反滲透爆破膜爆破原因分析及建議

芮 瑞，頓小寶，姚 瑤

（1.中國電建集團(tuán)河南省電力勘測設(shè)計院有限公司，河南 鄭州 450007；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710000）

1 概述

某電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)采用全膜法，原水經(jīng)纖維過濾器后進(jìn)入超濾裝置，后經(jīng)超濾水箱、升壓泵、高壓泵由母管送入一級反滲透裝置，產(chǎn)水管道為單元制，經(jīng)緩沖水箱后進(jìn)入后續(xù)二級反滲透、滲透水箱、EDI 裝置。自2017 年12 月完成調(diào)試后，因水源無法連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)、整體工期情況用水量較小，設(shè)備運(yùn)行時間較短。制水期間四套一級反滲透裝置經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)水管道爆破膜爆破的情況，爆破后需停運(yùn)設(shè)備并排水后更換新的膜片，不僅影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時增加了人力物資的損耗。

一級反滲透裝置系統(tǒng)如圖1 所示，超濾產(chǎn)水經(jīng)變頻升壓泵進(jìn)入反滲透母管，并由工頻高壓泵送入一級反滲透裝置，濃水由手動閥門截留后排至地溝，產(chǎn)水進(jìn)入緩沖水箱。

圖1 一級反滲透裝置工藝流程

鍋爐補(bǔ)給水處理采用的反滲透膜多為聚酰胺卷式復(fù)合膜，其具有脫鹽率高、產(chǎn)水量大、耐化學(xué)清洗、pH 范圍寬等諸多優(yōu)勢［1］。反滲透膜一般分無紡布、聚砜支撐層以及聚酰胺脫鹽層，其中無紡布和聚砜支撐層具有更大的孔徑，起到支撐聚酰胺脫鹽層的作用。當(dāng)產(chǎn)水側(cè)產(chǎn)生背壓現(xiàn)象，壓力高于進(jìn)水或濃水壓力0.03 MPa 時［2］，反滲透膜就有可能發(fā)生復(fù)合層之間剝離，引起脫鹽層強(qiáng)烈拉伸，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)急劇下降。

2 爆破膜爆破原因分析

2.1 爆破膜材質(zhì)和質(zhì)量本身因素

調(diào)試及運(yùn)行初期，由于供貨等原因，爆破膜采用2 片3～5 mm 厚橡膠墊片替代。采用橡膠墊片存在著爆破壓力不確定、材質(zhì)質(zhì)量無法保障、存在疲勞等問題，但是考慮到爆破膜發(fā)生的頻率無規(guī)律，有時運(yùn)行10 天以上，有時1 天即發(fā)生爆破泄壓，因此雖然以上問題雖然存在，但不是爆破膜爆破的主要原因。

2.2 產(chǎn)水管道憋壓

正常運(yùn)行時，反滲透產(chǎn)水壓力基本維持在0.07 MPa左右，該壓力為產(chǎn)水管道靜壓、阻力及動能之和，符合現(xiàn)場設(shè)備管道高度情況，同時該壓力遠(yuǎn)小于爆破膜爆破壓力。產(chǎn)水管道上依次安裝有逆止閥、手動蝶閥，逆止閥安裝方向正確且無卡澀，手動蝶閥位置在產(chǎn)水管道約3 m 處，不存在因各種原因誤關(guān)閉引起的憋壓情況。且四套一級反滲透均存在爆破膜爆破的情況，因此排除產(chǎn)水管道憋壓原因引起爆破膜爆破的可能。

2.3 設(shè)備順控啟停不合理

設(shè)備啟動與停運(yùn)時，需要操作的閥門、水泵與加藥泵較多，為了防止憋壓沖擊反滲透膜、斷水、水錘等現(xiàn)象的產(chǎn)生，一般要求運(yùn)行人員順控啟停設(shè)備。順控步序以廠家給出的步序表為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備、運(yùn)行狀況，經(jīng)調(diào)試、業(yè)主、廠家、運(yùn)行、組態(tài)等多方討論，并最終經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試期間進(jìn)行部分修改最終確定。一級反滲透裝置啟停步序見表1。

首先對反滲透濃水側(cè)進(jìn)行沖洗，沖洗完成后進(jìn)行反滲透裝置的啟動。打開產(chǎn)水排放閥，由于一級反滲透進(jìn)水管道為母管制，升壓泵與設(shè)備距離較遠(yuǎn)，啟動時升壓泵先變頻啟動[3-4]。當(dāng)來水管道憋壓后打開電動慢開門，其完全開啟或關(guān)閉需要約48 s，考慮到高壓泵為工頻泵，為防止啟動時反滲透膜沖擊，在慢開門打開約5 s 后啟動高壓泵，此時慢開門開度仍較小，高壓泵出口處于憋壓狀態(tài)。隨著慢開門開啟，反滲透膜一段入口壓力逐漸升高，直到系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，投入加藥泵等設(shè)備，關(guān)閉產(chǎn)水排放閥，設(shè)備正常投運(yùn)。停運(yùn)過程與投運(yùn)類似，先打開產(chǎn)水排放閥，然后關(guān)閉慢開門，關(guān)閉約35 s 時，慢開門已關(guān)度較大，反滲透膜一段入口壓力有所下降，此時停運(yùn)高壓泵，反滲透膜側(cè)壓力已較小，且避免了嚴(yán)重的水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，待慢開門關(guān)閉后停運(yùn)升壓泵，關(guān)閉產(chǎn)水排放閥。最后對反滲透濃水側(cè)進(jìn)行沖洗，防止?jié)馑畟?cè)結(jié)垢。

在設(shè)備順控啟停的過程中，考慮到可能對反滲透膜產(chǎn)生破壞的情況，已經(jīng)對順控進(jìn)行了完善，避免了設(shè)備損壞的情況的發(fā)生。若是由設(shè)備啟停順控不合理的原因引起的爆破膜破壞，則由順控啟動設(shè)備的過程中應(yīng)更加頻繁地發(fā)生，與實(shí)際情況不符，因此排除該原因。

2.4 水質(zhì)變化

調(diào)試及運(yùn)行初期，由于廠內(nèi)其他系統(tǒng)尚未完善，采用地下水作為臨時水源，設(shè)備運(yùn)行狀況良好。隨著調(diào)試工作的進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，業(yè)主安排采用處理后的中水作為補(bǔ)給水水源，其水質(zhì)與地下水比較，產(chǎn)生了一定的變化，一級反滲透的運(yùn)行狀況也發(fā)生了改變，其各項指標(biāo)見表2。

表2 不同水源水質(zhì)情況下一級反滲透裝置運(yùn)行工況

由表2 可以看出，地下水與處理后的中水作為水源，一級反滲透裝置運(yùn)行工況有所變化，其主要體現(xiàn)在電導(dǎo)率上。隨著進(jìn)水電導(dǎo)率的增加，滲透壓相應(yīng)增加，若高壓泵壓力保持恒定，則流量會降低，同時脫鹽率會降低，體現(xiàn)為產(chǎn)水電導(dǎo)率的上升。

雖然進(jìn)水電導(dǎo)率的增加會對壓力有所影響，但其影響相對較小［5］，且水源水質(zhì)并非突變，而是在運(yùn)行過程中維持同一種水源水質(zhì)，不會因水源的變化而引起一級反滲透運(yùn)行過程中壓力的突變導(dǎo)致爆破膜破壞。

2.5 水中氣泡的影響

反滲透裝置若長期不運(yùn)行會引入少量氣體，且水中溶解的氣體同樣會在運(yùn)行過程中帶入，由于水的不可壓縮性，當(dāng)反滲透運(yùn)行過程中，水的壓力由進(jìn)水的0.95 MPa 降至產(chǎn)水的0.07 MPa，而容易壓縮的氣體則溶解度迅速降低，形成氣泡，由于反滲透膜只能脫除溶解性的離子，而對氣體無脫除作用，因此氣體進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)后壓力由0.95 MPa 降低至0.07 MPa，體積迅速膨脹，使水流的壓力瞬間達(dá)到爆破膜的爆破壓力0.18 MPa，導(dǎo)致爆破膜破壞。

3 結(jié)論及建議

通過對一級反滲透裝置運(yùn)行情況的分析，最終確定反滲透爆破膜破壞的根本原因是由于水中氣泡導(dǎo)致產(chǎn)水壓力波動使得產(chǎn)水壓力快速上升。針對以上原因，對裝置的運(yùn)行給出了建議：

1）應(yīng)每天對反滲透裝置進(jìn)行沖洗，在防止?jié)馑畟?cè)結(jié)垢、微生物滋生的同時，將停運(yùn)過程中可能從裝置上取樣管路等處引入的氣體排出。

2）保證裝置投運(yùn)過程中沖洗步序的時間。該廠反滲透沖洗水采用除鹽水，調(diào)試初期由于水源緊張、用水量大等因素，運(yùn)行人員存在減少沖洗時間的情況，后期應(yīng)盡量避免此情況的出現(xiàn)。

3）若因管道檢修，電動慢開門前反滲透進(jìn)水母管有排水操作，或設(shè)備停運(yùn)時間長等情況，可適當(dāng)利用反滲透進(jìn)水保安過濾器前排放管道進(jìn)行低壓沖洗，將反滲透進(jìn)水母管滿水；或利用升壓泵低壓沖洗反滲透裝置，保證來水管道內(nèi)存留的氣體外排徹底。

4）可在反滲透產(chǎn)水管道加裝安全閥，壓力設(shè)定為0.18 MPa 或以下，可避免因氣體引起的壓力波動導(dǎo)致爆破膜頻繁爆破。