【水处理】反渗透装置产水爆破膜片频繁破裂原因分析及建议

华电电力科学研究院有限公司

潘好伟、安昱澎

华电新疆准东五彩湾发电有限公司

刘波、伊晓明

新疆华电米东热电有限公司

贾荣

摘  要：通过现场调研、技术交流、解体检查等多种方式，从反渗透装置产水爆破膜片的材质、质量和安装位置、影响反渗透装置产水管道憋压的因素、反渗透装置的启停顺控和运行方式、反渗透装置中的气体、反渗透装置产水管道的设计和安装等多个方面进行深入分析、逐一排查，查找出现反渗透装置产水爆破膜片频繁破裂问题的主要症结和根本原因，并提出相关运行建议，具有较强的借鉴作用，能够有效指导安全生产。

关键词：反渗透装置；产水爆破膜片；背压损坏

1 事件背景

某某发电企业二期锅炉补给水处理系统的工艺流程为：混凝澄清后来清水→生水加热器→生水箱→生水泵→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱→超滤水泵→保安过滤器→高压水泵→反渗透装置→除碳器→淡水箱→淡水泵→强酸阳离子交换器→强碱阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→主厂房热力系统。

2023年1月，某某发电企业化学专业运行人员在对二期锅炉补给水处理系统3号反渗透装置进行化学清洗时，其有机玻璃材质原装进口反渗透装置产水爆破膜片发生第一次破裂，随后检修人员将其更换为PVC材质反渗透装置产水爆破膜片，后续频繁出现破裂现象。3号反渗透装置产水爆破膜片破裂后，需要紧急停运设备、排水并更换新的爆破膜片，反渗透装置无法连续稳定运行，不仅严重制约锅炉补给水处理系统的制水量，同时大幅增加人力、物资的损耗，而且对系统的安全可靠运行产生不利影响。

鉴于以上情况，检修人员在3号反渗透装置产水爆破膜片之前加装一个手动阀门，3号反渗透装置在投入运行时，将手动阀门置于关闭状态，这样才能得以保证正常投入运行。然而，此时反渗透装置产水爆破膜片被隔离失效，对防止反渗透系统中的背压损坏起不到任何保护作用，将会对反渗透膜造成不可逆的破坏。

2 原因分析

2.1 反渗透装置产水爆破膜片的材质和质量影响

在工程施工中，极少有人对反渗透装置产水爆破膜片的爆破压力进行理论计算，常见的爆破压力为0.10-0.35MPa。自机组投产以来，3号反渗透装置产水爆破膜片一直采用原装进口的透明有机玻璃材质，爆破压力等级为0.30MPa，由于其爆破压力稳定而被推广应用。2023年1月，化学专业运行人员在对3号反渗透装置进行化学清洗时，其透明有机玻璃材质原装进口反渗透装置产水爆破膜片发生第一次破裂，其破裂后的形态详见图1所示。由于物资采购流程复杂而未报备物资采购计划，现场没有与之匹配的合适备品备件，检修人员只能将其更换为PVC材质反渗透装置产水爆破膜片替代，爆破压力等级为0.40MPa。在此之后，3号反渗透装置产水爆破膜片频繁出现破裂现象，其破裂后的形态详见图2所示。

4号反渗透装置自投运以来，其反渗透装置产水爆破膜片未曾发生过破裂，一直采用原装进口的透明有机玻璃材质。为了进一步验证反渗透装置产水爆破膜片本身不同的材质和质量对于造成其破裂的影响，检修人员将其重新更换为PVC材质反渗透装置产水爆破膜片替代，在正常投运前低压冲洗、高压冲洗、启动投运、运行、停运、停运后低压冲洗的过程中，反渗透装置产水爆破膜片均未出现破裂现象。

通过查找相关的文献资料记载，采用PVC材质反渗透装置产水爆破膜片存在着爆破压力不确定和精度不高、材料质量无法保障、材料疲劳等问题，一般很少推荐使用。虽然PVC材质反渗透装置产水爆破膜片存在诸多弊端，但不是导致反渗透装置产水爆破膜片破裂的主要原因。

2.2 反渗透装置产水爆破膜片的安装位置影响

3号反渗透装置产水爆破膜片的安装位置一直在原先位置1处，由于后续频繁出现破裂现象，需要紧急停运设备、排水并更换新的爆破膜片，检修人员为了方便更换新的爆破膜片，因此将3号反渗透装置产水爆破膜片的安装位置变更至位置2处，其安装位置详见图3所示。为了进一步验证反渗透装置产水爆破膜片本身不同的安装位置对于造成其破裂的影响，检修人员将3号反渗透装置产水爆破膜片的安装位置分别处于位置1和位置2，在正常启动投运过程中均发生破裂，说明反渗透装置产水爆破膜片本身不同的安装位置对于导致爆破膜片破裂基本上没有影响。

2.3 反渗透装置产水管道憋压影响

3号反渗透装置在正常运行时，其产水压力基本维持在0.11MPa左右，该压力为产水管道静压、阻力以及动能之和，符合现场设备管道高度的实际情况，同时该压力远远小于反渗透装置产水爆破膜片的极限爆破压力（0.30MPa或0.40MPa）。反渗透装置产水至除碳器进水管道上依次安装有反渗透装置产水止回阀、反渗透装置产水手动蝶阀和除碳器进水手动蝶阀。影响反渗透装置产水管道憋压的因素可能有反渗透装置产水止回阀卡涩或者安装方向错误、反渗透装置产水手动蝶阀和除碳器进水手动蝶阀卡涩、反渗透装置产水至除碳器进水管道内部衬胶老化或者损坏脱落而堵塞管道、阀门等。检修人员分别对反渗透装置产水止回阀、反渗透装置产水手动蝶阀和除碳器进水手动蝶阀进行解体检查。

3号反渗透装置产水止回阀通过解体检查，发现安装方向正确，经过测试并无卡涩失效情况。产水手动蝶阀和除碳器进水手动蝶阀通过解体检查，发现阀门开关动作灵活，经过测试并无卡涩故障情况，可以处于完全开启和严密关闭状态。目前尚未发现由于反渗透装置产水至除碳器进水管道内部衬胶老化或者损坏脱落而导致管道、阀门堵塞的情况发生。

2.4 反渗透装置的启停顺控影响

反渗透装置在启动投运与停运过程中，需要操作的阀门、水泵和加药泵较多，一般要求运行人员顺控启停设备。以3号反渗透装置原先调试确定的启停顺控步序为基础，充分考虑到高压冲击、背压损坏、断水水锤等效应可能对反渗透膜元件所产生破坏的情况，对3号反渗透装置的启停顺控步序开展进一步的修改完善，并优化调整阀门、水泵和加药泵的开关与启停先后顺序，3号反渗透装置启停顺控步序表详见表1所示。

说明：1）投运前低压冲洗可以采用淡水池的淡水或者超滤水箱的清水。待投运前低压冲洗结束后，依次关闭浓水排放阀、产水排放阀、低压冲洗进水阀或保安过滤器进水阀，待低压冲洗进水阀或保安过滤器进水阀的关反馈到位后，再停运低压冲洗水泵或超滤给水泵。2）在启动投运步序中，阻垢剂计量泵、还原剂计量泵与超滤给水泵联锁启动，电动慢开门与高压水泵联锁开启。高压水泵启动时的频率上升速率可以视现场实际具体情况而定，最好为梯次上升。3）在运行步序中，其阀门开关状态和水泵启停状态与启动投运步序保持一致。4）在停运步序中，高压水泵停运时的频率梯次下降，停运时间大于30秒，高压水泵的频率在下降为零之前，超滤给水泵一直维持正常运行状态。

运行人员按照3号反渗透装置最新确定的启停顺控步序表进行就地手动、程控自动投运与停运设备，反渗透装置产水爆破膜片均未出现破裂现象，说明反渗透装置的启停顺控不合理是导致爆破膜片破裂的主要原因。

2.5 反渗透装置的运行方式影响

为了进一步验证反渗透装置不同的运行方式对于造成3号反渗透装置产水爆破膜片破裂的影响，运行人员按照3号反渗透装置单独启动投运与停运、4号反渗透装置单独启动投运与停运、4号反渗透装置运行的同时3号反渗透装置启动投运与停运、3号反渗透装置运行的同时4号反渗透装置启动投运与停运4种运行方式进行试验，3号反渗透装置产水爆破膜片均未发生破裂，说明反渗透装置不同的运行方式与造成爆破膜片破裂情况基本无关。

2.6 反渗透装置中的气体影响

如果反渗透装置出现故障进行排水检修而在投运前低压冲洗过程中未将所有反渗透膜组件完全满水，或者反渗透装置在长期停运备用期间将会引入少量的空气，并且水中溶解的气体同样也将会在运行过程中带入，当3号反渗透装置在正常运行过程中，水的压力由进水侧的高压1.10MPa下降至产水侧的低压0.11MPa，由于水的不可压缩性，一般气体的溶解度随着压强的升高而增大，压强的降低而减小，此时原先溶解于水中并且容易压缩的气体溶解度迅速降低，大量气体将会逸散出来，形成较多的气体泡，由于反渗透膜只能脱除溶解性盐类离子，而不能脱除溶解性气体，对溶解性气体的通过基本没有任何阻碍作用，因此溶解性气体进入产水侧后压力由高压1.10MPa下降至低压0.11MPa，气体体积迅速膨胀，促使水流的压力瞬间达到3号反渗透装置产水爆破膜片的极限爆破压力（0.30MPa或0.40MPa）而导致爆破膜片破裂。

2.7 反渗透装置产水管道的设计和安装影响

3号反渗透装置的产水管道设计为直接连接安装，而4号反渗透装置的产水管道在安装过程中为了避开3号反渗透装置的产水管道，则在其中间部位设计了一个过桥，3号和4号反渗透装置产水管道的设计和安装情况分别详见图4所示。当反渗透装置在正常启停过程中，水中的溶解性气体、阀门的开关与水泵的启停势必将会引起反渗透装置产水侧压力的瞬间波动冲击，4号反渗透装置产水管道中间部位设置的过桥可以对产水侧急剧升高的压力起到有效的缓冲保护作用，4号反渗透装置产水爆破膜片则不易破裂；然而3号反渗透装置将会直接承受产水侧瞬间飙升的压力，3号反渗透装置产水爆破膜片将会存在极大的破裂风险。

3 运行建议

1、运行人员应当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，将停运备用过程中可能从外部环境中漏入的空气彻底排出体外。

2、如果反渗透装置本体出现故障需要排水检修，在设备投运前应当确保所有反渗透膜组件完全满水，可以先将反渗透膜组件的产水取样阀门全部开启，然后依次开启产水排放阀、浓水排放阀、低压冲洗进水阀，启动低压冲洗水泵，低压冲洗5分钟，再依次关闭浓水排放阀、产水排放阀，待所有反渗透膜组件的产水取样阀门均连续出水并且无气泡排出后，关闭低压冲洗进水阀，停运低压冲洗水泵，最后将反渗透膜组件的产水取样阀门全部关闭。

3、若因管道检修，电动慢开阀前反渗透装置进水母管存在排水操作，或者反渗透装置长期停运备用等情况，可以适当利用反渗透装置进水保安过滤器前排放管道进行低压冲洗，确保反渗透装置的进水母管完全满水；或者利用超滤给水泵低压冲洗反渗透装置，保证进水管道内部存留的气体彻底排出体外。

4、发电企业可以考虑在反渗透装置产水管道上爆破膜片之前加装弹簧式安全减压阀，将起座压力设定在0.20MPa左右，当反渗透装置产水侧压力超过安全减压阀的整定压力值时，该安全减压阀将会自动起座泄压，有效避免由于水中溶解性气体引起的反渗透装置产水侧压力瞬间激增波动而造成反渗透装置产水爆破膜片频繁破坏。

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[2] 黄辉.反渗透爆破膜爆破原因分析及解决措施[J].能源与环境,2013(3):19-20.

[3] 杨程,梁宏书,王辉,李文超,朱晨,赵敏佳,初庆伟.反渗透膜的背压损坏分析及相关安全性研究[J].工业水处理,2016,36(8):113-116.