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(jìn)行了分析。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)了反滲透系統(tǒng)進(jìn)氣的隱患，并進(jìn)行了改進(jìn)，保證了反滲透系統(tǒng)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]反滲透；氣阻；防爆膜；改進(jìn)

中圖分類號：TV523 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)組的不斷普及，對鍋爐補(bǔ)給水的水質(zhì)要求也越來越嚴(yán)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(diǎn)在鍋爐補(bǔ)給水處理中系統(tǒng)中越來越被廣泛的應(yīng)用，其運(yùn)行的安全可靠性也直接影響到整個(gè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性。因反滲透膜是單向膜，其給水側(cè)可承受較高的壓力，而產(chǎn)水側(cè)所能承受的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于給水側(cè)，為保護(hù)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(shè)置定值壓力爆破的防爆膜作為膜組件的保護(hù)。

1、概況

某廠鍋爐補(bǔ)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(yùn)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(dāng)除鹽水箱低液位時(shí)制水系統(tǒng)啟動(dòng)，高液位時(shí)系統(tǒng)停運(yùn)。在反滲透系統(tǒng)停運(yùn)后設(shè)置立即啟動(dòng)對膜元件沖洗程序（時(shí)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(yùn)期間，程序設(shè)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(yùn)以來，運(yùn)行中多次發(fā)生在其出水管路存在“氣阻”現(xiàn)象，使出口側(cè)壓力升高，引起防爆膜爆破，從而導(dǎo)致整個(gè)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)不得不臨時(shí)停運(yùn)，嚴(yán)重的影響到補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(shí)常導(dǎo)致出口安全閥動(dòng)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(shí)具備兩個(gè)基本條件：一是管路系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)存在氣、液兩項(xiàng)介質(zhì)。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(shí)際運(yùn)行情況，從這兩個(gè)方面對反滲透出水管路氣阻的形成原因進(jìn)行分析。

2.1 氣體的來源

2.1.1 溶解攜帶

在20℃、1.01×105Pa時(shí)，氧氣溶解度的體積分?jǐn)?shù)為3.1%，氮?dú)馊芙舛鹊捏w積分?jǐn)?shù)是氧氣的1/2，經(jīng)過計(jì)算，在清水中溶解攜帶空氣的體積分?jǐn)?shù)為2%左右，而反滲透系統(tǒng)的進(jìn)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(jìn)入

從改進(jìn)前反滲透系統(tǒng)示意圖（如圖1所示）可以看出，預(yù)處理設(shè)備與高壓泵之間的管路連接處如果存在密封不良時(shí)（尤其是保安過濾器及其后的管路漏水），在預(yù)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(jìn)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(jìn)口閥F1是氣動(dòng)閥，沖洗水排放閥F2是電動(dòng)閥，該電動(dòng)閥的關(guān)閉速度要滯后于氣動(dòng)閥的關(guān)閉速度。當(dāng)反滲透系統(tǒng)進(jìn)行低壓沖洗結(jié)束時(shí)，電動(dòng)閥完全關(guān)閉的時(shí)間要滯后氣動(dòng)閥21s，其結(jié)果造成反滲透沖洗水入口氣動(dòng)閥閥關(guān)閉時(shí)，沖洗排放電動(dòng)閥仍處于打開狀態(tài)，排放管路中仍有部分水流出，這就導(dǎo)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(jìn)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(cè)壓力為0.08MPa-0.1MPa，在反滲透膜的滲透側(cè)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(jìn)水中自身溶解攜帶的空氣以及從外部進(jìn)入系統(tǒng)中的空氣便會隨著壓力的釋放，在滲透側(cè)迅速膨脹，在系統(tǒng)出口水側(cè)釋放出大量的氣泡。一方面氣泡使水的流動(dòng)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(dāng)大量的氣泡不斷聚集成為氣囊時(shí)，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(dòng)，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(dāng)管中水流發(fā)生波動(dòng)時(shí)，管道高處部位形成的氣囊，將不斷被壓縮、擴(kuò)張，氣體壓縮后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，要比水被壓縮后所產(chǎn)生的壓強(qiáng)大幾十倍甚至幾百倍，結(jié)果造成反滲透出水壓力增高，達(dá)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(gè)必要條件，我們只要解決全部或其中的一個(gè)問題，便可以防止氣阻的形成。我們從這個(gè)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(jìn)行管路進(jìn)行更改，工程量及工程費(fèi)用較大，所以我們決定從氣體的來源方面進(jìn)行了解決。

3.1對預(yù)處理裝置出水至高壓泵入口段管路進(jìn)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(gè)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(jìn)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(dòng)閥較沖洗水入口氣動(dòng)閥提前21s關(guān)閉，避免因電動(dòng)閥關(guān)閉速度滯后引起膜組件內(nèi)部形成真空導(dǎo)致外部空氣進(jìn)入的現(xiàn)象。

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

4、結(jié)論

經(jīng)過上述改進(jìn)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(yùn)行一直很穩(wěn)定，出口安全閥也無動(dòng)作現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[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.