【反渗透篇】一文带你了解如何选型“海水反渗透高压泵”（一）

来源:RO膜法师 | 作者:RO膜法师 | 更新时间 :2025-09-09 15:01:30 | 12 次浏览 | 分享到:

作为海水反渗透系统的动力核心，反渗透高压泵为系统克服海水渗透压、膜组件污堵、管道损失等，提供足够的水头压力，以保证系统达到设计产水量和脱盐率的要求。

反渗透海水淡化系统的能耗指标主要取决于高压泵和能量回收装置的效率。在反渗透海水淡化系统中，电费占造水成本的1/2~2/3，高压泵是主要耗能设备，其电耗约占系统运行费用的35%以上，是影响产品水成本的主要因素之一。

海水淡化用高压泵选型需要考虑的因素较多，如运行效率、可靠性、品质、噪声、振动以及价格等，但最重要的考虑因素是产品的可靠性和效率。

目前，海水反渗透高压泵主要有两种形式，分别是柱塞式高压泵和多级离心式高压泵。

一、选型导则

依据 HY/T 074《反渗透海水淡化工程设计规范》的7.3.1条，高压泵结构选择推荐：

流程范围	泵型
水泵设计流量低于 40 m³/h的系统	宜采用柱塞式高压泵
水泵设计流量为 40~800m³/h的系统	宜采用节段式多级导叶式高压离心泵
水泵设计流量大于800m³/h的系统	宜采用水平中开式多级蜗壳式高压离心泵

二、水泵介绍

1、柱塞式高压泵

工作原理	属于容积式泵，其工作原理是通过容积的周期性变化来吸入和排出液体，从而形成高压。吸入过程：电机驱动曲轴旋转，通过连杆带动柱塞在泵腔内向后移动。此时泵腔容积增大，内部压力降低。在压差作用下，进口阀打开，出口阀关闭，经过预处理的海水被吸入泵腔。排出过程：曲轴继续旋转，推动柱塞向前移动，泵腔容积减小。腔内海水被压缩，压力急剧升高。当压力超过出口管道压力时，进口阀关闭，出口阀被顶开，高压海水被强行排出，送入反渗透膜组件。循环往复：多个柱塞（通常为3、5、7等奇数个）在曲轴的带动下交替进行吸水和排水过程，使得出口流量和压力更加平稳连续。
结构特点	出口压力极高：轻松满足反渗透膜对60-80 bar甚至更高工作压力的要求。压力由系统的背压（即反渗透膜的阻力）决定，泵本身可提供远超所需的最大压力，因此需要配套泄压保护装置。流量恒定：作为容积式泵，在转速一定时，其理论流量是固定不变的，与出口压力无关。非常符合RO系统稳定产水的要求。容积效率高：在额定工况下，机械效率和容积效率都很高，尤其是在高压工况下，效率远高于离心泵，可有效降低系统运行能耗。易于调节：可通过变频调速或液压驱动来改变柱塞的往复次数，从而线性地调节流量。变频调节是当前最主流和节能的方式。可输送高盐度、高腐蚀性海水：过流部件（柱塞、密封、阀组、泵头体等）采用超级双相不锈钢、哈氏合金、陶瓷等高级耐腐蚀、耐冲刷材料制造。
优点	出口压力极高且稳定，非常适合于RO工艺。效率高，可达90%~94%，尤其在高压下节能优势明显，降低吨水能耗。运行能耗低，全生命周期成本（LCC）可能更具优势。
缺点	对吸入液体的固体颗粒物敏感，要求前置预处理严格，防止磨损。结构复杂，零部件多，初次投资成本较高。易损件较多，如填料密封或机械密封、进出口阀组等，需要定期维护和更换，维护成本和技术要求较高。行噪音和振动较大，对基础固定要求高。
代表厂家	径向柱塞泵：美国CAT泵、德国SPECK泵。轴向柱塞泵：丹麦DANFOSS的APP泵。
实物照片

2、节段式多级导叶式高压离心泵

工作原理	属于离心泵的一种，是反渗透（SWRO）海水淡化系统中高压泵的另一种重要选择，尤其常见于大型和超大型的项目。其核心原理是通过多个叶轮串联工作，逐级提高水的压力。 “节段式” 指的是泵壳由多个中段（每个中段包含一组叶轮和导叶）通过穿杠螺栓压紧而成，级数可以灵活增减以适应不同的压力需求。动能增加：预处理后的海水进入泵的首级叶轮。高速旋转的叶轮对水做功，使其获得很高的动能（速度）。动能转化为压力能（一级）：高速水流进入包裹在叶轮外的固定导叶。导叶的流道设计为扩散形，能够有效地将水的动能转换为压力能，并平稳地引导水流进入下一级叶轮的入口。逐级增压：水流被导入第二级叶轮，再次获得动能，并通过第二级导叶再次转化为更高的压力能。此过程重复进行，每一级叶轮-导叶组合都使水的压力显著增加一级。高压输出：经过所有级数的增压后，水流在末级导叶汇集，通过泵壳上的出口流出，达到反渗透膜所需的高压（通常为5.5-8.0 MPa）。
结构特点	多级增压：压力是逐级累加的，单个叶轮只需承担总压差的一部分，使得单泵能达到非常高的出口压力。流量大且连续平稳：作为离心泵，其输出流量是连续且无脉动的，对反渗透膜的冲击很小。高效区明确：在额定工况点附近运行效率很高（通常可达80%-85%以上）。但高效区相对较窄，偏离最佳工况点时效率下降较快。结构紧凑：通过多个叶轮串联在同一根轴上，实现了在较小空间内达到高压的目标。径向剖分：泵壳是节段式结构，维修时需整体拆卸，不如中开泵方便。调节方式多样：主要通过出口阀门调节（简单但节流损失大，不节能）或变频调速（节能，是主流方式）来改变工况点。耐海水腐蚀：过流部件（叶轮、导叶、泵壳、轴套等）必须采用超级双相不锈钢、2507双相钢、钛合金等高级耐氯离子腐蚀的材料。轴封系统要求极高：通常采用集装式机械密封，并需要配备plan 53B等形式的外冲洗系统，引入洁净、高压的缓冲液（通常是淡化后的产品水）来冷却和润滑密封面，防止海水泄漏和盐分结晶损坏密封。
优点	流量大且均匀无脉动，运行非常平稳，对管网和膜系统友好。噪音和振动通常低于柱塞泵。维护工作量相对较小，没有像柱塞泵阀组、密封那么多需要频繁更换的易损件。可靠性高，平均故障间隔时间（MTBF）长，适合作为大型工厂的“心脏”设备长期连续运行。在大流量工况下，单泵采购成本通常低于同等流量的柱塞泵。对前置预处理要求相对宽松，能够耐受水中含有微量颗粒物（但仍需严格过滤）。
缺点	高效区较窄，偏离设计工况时效率下降快。没有自吸能力，启动前泵和进口管道必须完全充满水。检修复杂：发生故障时，通常需要将整泵吊装至车间进行全线解体，更换叶轮、导叶、机械密封等部件，停机时间长。对轴向力平衡系统要求高，平衡盘或平衡鼓是易磨损点。必须配置复杂的轴封冲洗系统，增加了系统的复杂性和初期投资。
代表厂家	SULZER，FLOWSERVR，KSB，CLYDE，TORISHIMA
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3、节段式多级导叶式高压离心泵

工作原理	水平中开式多级蜗壳式高压离心泵的核心原理是通过多个叶轮串联工作，逐级提高水的压力。其工作过程如下 ‍ 原动机驱动：电机驱动泵轴旋转。逐级增压：预处理后的海水从轴向吸入第一级叶轮，在高速旋转的叶轮中获得动能和压能。随后水流经蜗壳收集并部分转化动能为压能后，并非像导叶式泵那样进入固定的导叶，而是直接导入下一级叶轮入口（对于多级蜗壳式泵，级间转换结构可能有不同设计）。此过程在每一级重复，每一级都使水的压力显著提升。高压输出：经过所有级数增压后，水流最终通过末级蜗壳及泵出口排出，达到反渗透膜所需的高压。
结构特点	水平中开式：指泵壳沿轴心线水平剖分成上部的泵盖和下部的泵体，这种结构极大方便了检修，无需拆卸进出口管路和电机，只需打开泵盖即可接触到内部转子部件。多级：是指多个叶轮串联在同一根轴上，目的是累积增压以适应海水淡化反渗透所需的高压。蜗壳式：是指每一级叶轮外围都有一个蜗壳形的压水室，其主要作用是收集从叶轮中流出的液体，并引导至泵出口或下一级入口，同时在扩散管段将部分动能转化为静压能。
优点	维护便捷性高：水平中开结构，检修内部组件（如叶轮、密封、轴承）时，无需拆卸进出口管道和电机，节省大量时间和人力。运行可靠性好、寿命长：转子组件刚性通常较好，振动相对较小，轴承寿命较长。多级蜗壳式结构能提供平稳且无脉动的高压水流。高效区较宽：优秀的水力设计（包括高效率的叶轮和蜗壳）可以使泵在一个相对较宽的流量范围内保持较高的运行效率，有助于系统节能。轴向力平衡性好：可通过叶轮对称布置（如背靠背）等设计有效平衡轴向力，减少轴承负荷，提高机械密封和轴承寿命，运行更稳定。
缺点	制造成本好：泵壳铸造和加工工艺更复杂，对材料和制造精度要求高，其初始采购成本通常高于同参数的节段式多级泵。结构紧凑性稍差：相比节段式泵，轴向尺寸可能更大，需要更大的安装空间。耐高压能力有一定限制：虽然能满足海水淡化要求，但单壳体中开式结构在承受极高压力（如远超10MPa）方面不如节段式多级泵。对材料要求苛刻：所有过流部件必须采用高级耐腐蚀材料（如超级双相不锈钢），这显著增加了材料的成本。
代表厂家	SULZER，FLOWSERVR，KSB，CLYDE，TORISHIMA
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工作原理	属于容积式泵，其工作原理是通过容积的周期性变化来吸入和排出液体，从而形成高压。吸入过程：电机驱动曲轴旋转，通过连杆带动柱塞在泵腔内向后移动。此时泵腔容积增大，内部压力降低。在压差作用下，进口阀打开，出口阀关闭，经过预处理的海水被吸入泵腔。排出过程：曲轴继续旋转，推动柱塞向前移动，泵腔容积减小。腔内海水被压缩，压力急剧升高。当压力超过出口管道压力时，进口阀关闭，出口阀被顶开，高压海水被强行排出，送入反渗透膜组件。循环往复：多个柱塞（通常为3、5、7等奇数个）在曲轴的带动下交替进行吸水和排水过程，使得出口流量和压力更加平稳连续。
结构特点	出口压力极高：轻松满足反渗透膜对60-80 bar甚至更高工作压力的要求。压力由系统的背压（即反渗透膜的阻力）决定，泵本身可提供远超所需的最大压力，因此需要配套泄压保护装置。流量恒定：作为容积式泵，在转速一定时，其理论流量是固定不变的，与出口压力无关。非常符合RO系统稳定产水的要求。容积效率高：在额定工况下，机械效率和容积效率都很高，尤其是在高压工况下，效率远高于离心泵，可有效降低系统运行能耗。易于调节：可通过变频调速或液压驱动来改变柱塞的往复次数，从而线性地调节流量。变频调节是当前最主流和节能的方式。可输送高盐度、高腐蚀性海水：过流部件（柱塞、密封、阀组、泵头体等）采用超级双相不锈钢、哈氏合金、陶瓷等高级耐腐蚀、耐冲刷材料制造。
优点	出口压力极高且稳定，非常适合于RO工艺。效率高，可达90%~94%，尤其在高压下节能优势明显，降低吨水能耗。运行能耗低，全生命周期成本（LCC）可能更具优势。
缺点	对吸入液体的固体颗粒物敏感，要求前置预处理严格，防止磨损。结构复杂，零部件多，初次投资成本较高。易损件较多，如填料密封或机械密封、进出口阀组等，需要定期维护和更换，维护成本和技术要求较高。行噪音和振动较大，对基础固定要求高。
代表厂家	径向柱塞泵：美国CAT泵、德国SPECK泵。轴向柱塞泵：丹麦DANFOSS的APP泵。
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工作原理	属于离心泵的一种，是反渗透（SWRO）海水淡化系统中高压泵的另一种重要选择，尤其常见于大型和超大型的项目。其核心原理是通过多个叶轮串联工作，逐级提高水的压力。 “节段式” 指的是泵壳由多个中段（每个中段包含一组叶轮和导叶）通过穿杠螺栓压紧而成，级数可以灵活增减以适应不同的压力需求。动能增加：预处理后的海水进入泵的首级叶轮。高速旋转的叶轮对水做功，使其获得很高的动能（速度）。动能转化为压力能（一级）：高速水流进入包裹在叶轮外的固定导叶。导叶的流道设计为扩散形，能够有效地将水的动能转换为压力能，并平稳地引导水流进入下一级叶轮的入口。逐级增压：水流被导入第二级叶轮，再次获得动能，并通过第二级导叶再次转化为更高的压力能。此过程重复进行，每一级叶轮-导叶组合都使水的压力显著增加一级。高压输出：经过所有级数的增压后，水流在末级导叶汇集，通过泵壳上的出口流出，达到反渗透膜所需的高压（通常为5.5-8.0 MPa）。
结构特点	多级增压：压力是逐级累加的，单个叶轮只需承担总压差的一部分，使得单泵能达到非常高的出口压力。流量大且连续平稳：作为离心泵，其输出流量是连续且无脉动的，对反渗透膜的冲击很小。高效区明确：在额定工况点附近运行效率很高（通常可达80%-85%以上）。但高效区相对较窄，偏离最佳工况点时效率下降较快。结构紧凑：通过多个叶轮串联在同一根轴上，实现了在较小空间内达到高压的目标。径向剖分：泵壳是节段式结构，维修时需整体拆卸，不如中开泵方便。调节方式多样：主要通过出口阀门调节（简单但节流损失大，不节能）或变频调速（节能，是主流方式）来改变工况点。耐海水腐蚀：过流部件（叶轮、导叶、泵壳、轴套等）必须采用超级双相不锈钢、2507双相钢、钛合金等高级耐氯离子腐蚀的材料。轴封系统要求极高：通常采用集装式机械密封，并需要配备plan 53B等形式的外冲洗系统，引入洁净、高压的缓冲液（通常是淡化后的产品水）来冷却和润滑密封面，防止海水泄漏和盐分结晶损坏密封。
优点	流量大且均匀无脉动，运行非常平稳，对管网和膜系统友好。噪音和振动通常低于柱塞泵。维护工作量相对较小，没有像柱塞泵阀组、密封那么多需要频繁更换的易损件。可靠性高，平均故障间隔时间（MTBF）长，适合作为大型工厂的“心脏”设备长期连续运行。在大流量工况下，单泵采购成本通常低于同等流量的柱塞泵。对前置预处理要求相对宽松，能够耐受水中含有微量颗粒物（但仍需严格过滤）。
缺点	高效区较窄，偏离设计工况时效率下降快。没有自吸能力，启动前泵和进口管道必须完全充满水。检修复杂：发生故障时，通常需要将整泵吊装至车间进行全线解体，更换叶轮、导叶、机械密封等部件，停机时间长。对轴向力平衡系统要求高，平衡盘或平衡鼓是易磨损点。必须配置复杂的轴封冲洗系统，增加了系统的复杂性和初期投资。
代表厂家	SULZER，FLOWSERVR，KSB，CLYDE，TORISHIMA
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工作原理	水平中开式多级蜗壳式高压离心泵的核心原理是通过多个叶轮串联工作，逐级提高水的压力。其工作过程如下 ‍ 原动机驱动：电机驱动泵轴旋转。逐级增压：预处理后的海水从轴向吸入第一级叶轮，在高速旋转的叶轮中获得动能和压能。随后水流经蜗壳收集并部分转化动能为压能后，并非像导叶式泵那样进入固定的导叶，而是直接导入下一级叶轮入口（对于多级蜗壳式泵，级间转换结构可能有不同设计）。此过程在每一级重复，每一级都使水的压力显著提升。高压输出：经过所有级数增压后，水流最终通过末级蜗壳及泵出口排出，达到反渗透膜所需的高压。
结构特点	水平中开式：指泵壳沿轴心线水平剖分成上部的泵盖和下部的泵体，这种结构极大方便了检修，无需拆卸进出口管路和电机，只需打开泵盖即可接触到内部转子部件。多级：是指多个叶轮串联在同一根轴上，目的是累积增压以适应海水淡化反渗透所需的高压。蜗壳式：是指每一级叶轮外围都有一个蜗壳形的压水室，其主要作用是收集从叶轮中流出的液体，并引导至泵出口或下一级入口，同时在扩散管段将部分动能转化为静压能。
优点	维护便捷性高：水平中开结构，检修内部组件（如叶轮、密封、轴承）时，无需拆卸进出口管道和电机，节省大量时间和人力。运行可靠性好、寿命长：转子组件刚性通常较好，振动相对较小，轴承寿命较长。多级蜗壳式结构能提供平稳且无脉动的高压水流。高效区较宽：优秀的水力设计（包括高效率的叶轮和蜗壳）可以使泵在一个相对较宽的流量范围内保持较高的运行效率，有助于系统节能。轴向力平衡性好：可通过叶轮对称布置（如背靠背）等设计有效平衡轴向力，减少轴承负荷，提高机械密封和轴承寿命，运行更稳定。
缺点	制造成本好：泵壳铸造和加工工艺更复杂，对材料和制造精度要求高，其初始采购成本通常高于同参数的节段式多级泵。结构紧凑性稍差：相比节段式泵，轴向尺寸可能更大，需要更大的安装空间。耐高压能力有一定限制：虽然能满足海水淡化要求，但单壳体中开式结构在承受极高压力（如远超10MPa）方面不如节段式多级泵。对材料要求苛刻：所有过流部件必须采用高级耐腐蚀材料（如超级双相不锈钢），这显著增加了材料的成本。
代表厂家	SULZER，FLOWSERVR，KSB，CLYDE，TORISHIMA
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