超滤装置在除盐水系统中的运行总结
                                                                    李峰      徐卫平
                                    (永煤集团河南龙宇煤化工有限公司　永城　463300)
        摘要：介绍超滤技术的原理、结构、特点及使用方式。该技术应用于除盐水系统后,出水水质稳定,保证了锅炉长周期安全运行。
        关键词：超滤技术　除盐水　应用
          永煤集团河南龙宇煤化工有限公司除盐水系统采用多介质过滤器-超滤-反渗透-离子交换工艺技术,主要任务是为热电站的高温高压循环流化床锅炉以及煤气化、甲醇合成等工艺装置提供符合要求的除盐水,此外还向循环冷却水站供  应少量补充水、为全公司供应非饮用生活等用水装置生产能力为220  t/h除盐水,  490  t/h精制冷凝液。该装置于2007年5月开始调试运行,至今出水水质稳定,保证了锅炉长周期安全稳定运行。
        1　超滤工作原理和分离特点
        1.  1　工作原理
        超滤又称超过滤(简称UF),是一种与膜孔  径相关的筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力以超滤膜为过滤介质。在一定压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔  只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原  液中体积大于膜表面微孔孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓溶液,从而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。
        1.  2　分离特点
        (1)分离过程不发生相变化,耗能少。
        (2)分离过程可以在常温下进行,适合一些  热敏性物质的浓缩或提纯。
        (3)分离过程仅以低压为推动力,设备及工  艺流程简单,易于操作、管理及维修。
        (4)应用范围广,凡分子量为1  000~500  000  或者尺寸为0.  005~0.  100μm的溶质,都可以采  用超滤分离技术。此外,采用系列化不同截留分  子量的膜,能将不同分子量溶质的混合液中各组  分实行分子量分级。
        2　超滤膜组件的结构
        除盐水系统超滤装置采用的是外压式膜组件,组件结构目前以中空纤维膜为主,也有管式和卷式膜。根据致密层位置不同,中空纤维滤膜又可分为内压膜、外压膜及内外压膜3种。
        外压膜的进水流道在膜丝之间,膜丝存在一定的自由活动空间,因而更适合于原水水质较差、悬浮物含量较高的水源;内压膜的进水流道是中空纤维的内腔,为了防止堵塞,对进水的颗粒粒径和含量都有较严格的限制,因而适合于原水水质较好的工况。
        超滤膜的典型孔径为0.  005~0.  100μm,截留分子量为1  000~500  000,对细菌和大多数病毒、胶体、淤泥等具有极高的去除率。
        3　超滤运行和清洗方式
        3.  1　运行方式
        超滤的运行有全流过滤(死端过滤)和错流过滤两种模式。全流过滤时,进水全部透过膜成  为产水;而错流过滤时,部分进水透过膜成为产  水,另一部分则夹带杂质排出成为浓水。全流过滤能耗低、操作压力低,因而运行成本更低;而错  流过滤能处理悬浮物含量更高的流体,具体的操作形式宜根据水中的悬浮物含量来确定。通量即产水透过膜的流率,通常表达为单位时间内单位膜面积的产水量。当超滤的过滤通量较低时,超滤膜的过滤负荷低,膜面形成的污染物容易被清洗,因而长期通量稳定;当过滤通量较高时,超滤膜发生不可恢复的污堵的倾向增大,清洗后的恢复率下降,不利于保持长期通量的稳定。因此,针对每种具体的水质,超滤都存在一个临界通量,在运行中应保持通量在此临界通量之下。临界通量往往需要通过试验确定。
        3.  2　清洗方式
        超滤的清洗方式包括正洗、反洗、气洗、分散化学清洗和化学清洗等。其中正洗、反洗可以清除膜面的滤饼层;气洗则利用气水混合液的强力湍动,更有效地清除膜表面的污染层;分散化学清洗和化学清洗则通过化学药剂来清除胶体、有机物、无机盐等在超滤膜表面和内部形成的污堵。提高清洗频率、增大清洗强度都有利于更彻底地清除各类污染物。
        4　超滤系统的工艺流程
        除盐水装置包括多介质过滤器预处理、超滤、反渗透、混合离子交换。
多介质过滤器的作用是清除悬浮物、胶体以及经加药后形成的矾花等杂质,其出水由管道送入超滤过滤器,过滤水进入超滤设备除去溶液中的大分子物质。超滤设备的滤后水送入超滤产水箱,产水箱出水经阻垢剂加药装置和还原剂加药装置投加适量药剂,再经超滤产水提升泵提升,出水经加酸装置加酸后进入一级反渗透过滤器。
        5　超滤装置的主要参数
        5.  1　设备参数
        主要设备参数见表1。
                                  
        5.  2　系统维护参数
        系统维护参数见表2。
        6　超滤系统的调试
        6.  1　超滤系统的试压与检漏
        (1)超滤调试前的准备工作
        ①先将多介质过滤器调试正常。  ②检查超滤系统的所有阀门是否正确安装,  自动阀是否工作正常。③检查压力、流量等仪表是否正常。④按照操作规程检查和校正所有泵。检查  泵座的固定螺栓是否紧固;检查泵电机叶轮的旋  转方向是否与指示方向一致。⑤检查并保证所有电气部件的连线正确,控  制回路工作正常;自动控制系统已完全可以按工  艺要求工作。⑥用经多介质过滤器处理后的完全冲洗超  滤系统的管路,以便去除管道内可能存积的灰尘、  泥土、沙砾以及超滤系统中的杂质。注意,此步骤在膜组件安装之前必须完成。
                              
        (2)超滤调试与试压
        ①低压冲洗系统:进水压力≤0.  05  MPa,膜  透量≤25  L/(m2·h),将回流排放阀和产水排放  阀打开,冲洗超滤膜系统,使系统内的空气排净  时间不得少于10  min。在冲洗过程中,应根据系  统管路的配置,打开其它排放阀或放气阀,使系统  内的保护液和空气均排净。
        ②试压与检漏:待保护液和空气都排净后  将所有阀门关闭,然后缓慢打开进水阀,逐渐升压  至0.  25  MPa,检查有无漏点,如有漏点,做好标  记。
        ③补漏:将系统管路中的水放净,根据所用  的管道材质,用相应的黏合剂或焊接进行修补。
          ④重新进行①和②的操作,直至没有漏点为  止。
        (3)完整性检测
        对于超滤系统而言,完整性包括超滤膜组件  的完整性以及配套管件、阀门、连接件的完整性,  可采用压力衰减试验法检测。
        压力衰减试验法步骤为:将膜组件中充满测试用的液体,使膜完全浸润且膜丝所有的孔中都  充满液体;在膜组件的进水侧缓慢通入无油压缩空气(产水阀门处于打开状态),逐渐提高进气压  力至设定值,超滤膜必须保持压力测试的设定值  (0.  25MPa);最初时,进气侧的水会受压穿过膜  壁进入产水侧,因此会有一定量的液体排出(约  持续2  min);待压力稳定在设定值时,将进气阀  关闭(产水侧阀门处于打开状态),并密封进气侧  保持测试压力,静止保压10  min。此时组件的进  水侧充满带压的空气,并与外界隔绝,而产水侧充  满水,且与大气相通,若保压测试10  min后进气  侧压力降不大于0.  03  MPa,则表明膜元件完整,  没有缺陷,否则表明膜元件有断丝或泄漏等。
        6.  2　首次投运调试
        膜组件首次投运时,注意起始产水量应控制  在设计水量的30%  ~60%运行,  24  h后再增至设  计产水量,以利于膜通量的长期稳定。
        超滤装置首次运行需要冲洗,以除去组件内  的保护溶液。
        开始的启动应该为手动,但是一旦所有的流  速和压力、时间被设定,装置应该恢复为自动。装  置恢复自动后,有效监控系统的运行,一旦运行条  件不满足,装置会自动采取保护措施。
        装置自动启动前所涉及到的基本步骤包括:  ①投运防砂过滤器;②装置灌满水和冲洗;③启  动反洗水泵;④设置和调整反洗压力;⑤设置和  调整进气压力;⑥DCS系统上设置反洗时间间  隔;⑦DCS系统上设置夹气反洗时间间隔;⑧  DCS系统上设置化学分散剂清洗的时间间隔;⑨  DCS系统上设置并联装置反洗顺序。
        6.  3　手动调试程序
        6.  3.  1　启动
        根据进水确定超滤装置的允许最大产水量、  工作压力、反洗时间间隔。
超滤元件的进水压力应控制在膜两侧平均压力差≤0.  21MPa。  流量和压力的调整程序如下:
        (1)产水的调整
        打开产水阀,投运多介质过滤器;打开进水  阀,缓慢打开进水手动阀门,使产水流量达到要求  水量;如果同时有浓水排放,缓慢打开错流排放  阀,调节至需要的排放量;调整完毕后,关闭超滤  装置各阀门,准备进行反洗操作的调整设置。
        (2)反洗的调整
        打开正洗排水阀,启动反洗水泵,再打开反洗  进水阀,缓慢打开手动反洗阀门,调整手动反洗阀  门至压力≤0.  2MPa;调整完毕后,关闭超滤装置  各阀门,停运反洗泵,准备进行夹气反洗的调整设  置。
        (3)夹气反洗的调整
        打开正洗排水阀,且启动反洗水泵,再打开反洗进水阀,以及进气阀,然后缓慢开启并调整进气手动调节阀至进气压力为0.  1MPa;调整完毕之后,关闭超滤装置各阀门,停运反洗泵,系统设置  调整完毕。
        注意:化学分散剂清洗在系统运行过程中根据水质情况选择酸或碱洗装置之一,或两者均选用。化学分散清洗系统设备由加药箱和计量泵组成。
        6.  3.  2　停机
        打开正洗排水阀,冲洗15  s;缓慢关闭进水阀。
        7　超滤系统的正常操作及停车
        7.  1　正常操作
        当装置由手动控制将所有的流量、压力设置完毕后,关闭装置,然后以自动方式重新启动。关闭所有开关,将手动开关转为自动;启动超滤装置;调整产水压力保护开关,当产水压力高于设定值时,正洗排水阀自动开启。
        7.  2　停车
        (1)自动控制模式下的停车
        装置在自动模式下运行,但当下面的一些情况发生时,装置便会自动关闭或者不能投入自动运行。
        ①供水水泵未接到运行指令,或者泵的手动开关没有置于自动状态。②进水或产水出口压力过高。
        (2)装置长时间停车
        ①组件如短期停用(2~3  d),可以每天运行  30~60  min,以防止细菌污染。②组件如长期停  用(7  d以上),停运前对超滤装置进行1次手动  夹气反洗,并向装置内注入保护液(质量分数为  1%的亚硫酸氢钠溶液),关闭所有的超滤装置的进、出口阀门。每月检查1次保护液的pH值,如pH≤3时应及时更换保护液。③长时间关停后  重新投入运行时,应将超滤装置进行连续冲洗至排放水无泡沫。④停车期间,应自始至终保持超  滤膜处于湿态,一旦脱水变干,将会造成膜组件不  可逆损坏。
        8　结语
        (1)分散化学清洗要根据实际情况选用。由于水质碱性较大,碱洗易结垢,容易造成膜组件污堵,现已不用。
        (2)超滤装置前的保安过滤器要注意检查,  以防滤芯损坏后造成膜组件污堵。
        (3)长期停车后一定要补充保护液,并且要在保护液的pH≤3时及时更换保护液,以免造成膜组件老化。  

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