反渗透爆破膜爆破原因分析及建议

芮 瑞，顿小宝，姚 瑶

（1.中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，河南 郑州 450007；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710000）

1 概述

某电厂锅炉补给水系统采用全膜法，原水经纤维过滤器后进入超滤装置，后经超滤水箱、升压泵、高压泵由母管送入一级反渗透装置，产水管道为单元制，经缓冲水箱后进入后续二级反渗透、渗透水箱、EDI 装置。自2017 年12 月完成调试后，因水源无法连续稳定供应、整体工期情况用水量较小，设备运行时间较短。制水期间四套一级反渗透装置经常出现产水管道爆破膜爆破的情况，爆破后需停运设备并排水后更换新的膜片，不仅影响系统的正常运行，同时增加了人力物资的损耗。

一级反渗透装置系统如图1 所示，超滤产水经变频升压泵进入反渗透母管，并由工频高压泵送入一级反渗透装置，浓水由手动阀门截留后排至地沟，产水进入缓冲水箱。

图1 一级反渗透装置工艺流程

锅炉补给水处理采用的反渗透膜多为聚酰胺卷式复合膜，其具有脱盐率高、产水量大、耐化学清洗、pH 范围宽等诸多优势［1］。反渗透膜一般分无纺布、聚砜支撑层以及聚酰胺脱盐层，其中无纺布和聚砜支撑层具有更大的孔径，起到支撑聚酰胺脱盐层的作用。当产水侧产生背压现象，压力高于进水或浓水压力0.03 MPa 时［2］，反渗透膜就有可能发生复合层之间剥离，引起脱盐层强烈拉伸，进而导致产水水质急剧下降。

2 爆破膜爆破原因分析

2.1 爆破膜材质和质量本身因素

调试及运行初期，由于供货等原因，爆破膜采用2 片3～5 mm 厚橡胶垫片替代。采用橡胶垫片存在着爆破压力不确定、材质质量无法保障、存在疲劳等问题，但是考虑到爆破膜发生的频率无规律，有时运行10 天以上，有时1 天即发生爆破泄压，因此虽然以上问题虽然存在，但不是爆破膜爆破的主要原因。

2.2 产水管道憋压

正常运行时，反渗透产水压力基本维持在0.07 MPa左右，该压力为产水管道静压、阻力及动能之和，符合现场设备管道高度情况，同时该压力远小于爆破膜爆破压力。产水管道上依次安装有逆止阀、手动蝶阀，逆止阀安装方向正确且无卡涩，手动蝶阀位置在产水管道约3 m 处，不存在因各种原因误关闭引起的憋压情况。且四套一级反渗透均存在爆破膜爆破的情况，因此排除产水管道憋压原因引起爆破膜爆破的可能。

2.3 设备顺控启停不合理

设备启动与停运时，需要操作的阀门、水泵与加药泵较多，为了防止憋压冲击反渗透膜、断水、水锤等现象的产生，一般要求运行人员顺控启停设备。顺控步序以厂家给出的步序表为基础，根据现场实际设备、运行状况，经调试、业主、厂家、运行、组态等多方讨论，并最终经现场调试期间进行部分修改最终确定。一级反渗透装置启停步序见表1。

首先对反渗透浓水侧进行冲洗，冲洗完成后进行反渗透装置的启动。打开产水排放阀，由于一级反渗透进水管道为母管制，升压泵与设备距离较远，启动时升压泵先变频启动[3-4]。当来水管道憋压后打开电动慢开门，其完全开启或关闭需要约48 s，考虑到高压泵为工频泵，为防止启动时反渗透膜冲击，在慢开门打开约5 s 后启动高压泵，此时慢开门开度仍较小，高压泵出口处于憋压状态。随着慢开门开启，反渗透膜一段入口压力逐渐升高，直到系统压力稳定后，投入加药泵等设备，关闭产水排放阀，设备正常投运。停运过程与投运类似，先打开产水排放阀，然后关闭慢开门，关闭约35 s 时，慢开门已关度较大，反渗透膜一段入口压力有所下降，此时停运高压泵，反渗透膜侧压力已较小，且避免了严重的水锤现象的产生，待慢开门关闭后停运升压泵，关闭产水排放阀。最后对反渗透浓水侧进行冲洗，防止浓水侧结垢。

在设备顺控启停的过程中，考虑到可能对反渗透膜产生破坏的情况，已经对顺控进行了完善，避免了设备损坏的情况的发生。若是由设备启停顺控不合理的原因引起的爆破膜破坏，则由顺控启动设备的过程中应更加频繁地发生，与实际情况不符，因此排除该原因。

2.4 水质变化

调试及运行初期，由于厂内其他系统尚未完善，采用地下水作为临时水源，设备运行状况良好。随着调试工作的进行，根据现场实际情况，业主安排采用处理后的中水作为补给水水源，其水质与地下水比较，产生了一定的变化，一级反渗透的运行状况也发生了改变，其各项指标见表2。

表2 不同水源水质情况下一级反渗透装置运行工况

由表2 可以看出，地下水与处理后的中水作为水源，一级反渗透装置运行工况有所变化，其主要体现在电导率上。随着进水电导率的增加，渗透压相应增加，若高压泵压力保持恒定，则流量会降低，同时脱盐率会降低，体现为产水电导率的上升。

虽然进水电导率的增加会对压力有所影响，但其影响相对较小［5］，且水源水质并非突变，而是在运行过程中维持同一种水源水质，不会因水源的变化而引起一级反渗透运行过程中压力的突变导致爆破膜破坏。

2.5 水中气泡的影响

反渗透装置若长期不运行会引入少量气体，且水中溶解的气体同样会在运行过程中带入，由于水的不可压缩性，当反渗透运行过程中，水的压力由进水的0.95 MPa 降至产水的0.07 MPa，而容易压缩的气体则溶解度迅速降低，形成气泡，由于反渗透膜只能脱除溶解性的离子，而对气体无脱除作用，因此气体进入产水侧后压力由0.95 MPa 降低至0.07 MPa，体积迅速膨胀，使水流的压力瞬间达到爆破膜的爆破压力0.18 MPa，导致爆破膜破坏。

3 结论及建议

通过对一级反渗透装置运行情况的分析，最终确定反渗透爆破膜破坏的根本原因是由于水中气泡导致产水压力波动使得产水压力快速上升。针对以上原因，对装置的运行给出了建议：

1）应每天对反渗透装置进行冲洗，在防止浓水侧结垢、微生物滋生的同时，将停运过程中可能从装置上取样管路等处引入的气体排出。

2）保证装置投运过程中冲洗步序的时间。该厂反渗透冲洗水采用除盐水，调试初期由于水源紧张、用水量大等因素，运行人员存在减少冲洗时间的情况，后期应尽量避免此情况的出现。

3）若因管道检修，电动慢开门前反渗透进水母管有排水操作，或设备停运时间长等情况，可适当利用反渗透进水保安过滤器前排放管道进行低压冲洗，将反渗透进水母管满水；或利用升压泵低压冲洗反渗透装置，保证来水管道内存留的气体外排彻底。

4）可在反渗透产水管道加装安全阀，压力设定为0.18 MPa 或以下，可避免因气体引起的压力波动导致爆破膜频繁爆破。