反渗透系统出水管路气阻的形成及处理

张恩奎

[摘 要]文章针对反渗透系统出水管路存在的气阻问题，对产生气阻的原因进行了分析。通过现场检查发现了反渗透系统进气的隐患，并进行了改进，保证了反渗透系统的安全生产和经济运行。

[关键词]反渗透；气阻；防爆膜；改进

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0023-01

引言

随着高参数大容量机组的不断普及，对锅炉补给水的水质要求也越来越严格。反渗透装置因其有着操作简单、清洁、高效的水处理优点在锅炉补给水处理中系统中越来越被广泛的应用，其运行的安全可靠性也直接影响到整个补给水处理系统稳定性。因反渗透膜是单向膜，其给水侧可承受较高的压力，而产水侧所能承受的压力远远小于给水侧，为保护反渗透膜不受背压所产生的冲击损坏，常在其出水管路设置定值压力爆破的防爆膜作为膜组件的保护。

1、概况

某厂锅炉补给水处理系统配备了2套出力为80吨的反渗透装置，回收率为75%。每套装置采用膜元件96支，（10：6）×6排列，其系统脱盐率在98%以上。正常运行中反渗透一段入口压力为1.2MPa至1.4MPa，淡水出口压力为0.08MPa至0.1MPa，出口防爆膜的爆破定值为0.18MPa。当除盐水箱低液位时制水系统启动，高液位时系统停运。在反渗透系统停运后设置立即启动对膜元件冲洗程序（时间为10min）；为防止膜元件失水及微生物生长，在制水系统停运期间，程序设置每间隔24h执行反渗透冲洗10min。

该套反渗透系统自投运以来，运行中多次发生在其出水管路存在“气阻”现象，使出口侧压力升高，引起防爆膜爆破，从而导致整个补给水处理系统不得不临时停运，严重的影响到补给水处理系统的安全稳定运行。为了解决防爆膜频繁爆破的问题，初步采取了在反渗透出口管路上加装安全阀暂以替代防爆膜，但时常导致出口安全阀动作现象发生，仍没有彻底解决反渗透出口管路存在的气阻问题。

2、气阻的形成原因

我们知道在液体输送管路中由于气体的存在，形成 “气囊或气带”，使管路局部阻力增大，造成液体断流或流速下降的现象就是气阻。气阻现象的产生必须同时具备两个基本条件：一是管路系统内同时存在气、液两项介质。二是管路系统存在波状起伏①，使气体能够聚集在一起。我们根据反渗透系统的阀门、管路现场布置情况及该系统的实际运行情况，从这两个方面对反渗透出水管路气阻的形成原因进行分析。

2.1 气体的来源

2.1.1 溶解携带

在20℃、1.01×105Pa时，氧气溶解度的体积分数为3.1%，氮气溶解度的体积分数是氧气的1/2，经过计算，在清水中溶解携带空气的体积分数为2%左右，而反渗透系统的进水是经过澄清、过滤的地表水，系统水中不可避免地存在着溶解携带的空气。

2.1.2 外界进入

从改进前反渗透系统示意图（如图1所示）可以看出，预处理设备与高压泵之间的管路连接处如果存在密封不良时（尤其是保安过滤器及其后的管路漏水），在预处理系统供水出力不足或保安过滤器滤芯发生堵塞的情况下，在密封不良的地方就会由于高压泵入口段所形成的真空吸进部分空气。

另外根据现场的观察发现，反渗透冲洗水进口阀F1是气动阀，冲洗水排放阀F2是电动阀，该电动阀的关闭速度要滞后于气动阀的关闭速度。当反渗透系统进行低压冲洗结束时，电动阀完全关闭的时间要滞后气动阀21s，其结果造成反渗透冲洗水入口气动阀阀关闭时，冲洗排放电动阀仍处于打开状态，排放管路中仍有部分水流出，这就导致了在反渗透膜组件内部形成一定的真空，外界空气便从冲洗水排放管进入到膜组件内部，特别是在二段膜组件末端，便会积存一定量的空气。

1.2 气阻的形成

由于高压泵的出口压力为1.2MPa-1.4MPa，反渗透出水侧压力为0.08MPa-0.1MPa，在反渗透膜的渗透侧与反渗透测的存在着较大的压差。由于反渗透膜对气体无阻碍作用，系统进水中自身溶解携带的空气以及从外部进入系统中的空气便会随着压力的释放，在渗透侧迅速膨胀，在系统出口水侧释放出大量的气泡。一方面气泡使水的流动体积变大，使水与管壁的相对流速加大，摩阻水头损失加大。另一方面当大量的气泡不断聚集成为气囊时，使管道流水的截面减小，增加了水头损失。我们经过现场调研发现，反渗透系统出水管道的布置因躲避障碍物，形成一段较大的“U”形，如图1所示（图中加粗线段），其高程差为6m，管道的起伏较大，大量的气泡就会在管路的高处聚集成气囊，这样就造成在管路内气囊段前面有液体推动，后面有液体压住阻挡，气囊最终被两端的液体封堵而积聚形成气阻。当管中水流发生波动时，管道高处部位形成的气囊，将不断被压缩、扩张，气体压缩后所产生的压强，要比水被压缩后所产生的压强大几十倍甚至几百倍，结果造成反渗透出水压力增高，达到了防爆膜的爆破定值。

3、解决措施

根据气阻形成的两个必要条件，我们只要解决全部或其中的一个问题，便可以防止气阻的形成。我们从这个依据采取措施，考虑到反渗透系统出水管路的现场布置，如果要对出水进行管路进行更改，工程量及工程费用较大，所以我们决定从气体的来源方面进行了解决。

3.1对预处理装置出水至高压泵入口段管路进行检查，将管路法兰垫片由原来的橡胶垫片更换为四氟垫片，防止因垫片老化引起管路密封不良。

3.2建立保安过滤器滤芯更换档案，根据周期水量及出入口压差（ΔP=0.06MPa）两个条件，满足之一者便更换保安过滤器滤芯，防止因保安过滤器滤芯堵塞使出水不畅，在高压泵入口段管路形成真空，从而引起外部空气进入到反渗透系统中。

3.3优化反渗透系统低压冲洗程序，将反渗透冲洗水排放电动阀较冲洗水入口气动阀提前21s关闭，避免因电动阀关闭速度滞后引起膜组件内部形成真空导致外部空气进入的现象。

3.4在反渗透系统出水管路最高处（A点）加装一只自动排空阀F3，如图2所示，当气泡在管路高处积聚时，排空阀自动打开，将气体排尽，避免在此处形成气阻。

4、结论

经过上述改进措施后，反渗透系统出水管路再无气阻现象发生，反渗透系统运行一直很稳定，出口安全阀也无动作现象发生。

参考文献：

[1] 安金龙.长输管道排水过程中的气阻现象与气阻定律. 江汉石油科技[J]，2010年第6期.