反滲透系統(tǒng)出水管路氣阻的形成及處理

張恩奎

[摘 要]文章針對反滲透系統(tǒng)出水管路存在的氣阻問題，對產(chǎn)生氣阻的原因進行了分析。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)了反滲透系統(tǒng)進氣的隱患，并進行了改進，保證了反滲透系統(tǒng)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行。

[關鍵詞]反滲透；氣阻；防爆膜；改進

中圖分類號：TV523 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0023-01

引言

隨著高參數(shù)大容量機組的不斷普及，對鍋爐補給水的水質要求也越來越嚴格。反滲透裝置因其有著操作簡單、清潔、高效的水處理優(yōu)點在鍋爐補給水處理中系統(tǒng)中越來越被廣泛的應用，其運行的安全可靠性也直接影響到整個補給水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性。因反滲透膜是單向膜，其給水側可承受較高的壓力，而產(chǎn)水側所能承受的壓力遠遠小于給水側，為保護反滲透膜不受背壓所產(chǎn)生的沖擊損壞，常在其出水管路設置定值壓力爆破的防爆膜作為膜組件的保護。

1、概況

某廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)配備了2套出力為80噸的反滲透裝置，回收率為75%。每套裝置采用膜元件96支，（10：6）×6排列，其系統(tǒng)脫鹽率在98%以上。正常運行中反滲透一段入口壓力為1.2MPa至1.4MPa，淡水出口壓力為0.08MPa至0.1MPa，出口防爆膜的爆破定值為0.18MPa。當除鹽水箱低液位時制水系統(tǒng)啟動，高液位時系統(tǒng)停運。在反滲透系統(tǒng)停運后設置立即啟動對膜元件沖洗程序（時間為10min）；為防止膜元件失水及微生物生長，在制水系統(tǒng)停運期間，程序設置每間隔24h執(zhí)行反滲透沖洗10min。

該套反滲透系統(tǒng)自投運以來，運行中多次發(fā)生在其出水管路存在“氣阻”現(xiàn)象，使出口側壓力升高，引起防爆膜爆破，從而導致整個補給水處理系統(tǒng)不得不臨時停運，嚴重的影響到補給水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。為了解決防爆膜頻繁爆破的問題，初步采取了在反滲透出口管路上加裝安全閥暫以替代防爆膜，但時常導致出口安全閥動作現(xiàn)象發(fā)生，仍沒有徹底解決反滲透出口管路存在的氣阻問題。

2、氣阻的形成原因

我們知道在液體輸送管路中由于氣體的存在，形成 “氣囊或氣帶”，使管路局部阻力增大，造成液體斷流或流速下降的現(xiàn)象就是氣阻。氣阻現(xiàn)象的產(chǎn)生必須同時具備兩個基本條件：一是管路系統(tǒng)內(nèi)同時存在氣、液兩項介質。二是管路系統(tǒng)存在波狀起伏①，使氣體能夠聚集在一起。我們根據(jù)反滲透系統(tǒng)的閥門、管路現(xiàn)場布置情況及該系統(tǒng)的實際運行情況，從這兩個方面對反滲透出水管路氣阻的形成原因進行分析。

2.1 氣體的來源

2.1.1 溶解攜帶

在20℃、1.01×105Pa時，氧氣溶解度的體積分數(shù)為3.1%，氮氣溶解度的體積分數(shù)是氧氣的1/2，經(jīng)過計算，在清水中溶解攜帶空氣的體積分數(shù)為2%左右，而反滲透系統(tǒng)的進水是經(jīng)過澄清、過濾的地表水，系統(tǒng)水中不可避免地存在著溶解攜帶的空氣。

2.1.2 外界進入

從改進前反滲透系統(tǒng)示意圖（如圖1所示）可以看出，預處理設備與高壓泵之間的管路連接處如果存在密封不良時（尤其是保安過濾器及其后的管路漏水），在預處理系統(tǒng)供水出力不足或保安過濾器濾芯發(fā)生堵塞的情況下，在密封不良的地方就會由于高壓泵入口段所形成的真空吸進部分空氣。

另外根據(jù)現(xiàn)場的觀察發(fā)現(xiàn)，反滲透沖洗水進口閥F1是氣動閥，沖洗水排放閥F2是電動閥，該電動閥的關閉速度要滯后于氣動閥的關閉速度。當反滲透系統(tǒng)進行低壓沖洗結束時，電動閥完全關閉的時間要滯后氣動閥21s，其結果造成反滲透沖洗水入口氣動閥閥關閉時，沖洗排放電動閥仍處于打開狀態(tài)，排放管路中仍有部分水流出，這就導致了在反滲透膜組件內(nèi)部形成一定的真空，外界空氣便從沖洗水排放管進入到膜組件內(nèi)部，特別是在二段膜組件末端，便會積存一定量的空氣。

1.2 氣阻的形成

由于高壓泵的出口壓力為1.2MPa-1.4MPa，反滲透出水側壓力為0.08MPa-0.1MPa，在反滲透膜的滲透側與反滲透測的存在著較大的壓差。由于反滲透膜對氣體無阻礙作用，系統(tǒng)進水中自身溶解攜帶的空氣以及從外部進入系統(tǒng)中的空氣便會隨著壓力的釋放，在滲透側迅速膨脹，在系統(tǒng)出口水側釋放出大量的氣泡。一方面氣泡使水的流動體積變大，使水與管壁的相對流速加大，摩阻水頭損失加大。另一方面當大量的氣泡不斷聚集成為氣囊時，使管道流水的截面減小，增加了水頭損失。我們經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，反滲透系統(tǒng)出水管道的布置因躲避障礙物，形成一段較大的“U”形，如圖1所示（圖中加粗線段），其高程差為6m，管道的起伏較大，大量的氣泡就會在管路的高處聚集成氣囊，這樣就造成在管路內(nèi)氣囊段前面有液體推動，后面有液體壓住阻擋，氣囊最終被兩端的液體封堵而積聚形成氣阻。當管中水流發(fā)生波動時，管道高處部位形成的氣囊，將不斷被壓縮、擴張，氣體壓縮后所產(chǎn)生的壓強，要比水被壓縮后所產(chǎn)生的壓強大幾十倍甚至幾百倍，結果造成反滲透出水壓力增高，達到了防爆膜的爆破定值。

3、解決措施

根據(jù)氣阻形成的兩個必要條件，我們只要解決全部或其中的一個問題，便可以防止氣阻的形成。我們從這個依據(jù)采取措施，考慮到反滲透系統(tǒng)出水管路的現(xiàn)場布置，如果要對出水進行管路進行更改，工程量及工程費用較大，所以我們決定從氣體的來源方面進行了解決。

3.1對預處理裝置出水至高壓泵入口段管路進行檢查，將管路法蘭墊片由原來的橡膠墊片更換為四氟墊片，防止因墊片老化引起管路密封不良。

3.2建立保安過濾器濾芯更換檔案，根據(jù)周期水量及出入口壓差（ΔP=0.06MPa）兩個條件，滿足之一者便更換保安過濾器濾芯，防止因保安過濾器濾芯堵塞使出水不暢，在高壓泵入口段管路形成真空，從而引起外部空氣進入到反滲透系統(tǒng)中。

3.3優(yōu)化反滲透系統(tǒng)低壓沖洗程序，將反滲透沖洗水排放電動閥較沖洗水入口氣動閥提前21s關閉，避免因電動閥關閉速度滯后引起膜組件內(nèi)部形成真空導致外部空氣進入的現(xiàn)象。

3.4在反滲透系統(tǒng)出水管路最高處（A點）加裝一只自動排空閥F3，如圖2所示，當氣泡在管路高處積聚時，排空閥自動打開，將氣體排盡，避免在此處形成氣阻。

4、結論

經(jīng)過上述改進措施后，反滲透系統(tǒng)出水管路再無氣阻現(xiàn)象發(fā)生，反滲透系統(tǒng)運行一直很穩(wěn)定，出口安全閥也無動作現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻：

[1] 安金龍.長輸管道排水過程中的氣阻現(xiàn)象與氣阻定律. 江漢石油科技[J]，2010年第6期.