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TVC-MED海水淡化装置工艺系统研究与分析

文档作者：邓心壮，李凤夺，田鵬飞，连子如文档来源：中国石化工程建设有限公司		更新日期： 2026年05月09日	点击数：
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2021,38(4) 10~14
石油化工设计
Petrochemical Design
TVC - MED海水淡化装工艺系统研究与分析
邓心壮，李凤夺，田鵬飞，连子如
（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：带蒸汽引射器的低温多效蒸发（TVC - MED）海水淡化装置是目前应用最为广泛的热法海水淡
化技术之一,其装置性能受引射器、蒸发器、回热器等诸多因素的影响。通过建立15效TVC - MED海水
淡化装置工艺系统模型，主要分析在一定条件下海水进料方式、浓盐水和产出水的余热回收利用、引射器
的抽汽位置及动力蒸汽条件等对海水淡化装置性能的影响，为后续工艺系统设计提供理论基础。
关键词：海水淡化 低温多效蒸发 引射器
doi: 10.3969/j. issn. 1005 - 8168.2021.04.003
目前，国际上主流的海水淡化工艺技术分为
热法和膜法两大类。膜法海水淡化主要基于反渗
透和电渗析原理;热法海水淡化主要包括多级闪
蒸（MSF）、多效蒸发（MED）和压气蒸憎（MVC）O
其中,低温多效蒸发（LT - MED）海水淡化技术以
其产品水水质高（TDS<5 mg/L）、结垢腐蚀风险
低（蒸发器操作温度<70七）、动力消耗少、综合
性能高等优点，得到了广泛的应用。热法海水淡
化的热源可以选用热水或蒸汽。
为了进一步降低LT- MED装置的能量损失，
提高造水比,将蒸汽引射器（TVC）引入LT - MED
装置,通过抽取低品位蒸汽循环再利用,提高动力
蒸汽的利用效率。TVC - MED装置的开发利用已
成为未来海水淡化的发展趋势MB。
1 TVC-MED海水淡化工艺流程
传统LT- MED海水淡化工艺是指海水在最
高蒸发温度70戏条件下的多效蒸发海水淡化技
术。其由一系列水平管降膜蒸发器或垂直管降膜
蒸发器串联组成,蒸发器的温度、压力逐效降低;
输入一定量蒸汽,前一效蒸发器产生的二次蒸汽
作为加热蒸汽进入下一效,并凝结成水;通过多次
的蒸发和冷凝，最终得到多倍于加热蒸汽量的蒸
億水，完成海水淡化过程卩7 ；整个装置均在真空
状态下运行。LT - MED海水淡化装置的主要设
备包括低温多效蒸发器、凝汽器、回热器、换热器
等。
蒸汽引射器TVC是利用低压蒸汽为动力，抽
取蒸发器末效或者中间某一效产生的低压二次蒸
汽（也称引射蒸汽）；压缩引射蒸汽使其具有较高
的压力，并与动力蒸汽一起再输送至首效作为加
热蒸汽，从而实现低压蒸汽的重复利用。这不仅
减少了动力蒸汽消耗,提高了装置造水比,也降低
了凝汽器的热负荷,减少了海水用量⑸。TVC的
结构简单，主要包括工作喷嘴、吸收室、混合室和
扩散室，但内部流场复杂,结构尺寸对其性能有着
极大的影响。与TVC性能相关的3个重要参数
是:引射系数（“,引射蒸汽与动力蒸汽的质量流量
比）、膨胀比（E,动力蒸汽与引射蒸汽的压力比）
和压缩比（K,排出蒸汽与引射蒸汽的压力比）。其
中，引射系数是评价TVC工作性能的重要指标。
引射系数越大，表示TVC的抽吸能力越强。
造水比（G0R）是装置产出水量与动力蒸汽量
的比值，是评价TVC - MED海水淡化装置性能的
重要指标。造水比比值越高，表示装置的性能越
好。
收稿日期：2020 -12-09o
作者简介:邓心茹，女,2018年毕业于中国石油大学
（北京）石油与天然气工程专业，工程硕士，工程师，主
要从事油气储运工艺及配管设计工作。联系电话：
010 - 84877733 ； E - mail: dengxinru@ sei. com. cn
基金项目：海水淡化技术及工业应用；中国石油化工
股份有限公司（No：320048）
2021年第4期（第38卷） 邓心茹等.TVC - MED海水淡化装置工艺系统研究与分析• 11 •
2国内外TVC-MED海水淡化的应用
20世纪40年代以来，全球已有160多个国家
及地区开展了海水淡化研究及应用，总产水规模
逾10 500万t/do其中，以色列IDE海水淡化技术
有限公司表现尤为突出。20世纪70年代,IDE公
司在欧美国家获得了以蒸汽为热源的MED海水
淡化专利。50多年来,IDE公司累计在全球40多
个国家建造了 400多个海水淡化水厂，开发并获
得了 120多个海水淡化相关专利,形成了自己独
特的技术优势⑷。其热法海水淡化采用“平流+
逆流”结合的组合流进料方式，中间增设海水泵;
使用光滑铝合金传热管、碳钢蒸发器壳体、特种的
防腐涂层，可减少设备造价、降低腐蚀风险和提高
装置性能。而我国和某些国家大部分海水淡化的
LT-MED装置采用的是钛管和特种不锈钢或铜
鎳合金壳体。
我国海水淡化技术虽起步较晚，但在积极学
习国外的优秀成功经验后发展迅速，现已建成多
个大型海水淡化工程。截至2018年底，全国已建
成海水淡化工程142个，其主要分布在沿海地区,
工程规模达120.2万t/d0应用MED技术的有16
个,海水淡化日产水36. 9万t/d,占总工程规模的
30.72%®。天津北疆电厂是我国最大的LTMED
海水淡化工程，日产淡水量20万t,单机规模
2. 5万t/d,采用以蒸汽为热源的海水淡化工艺技
术，造水比为10.3 ~ 15.0。
3 TVC-MED海水淡化工艺系统研究
本文以蒸汽为热源的15效TVC - MED海水
淡化装置的工艺系统为例，产水规模为2. 5万t/
d,利用Aspen Plus软件建立工艺模型进行模拟,
研究分析海水进料方式、余热回收利用以及TVC
的设置等对装置性能的影响。
3.1海水进料方式研究
3.1.1 4种海水进料方式
根据蒸汽和海水的流动方向，可将LT - MED
海水淡化工艺流程分为4种。1）顺流:蒸汽流动
方向和海水流动方向一致，均由首效向末效流动。
2）逆流:蒸汽流动方向和海水流动方向相反，蒸
汽由首效向末效流动，而海水则由末效向首效流
动。3）平流:海水同时进入各效蒸发器,蒸汽由
首效向末效流动。4）组合流:以上3种方式的灵
活组合。海水进入MED装置的4种进料方式见
图1。注:海水=原料海水+冷却海水;其从凝汽
器出来后就分成两股。
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图1海水进入MED装置的4种进料方式示意（以蒸汽流向为参照流向）
①平流时，从凝汽器出来的进料海水经泵加 进料泵，且设备结构简单、控制方便，在工程建设
压后，直接平行进入各效蒸发器，中间不需要设置 中比较常用。②顺流时，进料海水经泵加压后首
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肋组合流
• 12 • 石油化工设计2021年第4期(第38卷)
先全部进入首效蒸发器，大大增加了海水过冷度
(在一定压力下，温度与饱和温度的差值)，导致蒸
汽用量大幅升高，从而使系统造水比减小。③逆
流时,进料海水首先进入低温效组,再依次进入前
面的高温效组，此工艺路线在首效蒸发器中浓盐
水盐度和温度均为最高，极易发生结垢。此外，顺
流和逆流时,进料海水由后效蒸发器向前效蒸发
器流动的过程，需要由中间进料泵的外加动力完
成输送，致使这两条工艺路线的能耗较高。鉴于
此，很少直接采用顺流或逆流方式,而是采用与平
流结合的组合流进料方式。本文主要针对平流和
不同组合流进料方式进行模拟计算与研究分析。
3.1.2平流与3种组合流工艺路线的分析与比较
图2为不同进料方式下的15效TVC - MED
海水淡化装置动力蒸汽量、造水比和原料海水量
的关系。以3种“平流+逆流”组合流工艺路线为
例进行分析和比较。①组合流(5-5 -5)表示将
15效蒸发器分为3个效组，进料海水依次以平流
的方式进入后面五效、中间五效和前面五效,需设
置2台中间进料泵。②组合流(4-4-4-3)表
示分为4个效组，需设置3台中间进料泵。③组
合流(3 -3 -3 -3 -3)表示分为5个效组，需设置
4台中间进料泵。
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图2动力蒸汽量、造水比和原料海水量与4种进料方式的关系
如图2所示，采用同一蒸发器、引射器装置,
在浓缩比(原料海水量与浓盐水量的比值)、动力
蒸汽参数相同的情况下,平流进料方式与组合流
(3 _3 -3 -3 -3)进料方式消耗的动力蒸汽量和
原料海水量远少于组合流(5 - 5 - 5)、组合流(4 -
4-4-3)方式;此两种工况下的造水比也高于其
他两种工况。图2表明:平流方式优于组合流方
式;且组合流效组数越多，系统所消耗的动力蒸汽
量和原料海水量越少;造水比(产出水量与蒸汽量
之比)越高,经济性越好。
平流方式优势明显的原因是:虽然各效蒸发
器中蒸汽的温度是确定的，效组数越多，各效组进
料海水与蒸汽的温差会减小，更有利于海水与蒸
汽之间的热量传递,在产生二次蒸汽量相同的情
况下所消耗蒸汽量减少;而且“平流+逆流”此3
种组合方式增大了各效蒸发器的进料海水量;与
平流方式相比，降低了其结垢腐蚀风险。但是，平
流进料方式下不需要设置中间动力装置;而组合
流效组数越多、泵动力消耗越大:组合流(5-5 -
5)中间进料泵动力消耗约0.43 MW；组合流(4-
4-4-3)中间进料泵动力消耗约0.63 MW；组合
流(3 _3 - 3 - 3 -3)中间进料泵动力消耗约
0.82 MW。此外,对于整个海水淡化系统而言，因
热量平衡所需要的原料海水量也会随着进入系统
的动力蒸汽热量的减少而减少，因此平流需要的
原料海水量最少。综上所述，比较经济的设计方
案应优先考虑采用平流进料方式。
3.2余热回收利用流程研究
MED海水淡化装置中,蒸发器的蒸发温度和
压力逐效降低。各效产生的浓盐水和淡水，可以
通过U型连通管,在效间压差的作用下，由首效逐
效向末效流动，最后一起排出或直接在末效混合
后排出。由于在U型连通管内存在效间压差，饱
和状态下的浓盐水和淡水会产生二次闪蒸，这部
分蒸汽余热若能被回收利用，将进一步降低装置
的热损耗,提高造水比。
图3为无余热回收及2种余热回收利用情况
下,15效TVC - MED海水淡化装置动力蒸汽量、
2021年第4期（第38卷） 邓心茹等.TVC - MED海水淡化装置工艺系统研究与分析• 13 •
造水比和原料海水量的关系。
由图3可知:增设浓盐水及淡水余热回收后,
系统所消耗动力蒸汽量和原料海水量大幅减少,
造水比也显著提高。
计算过程中还发现，不设置余热回收或仅设
置浓盐水余热回收时，由于蒸发器内的热量未得
到充分有效地利用,各效蒸发器产生的蒸汽量会
逐渐减少，导致末效产生的蒸汽量无法满足引射
器所需要的蒸汽量,使引射器性能大幅降低，从而
也增加了动力蒸汽的消耗量。设置余热回收后,
将浓盐水和淡水闪蒸出的二次蒸汽，引入蒸发器
作为加热蒸汽再次利用，减少了动力蒸汽的消耗
量,提高了系统造水比。此外，浓盐水和淡水从首
效向末效流动的过程中，由于其质量流量累加不
断增大，闪蒸产生的二次蒸汽量也会随之增大。
由此可看出,设置余热回收利用流程能更加充分
地利用浓盐水和淡水的热量。
3.3引射器抽汽位置研究
TVC装置的性能与动力蒸汽压力和引射蒸汽
压力有极大的关系;设计时,需要在顾全系统整体
参数的基础上对其重点关注和仔细考虑。TVC引
射蒸汽既可从末效也可从中间某一效产生的二次
蒸汽中进行抽恥但是从不同的蒸发器中抽汽，意
味着引射蒸汽的压力也不同，导致引射系数也相
应发生变化。图4为TVC在不同的抽汽位置时,
15效TVC - MED海水淡化装置蒸汽量、造水比和
原料海水量之间的关系柱图，同时增加一组无
TVC工况用以对比。
动力^r'Llr
图3动力蒸汽量、造水比和原料海水量与余热回收利用的关系
图4蒸汽量、造水比和原料海水量与TVC抽汽位置的关系
由图4可看出:在产水规模不变的前提下,采
用TVC能显著降低系统所需动力蒸汽量,实现低
压蒸汽的循环再利用，装置造水比由12.4提高至
18-21,原料海水量也大幅降低。抽汽位置越靠
近首效，引射系数越大，消耗的动力蒸汽量和原料
海水量越少。
随着TVC抽汽位置由末效向首效移动，引射
蒸汽的压力逐渐提高,在排出蒸汽压力相同的条
件下，压缩比降低，引射系数也随之增大，因此引
射蒸汽量增加,所需动力蒸汽量减少,造水比不断
增大。直至当引射第8效蒸汽时，第8效产生的
二次蒸汽量已不能满足TVC所需要的引射蒸汽
量。此外，进入凝汽器的蒸汽量随TVC抽汽位置
的前移，会呈现小幅度的下降趋势，为36 ~43 t/h。
综上所述,15效TVC - MED海水淡化装置最佳
TVC抽汽位置为第9效，造水比高达20.9 ；在海水
• 14 • 石油化工设计2021年第4期(第38卷)
取排水温升不超过10 °C的条件下,此时所需要的
海水量最低，约为2 870 t/h；引射器引射系数最
高，达到1.42,设备投资增加。而且，引射器抽汽
位置的确定还需要兼顾考虑回热器设置对整个装
置的影响。因此，只有对整个海水淡化系统进行
全面的技术经济比较后，才能选出最适合的TVC
抽汽位置。
3.4引射器动力蒸汽条件的影响研究
动力蒸汽压力的变化同样会影响TVC的性
能。图5为TVC在不同的动力蒸汽条件时的15
效TVC - MED海水淡化装置蒸汽量、造水比和原
料海水量的关系。
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图5动力蒸汽量、造水比和原料海水量与动力蒸汽条件的关系
由图5可看出:随着动力蒸汽温度、压力的降
低，系统所消耗的动力蒸汽量出现小幅增长,原料
海水量升高，造水比和引射系数也随之减小。
这是因为动力蒸汽温度、压力的降低，在引射
蒸汽温度、压力、排出蒸汽压力不变的情况下,TVC
的膨胀比减小，引射系数便会下降，引射蒸汽量减
少，必然需要消耗更多的动力蒸汽,才能使首效进
料海水产生的二次蒸汽量不变,从而确保产水规
模不变。而为维持整个系统能量平衡，动力蒸汽
量的增加进而会导致原料海水量增加、造水比减
小。因此,对于整个海水淡化系统来说，动力蒸汽
的温度、压力越高越好，此时TVC存在最优结构尺
寸参数。在装置运行过程中，为解决工况运行变
化使其效率降低的问题,可以采用可调节式的
TVC,使引射系数保持较高值。
4结语
通过建立以蒸汽为热源的15效TVC - MED
海水淡化工艺系统模型，分析研究了在一定条件
下海水进料方式、余热回收利用、引射器抽汽位置
及动力蒸汽条件等对海水淡化装置性能的影响,
得出如下主要结论：
1) TVC- MED海水淡化装置应优先采用平
流海水进料方式，不仅能达到较高的造水比，减少
动力蒸汽及原料海水用量,还无需设置中间进料
泵，使得系统能耗大幅降低。
2) 增设浓盐水及淡水二次闪蒸，能有效降低
热损耗,显著提高海水淡化装置的造水比,减少动
力蒸汽及原料海水用量。
3) 将TVC引入MED海水淡化装置中，可大
幅度地提高装置造水比,而蒸发器效间不同的抽
汽位置决定了 TVC引射蒸汽的压力，从而决定了
TVC的引射系数。抽汽位置越靠近首效，所需要
的动力蒸汽及原料海水用量逐渐减少，装置的造
水比不断增大。TVC最佳抽汽位置应结合设备、
占地、运行等多方面技术经济比选而最终确定。
4) 生产运行中,应尽可能提高动力蒸汽的温
度、压力，采用可调节式TVC以适应工况改变。
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PETROCHEMICAL DESIGN
Started Publication in 1984. Quarterly. 25 Nov. 2021 Vol. 38 No. 4 ・ I ・
ABSTRACTS
PROBLEMS IN 690 V VOLTAGE SYSTEM IN REFINERIES AND THE COUNTERMEASURESEI]
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