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水溫對反滲透裝置運行的影響及對策措施

文檔作者：陳乾榮何駒婁倫武王啟延文檔來源：貴州金赤化工有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月12日
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氮 肥 技 術(shù)反滲透是 20 世紀后期迅速發(fā)展起來的膜法水處理方法，它是將苦咸水處理、海水淡化，工業(yè)水制取除鹽水、純水、高純水等制備的最有效方法之一。它的核心技術(shù)是反滲透膜，該膜是一種用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能夠在外加壓力的作用下使水溶液中的某些組分選擇性透過，從而達到水體淡化、凈化的目的[1]。1 工藝流程簡介貴州金赤化工有限公司桐梓煤化工（簡稱金赤化工）一期工程以桐梓本地的高硫無煙煤為原料，采用 GE 水煤漿加壓氣化技術(shù)制取合成氣，用于生產(chǎn)液氨、甲醇，其中液氨通過深加工生產(chǎn)尿素。配套的除鹽水裝置設計產(chǎn)水量為 850m3/h，主要供給熱電鍋爐用于生產(chǎn)高壓蒸汽，同時負責提供全廠廢熱鍋爐補水和部分設備的沖洗及密封用水。除鹽水裝置補水主要有兩部分，一路是來自于原水凈化工段的新鮮生水；另一路是回收的工藝冷凝液、蒸汽冷凝液和透平冷凝液。其中補充的新鮮生水采用多介質(zhì)超濾→一、二級反滲透→陰、陽床→混床的處理工藝，處理能力為 420m3/h。工藝冷凝液處理系統(tǒng)為獨立系統(tǒng)，處理合格的工藝冷凝液除鹽水單獨外送。其工藝流程為：來自尿素車間的工藝冷凝液→板式換熱器→工藝冷凝液水箱→工藝冷凝液給水泵→活性炭過濾器→除鐵過濾器→工藝冷凝液中間水箱→工藝冷凝液中間水泵→精制陽床→精制混床→工藝冷凝液除鹽水箱→工藝冷凝液除鹽水泵→除氧水箱。透平冷凝液送至除鹽水站，經(jīng)循環(huán)水換熱降溫后與蒸汽冷凝液匯合進入蒸汽透平冷凝液水箱，再經(jīng)泵送至除鐵器后進入混床處理，得到的合格脫鹽水送脫鹽水箱。2 出現(xiàn)的問題金赤化工原水取自桐梓天門河水庫，受季節(jié)影響，進水溫度變化較大。在冬季，由于氣溫降水溫對反滲透裝置運行的影響及對策措施陳乾榮何駒 婁倫武 王啟延（貴州金赤化工有限責任公司 貴州桐梓 563200）摘 要 簡述了進水溫度對反滲透裝置的運行壓力、脫鹽率、壓降以及產(chǎn)水能力影響極為明顯，介紹該公司反滲透裝置出現(xiàn)了冬季產(chǎn)水量隨著水溫降低而呈現(xiàn)線性下降的情況，通過換熱裝置用蒸汽冷凝液加熱反滲透進水，在不增加新裝置和能耗的前提下解決了冬季產(chǎn)水量少的問題，有效保障了后續(xù)裝置的用水需求。關(guān)鍵詞 水溫 反滲透 影響 措施Effect of water temperature on reverse osmosis unit and countermeasuresCHEN Qian-rong HE Ju LOU Lun-wu WANG Qi-yan（Guizhou Jinchi Chemical Co., Ltd., Tongzi 563200, Guizhou Province）Abstract This paper sketches obvious effects of water temperature on operation pressure, desalination rate, pressure drop andproducing water capacity, it also introduces producing water capacity in winter appears linear decrease with reduction of watertemperature in reverse osmosis plants, through heating reverse osmosis feedwater with steam condensate, on condition of no-addingnew device and energy consumption which solves producing water capacity low in winter, guaranteed efficiently water demand forfollow-up devices.Keywords water temperature; reverse osmosis; effect; measures22 2015 年第 36 卷第 1 期圖 2 除鹽水裝置補水改造工藝流程簡圖低，除鹽水站補水水溫降至 5～9℃，一級反滲透的總產(chǎn)水量由額定 420 m3/h 降至 280 m3/h 左右。產(chǎn)水量的降低嚴重影響了后續(xù)裝置的運行，甚至出現(xiàn)降低生產(chǎn)負荷來維持裝置水平衡的尷尬局面。單套反滲透裝置運行參數(shù)見表 1。由表 1 可以看出，反滲透膜產(chǎn)水電導對進水水溫的變化十分敏感，隨著水溫的增加，產(chǎn)水量也隨之增加，進水水溫每升高 1℃，產(chǎn)水量就增加2.5％～3.0％，同時，脫鹽率也稍有下降。3 原因分析出現(xiàn)上述問題的原因，一方面是隨著水溫的增加，透過膜的水分子粘度下降、擴散性能增強，另一方面膜孔隙受熱脹冷縮影響，造成鹽分透過膜的擴散速度會因溫度的提高而加快。溫度對反滲透產(chǎn)水量的影響見圖 1。另外，進水溫度低還會造成反滲透膜組件壓力升高，部分蝶閥管件出現(xiàn)內(nèi)漏，噸產(chǎn)水電耗增大，停運養(yǎng)護困難等諸多問題。因此，冬季反滲透進水溫度低已成為急待解決的問題。4 解決措施4.1 改造方法金赤化工蒸汽冷凝液采用板式換熱器外加循環(huán)水進行冷卻，設計冷卻水量 qv1=350m3/h，T1=60℃，T2≤45℃，換熱面積 110m2，設計壓力1.0MPa，換熱片材質(zhì) 304。為保證除鹽水的正常供水，將除鹽水站補水管用 DN200 的碳鋼管引至板式換熱器，利用蒸汽冷凝液進行換熱，提高除鹽水站補水溫度。4.2 理論計算根據(jù)板式換熱器計算公式：其中 Q：熱負荷（換熱量），單位 W（1kal=1.163W）qv1：熱介質(zhì)的流量，單位 m3/h; qv2：冷介質(zhì)流量，單位 m3/h ;籽1：熱介質(zhì)密度，單位 kg/m3;籽2：冷介質(zhì)密度，kg/m3;Cp1：熱介質(zhì)比熱容，單位 kJ/kg℃；Cp2：冷介質(zhì)比熱容，單位 kJ/kg℃；T1：熱介質(zhì)進口溫度，單位℃；T2：熱介質(zhì)出口溫度，單位℃；t1：冷介質(zhì)出口溫度，單位℃；t2：冷介質(zhì)進口溫度，單位℃。由于換熱器中冷介質(zhì)是工藝補水，熱介質(zhì)是蒸汽冷凝液，雖然水質(zhì)有差別，但比熱容及密度近似相等，得出：裝置實際運行過程中，蒸汽冷凝液流量在200～350 m3/h 之間；工藝補水在 200～450 m3/h之間；當冬季工藝補水溫度降至 5～9℃時，由于蒸汽冷凝液進入板式換熱器溫度基本穩(wěn)定在50～60℃，經(jīng)板式換熱器換熱后出口溫度降至30～35℃，工藝補水出水溫度升至 25～30℃。經(jīng)過除鹽水系統(tǒng)進一級反滲透之前溫度穩(wěn)定在20～25℃之間，完全滿足反滲透正常運行時進水溫度要求。除鹽水裝置補水改造后的工藝流程簡圖見圖 2。另外，板式換熱器換熱片材質(zhì)采用 304 不銹鋼材質(zhì)，原水取水 pH 在 7.5～8.5 之間，進水電導在 300～400us/cm 之間，除無水質(zhì)穩(wěn)定劑之外，其余水質(zhì)指標均高于循環(huán)冷卻水，完全滿足換熱器材質(zhì)要求。日期進水電導/Us·cm-1進水溫度 /℃進水壓力/MPa產(chǎn)水流量/m3·h-12012-01-20 364 8.7 1.12 652012-04-21 372 15.7 0.96 1022012-07-20 389 26.3 0.83 1282012-10-20 374 17.8 0.93 117表 1 單套反滲透裝置不同月份運行情況表圖 1 溫度對反滲透產(chǎn)水量的影響脫鹽率 /% 產(chǎn)水量 GFD溫度 /℃( ) ( )3.6 3.621 221 22 11ttCqTTCqQpv pv -=-=ρ1 ρ( ) ( ) 212211v - = v -ttqTTq板式換熱器原循環(huán)水管線進生水箱200200新增管線新增管線除鹽水補水管原循環(huán)水管線（下轉(zhuǎn)第 26 頁）第 1 期 陳乾榮，等：水溫對反滲透裝置運行的影響及對策措施 23氮 肥 技 術(shù)5 實施效果5.1 運行情況除鹽水補水改造后，冬季溫度較低時，除鹽水工藝補水改走板式換熱器，用蒸汽冷凝液進行換熱，經(jīng)過換熱后工藝補水溫度可達 20~25℃，完全滿足反滲透裝置進水要求。夏季補水溫度較高時切換至循環(huán)水管線，用循環(huán)水對蒸汽冷凝液進行冷卻，冬季補水溫度較低時，補水全部通過板式換熱器用冷凝液進行換熱，春秋季則通過調(diào)整旁路蝶閥的開度來實現(xiàn)部分換熱，保證冷凝液出水溫度的同時也控制好工藝補水溫度。單套反滲透裝置運行參數(shù)見表 2。從以上數(shù)據(jù)可看出，通過技改，一級反滲透 A組全年運行水溫穩(wěn)定，產(chǎn)水量及產(chǎn)水水質(zhì)變化較小。2014 年 2 月份裝置停車檢修，對板式換熱器拆開檢查，從檢查結(jié)果來看，換熱片之間除冷水側(cè)有輕微的沉積垢外，其余部位無明顯結(jié)垢和腐蝕。這是因為，除鹽水裝置補水是經(jīng)原水凈化后濁度＜3NTU, 水庫水常年弱堿性，電導較低，Cl及 Fe3+ 等腐蝕離子極低，對板式換熱器 304 材質(zhì)無較大影響。5.2 運行效果單套反滲透裝置產(chǎn)水按 120t/h，節(jié)約 20t/h，兩套反滲透裝置節(jié)約 40t/h 水，年運行時間按300d，每年節(jié)約用水 28.8 萬 t，每噸水按 5 元計算，每年節(jié)約 144 萬元。另外，可將 300m3/h 進水水溫提高 10℃左右，每年可回收低位熱能共計1.26×107 kJ 的熱量。通過技術(shù)改進，反滲透裝置進水溫度低的問題得以完全解決，產(chǎn)水量得到了有效保證，與此同時，反滲透補水溫度穩(wěn)定，更有利于反滲透裝置的保養(yǎng)和運行。同時，由于進水溫度提高，進水壓力可以適當降低，延長了設備使用壽命；噸純水耗電量也明顯降低；后系統(tǒng)的離子交換器溫度提高，加快了離子交換反應速率，出水水質(zhì)明顯提高等。6 結(jié)論金赤化工將除鹽水補水通過板式換熱器用蒸汽冷凝液進行加熱，成功解決了氣溫較低時反滲透裝置進水溫度低的問題，保證了裝置的產(chǎn)水能力和后系統(tǒng)的滿負荷運行，不但回收了部分余熱，同時減少了循環(huán)水的用量，取得了良好的經(jīng)濟效益。參考文獻[1] 官赟赟，顧錫慧，等．反滲透濃水處理技術(shù)的試驗研究[J].工業(yè)水處理，2014，34（2）：34-36.（收稿日期：2014-08-22）表 2 改造后單套反滲透裝置不同月份運行情況表日期 進水電導/Us·cm-1進水溫度/℃進水壓力/MPa產(chǎn)水流量/m3·h-12013-01-20 364 23 0.99 1042013-05-01 382 22 0.95 1152013-08-17 395 25 0.96 1072013-12-03 377 23 0.94 115123.84 萬元（電價按照 0.43 元 /kW·h，年運行時間按 8 000h 計算）。②2#、3# 脫硫塔以及氧化再生塔一般 5a 就應該刷一遍防腐漆，每刷一回防腐漆需要費用 5 萬元，三臺設備共需防腐費用 15 萬元。這樣計算平均每年可節(jié)省 3 萬元。③通過近三年中小修費用統(tǒng)計，平均每年用在 2#、3# 脫硫塔以及氧化再生塔和其所屬的管線、閥門的維護費用是 2.6 萬元，即每年可節(jié)省維護費 2.6 萬元。④現(xiàn)在較改造前減少了 100m3/h 溶液循環(huán)量。按照全年化工原材料消耗費用統(tǒng)計，每年可節(jié)省的化工原材料消耗費用為 10 萬元。⑤360kW 脫硫泵停開后，每年 46# 潤滑油費用可節(jié)省 0.2 萬元。共計年節(jié)省費用為 139.64 萬元。（2）改造后，根據(jù)實際運行結(jié)果來看，以前三臺脫硫塔并聯(lián)能夠完成的任務，現(xiàn)在只用 1# 脫硫塔就可以完成，處理的總氣量為 100 000~110 000Nm3/h。（3）整個脫硫系統(tǒng)運行平穩(wěn)，采用 DCS 控制系統(tǒng)，操作簡便，系統(tǒng)能安全穩(wěn)定長周期運行，取得了很好的節(jié)能降耗效果。（收稿日期：2014-11-15）（上接第 23 頁）26 2015 年第 36 卷

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