反渗透装置性能分析与研究

王宣德

（神华国华寿光发电有限责任公司， 山东 寿光 262714）

引言

预处理系统，包括沉淀澄清处理系统、超滤系统、一级反渗透、二级反渗透系统。

1、2号机组工程设计3套一级反渗透装置，每套出力为232 m3/h。按一级一段配置，反渗透膜采用8"低能耗海水膜，设计膜通量13.72 L/m2·h，每套装置配65个压力容器，每个压力容器7支膜，每套装置共455支膜。本装置按15℃设计，进水SDI≤3，设计进水压力约为6.2 MPa，产水背压按0.2 MPa设计。其中1、3号一级反渗透膜的品牌为美国海德能（HYDRANAUTICS），2号一级反渗透膜的品牌为美国陶氏（DOW）。一级反渗透膜的使用寿命保证期为3年，系统出水质量（三年内）为：电导率≤500 μS/cm、ρ（TDS）≤350 mg/L）、ρ（Cl-）≤180 mg/L、ρ（B3+）≤0.9 mg/L、回收率≥42%、反渗透脱盐率≥99.4%。一级反渗透装置出水用于全厂杂用水和供二级反渗透用水。

1 反渗透系统存在问题

海淡一级反渗透系统于2014年4月调试产水后投运运行，截至目前运行4年多时间，已超过使用寿命3年的保证期，现在3套一级反渗透出水导电率最大值为750～1 200 μS/cm、ρ（Cl-）为250～260 mg/L，出水质量已超出设计值。出水水质超出设计要求可能造成用户系统设备的腐蚀，影响使用寿命。由于海淡系统是公司的主要水源，如果一级反渗透出水继续恶化最后造成系统瘫痪，机组将面临降负荷甚至停机的风险。

而反渗透膜的更换（即报废，以下统一称更换）数量巨大、价格较高，如果反渗透膜在能继续使用的情况下提前更换，将降低反渗透膜的使用率，造成一定的经济损失[1]。

所以需评估海淡一级反渗透装置性能情况，为系统设备的维护检修或反渗透膜的更换提供依据。

2 设备维护情况分析

预处理系统投产至今已运行4年多时间，现从日常检查维护、化学清洗维护和设备缺陷处理分析等设备维护方面进行分析。

2.1 日常性定期检查维护

一级反渗透装置的主要定期维护工作是检查反渗透装置内部膜元件状况，每套反渗透装置每3个月将进行一次膜原件检查。检查其是否存在微生物生长、膜结垢严重等问题，同时检查内部密封圈、膜接头是否存在损坏情况。通过近4年来检查情况看，3套一级反渗透装置情况正常，膜本体基本无微生物生长，膜装置有少量结垢情况，属正常现象。膜定期维护未发现因微生物污染及结垢等导致的膜性能明显下降及损坏现象。

2.2 定期化学清洗维护工作

预处理系统的定期化学清洗维护工作委托有资质单位和经验的单位负责，从每月的清洗维护评价报告和实际运行参数可以看出清洗的效果良好，清洗后反渗透膜出水水质有明显改善，产水量有不同程度增加，跨膜压差下降至正常范围内，反渗透膜的性能得到较大程度恢复。

2.3 设备缺陷检修工作

从3套一级反渗透装置运行情况来看，1、3号一级反渗透装置实际运行情况较2号一级反渗透装置稳定。3套一级反渗透装置进行了如下较大检修处理工作。

2.3.1 哈弗接头密封圈及哈弗接头更换

3套一级反渗透装置在投产初期，由于哈弗接头内部密封圈质量较差，出现过较多哈弗接头密封圈漏水情况，经过沟通协调，全部更换较好质量的唯特利品牌哈弗接头密封圈，对3套一级反渗透哈弗接头密封圈进行整体更换，于2015年10月全部更换完成。

另外，由于原供哈弗接头本体为普通材质，在使用时间超过3年后，受海水及潮湿环境腐蚀，锈蚀较严重，也出现漏水，对设备底座及钢架产生腐蚀。由于装置运行时承受超过5 MPa的压力，为保证现场人员及设备安全，设备部于2017年初对所有反渗透装置锈蚀的哈弗接头进行整体更换，将其更换成耐海水腐蚀的双相不锈钢材质的哈弗接头，更换后未出现过因哈弗接头损坏导致的漏水缺陷，人员及设备安全得到有力保障。

2.3.2 2015年2号一级反渗透2支膜元件支架损坏

2015年1月22日下午15时左右，预处理一级反渗透装置产水电导率异常升高，达到7 410 μS/cm（设计产水电导率≤500 μS/cm）。经过取样检测每支压力容器产水电导率，除第11支压力容器无水样无法检测外，其他压力容器产水电导率均在正常范围。根据现场情况及运行参数，分析判断第11支膜装置损坏需近一步检查。1月23日办理工作票拆开2号一级反渗透第11支压力容器后检查发现进水端第一支膜元件出现“凹陷”形式的破裂。

根据系统设备及运行参数等具体分析，膜元件损坏的主要原因如下：

1）系统在短时间内压力及流量等参数还未稳定情况下升压速率偏大，系统流量、压力等在短时间的升高可能使膜两端产生较高的压差，此压差产生轴向推力的作用，导致膜装置端头被压碎，膜装置损坏。

2）抽查了其他两套压力容器的膜元件，未发现此种膜损坏现象，因此排除膜装置大面积损坏情况。因此，分析此两支损坏的反渗透膜存在本身的质量问题。

从故障情况分析，造成膜端头支架破裂的情况是由于以上两种原因综合造成的。针对此次膜损坏情况，经与厂家技术人员沟通交流，系统启动时通过自动控制一级反渗透高压泵电机频率，同时设定升压速率不能大于0.1 MPa/s的方式预防上述故障发生。此后，一级反渗透装置未出现膜支架及膜袋破裂损坏情况。

2.3.3 一级反渗透装置膜元件膜袋破裂

3套一级反渗透装置运行至今，膜装置膜袋破裂情况共发生4次，其中海德能品牌膜袋破裂1次，陶氏品牌膜袋破裂3次。

反渗透膜袋破裂的主要原因为部分膜装置玻璃钢外壳支撑部位存在制造缺陷或质量问题，膜长时间在高压情况下运行，膜玻璃钢外壳脆弱部分破裂。玻璃钢外壳为内部膜袋起保护作用，当玻璃钢外壳破裂后，膜袋破裂损坏，膜装置损坏失效，导致产水电导急剧增大。

2.3.4 膜元件脱盐率大幅下降失效

一级反渗透装置产水端浓海水盐份浓度很高，膜原件运行环境恶劣，会出现部分膜元件脱盐率严重下降损坏的情况，通过对3套一级反渗透装置产水电导率测试及探针试验结果判断，目前因反渗透膜脱盐率下降无法继续使用而更换的膜装置共6支，其中海德能品牌2支，陶氏品牌4支。主要失效原因为膜元件在高浓度海水恶劣环境中，膜内部过滤层受污染失效，无法继续起过滤脱盐作用，不能继续使用。

以上问题目前的主要解决方法是更换损坏的连接适配器，同时加强启动期间的自动排气，同时适当控制升压速率。采取措施后膜端盖连接适配器断裂现象有减缓趋势。

3 运行数据分析

反渗透系统的产水电导率、余氯是出水质量的重要指标，也是反映装置是否正常运行和判断其性能的重要依据[2]。另外系统的脱盐率也是分析装置性能的重要指标。所以日常运行中认真进行了抄表分析记录并定期进行手工分析，相关日常运行数据统计和分析如下页表1所示。

通过一级反渗透产水电导率、余氯的表格数据可以看出：3套反渗透装置的产水电导率和余氯随着运行时间逐渐升高，至2017年第3季度电导率略超过设计值、余氯接近设计值；至2018年第2季度开始电导率和余氯均超出设计值且上升趋势加剧。

说明：脱盐率根据近似估算公式得出，公式为：系统脱盐率=（进水电导率-产水电导率）÷进水电导率×100%，近似估算公式得到的脱盐率比实际脱盐率略低。进水电导率取自SIS系统一级反渗透提升泵出口母管电导率仪算数平均值，产水电导率取自化验班定期工作手工分析算数平均值，2018年第3季度数据截止至7月15日。

如下页表2所示，可以看出：3套反渗透装置的脱盐率随着运行时间逐渐下降，2018年第1季度开始，下降趋势加剧，目前1、2、3号反渗透的脱盐率最低为98.14%、97.47%、98.03%，3套装置均已低于质保期的脱盐率99.4%，且下降趋势加剧。

表1 预处理定期工作手工分析历时数据汇总示意表

表2 预处理一级反渗透装置脱盐率汇总示意表 %

如下页表3所示，可以看出，三套反渗透装置随着使用时间的增加，产水量没有明显变化，但电导率有明显的上升趋势，脱盐率有明显的下降趋势，其中以2号一级反渗透装置表现最为明显。

4 探针试验分析

2018年7月中旬分别对3套一级反渗透装置进行了探针试验，探针试验分别对每套反渗透的65个压力容器的1 365支膜元件进行探针取水样测量电导率。通过探针试验排查了膜进出水端及膜间连接件损坏或密封圈老化影响产水电导偏高因素。从探针试验数据可以看出，1、3号一级反渗透每支膜的电导率大部分在300～600μS/cm之间，少数在600μS/cm以上，但2号一级反渗透每支膜的电导大部分在600μS/cm以上。本次探针试验时同时对压力容器进行了电导率监测，1、3号一级反渗透每个压力容器电导率基本在500～700μS/cm之间，但2号一级反渗透每个压力容器电导率基本在800～1 200μS/cm之间。

表3 一级反渗透产水情况对比示意表

通过探针试验数据可以得出：2号一级反渗透产水电导率明显比其他两套装置高，说明其性能相对较差。

5 海淡反渗透膜性能评估及更换的调研情况

为了科学评估海淡反渗透膜的性能，分别向西安热工院、电科院及反渗透膜厂家电话调研海淡反渗透膜性能评估的标准或依据。回复海淡反渗透膜的性能评估现在无相关标准或依据，一般与原设计的产水水质、脱盐率等性能指标进行对比。

为了借鉴其他电厂反渗透膜性能评估及更换工作情况，分别向华能玉环电厂和河源电厂进行了电话调研。玉环电厂为国内第一个大型的膜法预处理工程，2006年3月调试完毕投入运行，投产至今经历了反渗透膜的更换工作。玉华电厂海淡反渗透膜更换前，未委托第三方进行相关性能评估指导更换工作，而是通过公司内部进行探针试验，对运行参数进行分析评估，内部也未制定相关判断依据，只是通过经验摸索确定更换。河源电厂淡水水源为地下水，经过絮凝、沉淀、过滤等一系列预处理后进行锅炉补给水系统，锅炉补给水处理系统采用全膜法处理工艺，于2008年10月投入运行。河源电厂反渗透膜为淡水膜，投产至今经历了反渗透膜的更换工作。

6 结语

1）反渗透装置的日常维护和运行操作正常，主要影响产水水质的缺陷是反渗透进水端膜端盖连接适配器断裂和膜连接密封圈老化泄漏。已从日常维护检查和运行操作方面制定相关预防措施。

2）反渗透装置的产水电导率和余氯随着运行时间逐渐升高，至2018年第2季度开始电导率和余氯均超出设计值且上升趋势加剧。另外产水电导率和余氯随季节变化，第2季度呈上升趋势，到第3季度达到高峰值，随后呈下降趋势，说明反渗透的性能受水温度变化影响较大。

3）反渗透装置的脱盐率随着运行时间逐渐下降，2018年第1季度开始，下降趋势加剧，目前1、2、3号反渗透的脱盐率最低为98.14%、97.47%、98.03%，3套装置均已低于质保期的脱盐率99.4%，且下降趋势加剧。另外系统脱盐率随季节变化，第2季度呈上升趋势，到第3季度达到高峰值，随后呈下降趋势，说明反渗透的性能受海水温度变化影响较大。

4）通过设备维护和运行参数分析比较可以得出：2号一级反渗透装置比其他两套装置的性能相对较差。

5）通过对反渗透装置的探针试验等方法，排查了系统设备缺陷问题，说明装置出水水质超出设计值主要原因是运行时间超出使用寿命保证期后性能逐渐衰减。

6）目前没有反渗透膜更换（即报废）相关标准或依据，所以无法按照标准进行性能评估，一般与原设计的产水水质、脱盐率等性能指标进行对比。

7）反渗透装置的产水质量已超标，但目前属于第3季度末，海水温度较高，对装置的性能影响较大，随后即将转入第4季度，性能可以得到一定的恢复，故暂时可以保持继续使用，不需要紧急更换反渗透膜。但由于其性能进入衰减加速阶段，需开展计划更换一级反渗透膜的工作。