm (7)
式(6)、(7)是计算子系统可靠度的基本公式。
当总系统要求的流量为Q，对于无储备的子系统，单个组件的流量q′必须满足下式：
q′≥Q/m (8)
对于储备1个组件的子系统，单个组件的流量必须满足下式：
q′≥Q/(m-1) (9)
组件的流量是按照组件的规格系列有级排列的，因此应在其规格系列中取满足式(8)、(9)的 最小值作为组件流量的设计值q，并且相应于
该流量的组件规格S也随之确定下来，同时还可以根据组件的价格表确定该规格组件的价格c，再由此推算出该子系统的价格C为：
C＝mc (10)
综上所述，只要给定组件数量m和配置方式，就可以确定该子系统组件的流量q、组件规格S 及该子系统的可靠度R和价格C。至于m可能的取
值范围，m显然是正整数，m值越大，不论子系统有无储备，可靠度都会越来越小。m值还须满足式(6)、(7)的要求，因此必定存在一个 最大值M
，它就是组件数m的最大值。在供水系统中，同一子系统的组件数超过5的情况是极少见的。组件数m越小，子系统的可靠度就越大，但是子系统
的价格却有可能增加，例如2个大组件可能比3个小组件更昂贵。
3 确定组件的最终配置方案 反渗透纯水设备
各子系统的最小费用之和不一定是总系统费用的最小值，这是因为组件的数量和规格是按流 量要求计算设计的，可靠度不一定达到要求；
即使可靠度满足要求，费用昂贵的子系统其可靠度降低少许，可能会导致总系统费用的明显下降，而总系统的可靠度可以由提高价格便宜 的子
系统的可靠度来补偿，费用却有可能增加很少。因此可以把各子系统的最小费用和相应的可靠度作为基础，进行逐步调整。为便于逐步调整，
首先从全部(n个)子系统中排除特殊 子系统(n-N个)，对于剩余可调整配置方式的N个子系统所有可能的组件数m和组件配置方 式及相应的组件
规格S，分别计算出各子系统的可靠度R和价格C(并筛选出最低费用Cimin、与Cimin对应组件的规格SiCmin和子系统的可靠度RiCmin作为初步方
案值)列入表1中，并简称为“SCR表”。SCR表十分重要，因为它把子系统 所有可能的组件配置方案的全部特征一清二楚地排列出来，不仅当可
靠度给定时可以方便地求出费用最小的配置方案，而且当预算给定时可以方便地求出可靠度最高的配置方案，非常清楚实用。
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