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水温对反渗透装置运行的影响及对策措施

文档作者：陈乾荣何驹娄伦武王启延文档来源：贵州金赤化工有限责任公司		点击数：	更新时间： 2025年05月12日
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氮 肥 技 术反渗透是 20 世纪后期迅速发展起来的膜法水处理方法，它是将苦咸水处理、海水淡化，工业水制取除盐水、纯水、高纯水等制备的最有效方法之一。它的核心技术是反渗透膜，该膜是一种用特殊材料和加工方法制成的、具有半透性能的薄膜。它能够在外加压力的作用下使水溶液中的某些组分选择性透过，从而达到水体淡化、净化的目的[1]。1 工艺流程简介贵州金赤化工有限公司桐梓煤化工（简称金赤化工）一期工程以桐梓本地的高硫无烟煤为原料，采用 GE 水煤浆加压气化技术制取合成气，用于生产液氨、甲醇，其中液氨通过深加工生产尿素。配套的除盐水装置设计产水量为 850m3/h，主要供给热电锅炉用于生产高压蒸汽，同时负责提供全厂废热锅炉补水和部分设备的冲洗及密封用水。除盐水装置补水主要有两部分，一路是来自于原水净化工段的新鲜生水；另一路是回收的工艺冷凝液、蒸汽冷凝液和透平冷凝液。其中补充的新鲜生水采用多介质超滤→一、二级反渗透→阴、阳床→混床的处理工艺，处理能力为 420m3/h。工艺冷凝液处理系统为独立系统，处理合格的工艺冷凝液除盐水单独外送。其工艺流程为：来自尿素车间的工艺冷凝液→板式换热器→工艺冷凝液水箱→工艺冷凝液给水泵→活性炭过滤器→除铁过滤器→工艺冷凝液中间水箱→工艺冷凝液中间水泵→精制阳床→精制混床→工艺冷凝液除盐水箱→工艺冷凝液除盐水泵→除氧水箱。透平冷凝液送至除盐水站，经循环水换热降温后与蒸汽冷凝液汇合进入蒸汽透平冷凝液水箱，再经泵送至除铁器后进入混床处理，得到的合格脱盐水送脱盐水箱。2 出现的问题金赤化工原水取自桐梓天门河水库，受季节影响，进水温度变化较大。在冬季，由于气温降水温对反渗透装置运行的影响及对策措施陈乾荣何驹 娄伦武 王启延（贵州金赤化工有限责任公司 贵州桐梓 563200）摘 要 简述了进水温度对反渗透装置的运行压力、脱盐率、压降以及产水能力影响极为明显，介绍该公司反渗透装置出现了冬季产水量随着水温降低而呈现线性下降的情况，通过换热装置用蒸汽冷凝液加热反渗透进水，在不增加新装置和能耗的前提下解决了冬季产水量少的问题，有效保障了后续装置的用水需求。关键词 水温 反渗透 影响 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 期图 2 除盐水装置补水改造工艺流程简图低，除盐水站补水水温降至 5～9℃，一级反渗透的总产水量由额定 420 m3/h 降至 280 m3/h 左右。产水量的降低严重影响了后续装置的运行，甚至出现降低生产负荷来维持装置水平衡的尴尬局面。单套反渗透装置运行参数见表 1。由表 1 可以看出，反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感，随着水温的增加，产水量也随之增加，进水水温每升高 1℃，产水量就增加2.5％～3.0％，同时，脱盐率也稍有下降。3 原因分析出现上述问题的原因，一方面是随着水温的增加，透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强，另一方面膜孔隙受热胀冷缩影响，造成盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。温度对反渗透产水量的影响见图 1。另外，进水温度低还会造成反渗透膜组件压力升高，部分蝶阀管件出现内漏，吨产水电耗增大，停运养护困难等诸多问题。因此，冬季反渗透进水温度低已成为急待解决的问题。4 解决措施4.1 改造方法金赤化工蒸汽冷凝液采用板式换热器外加循环水进行冷却，设计冷却水量 qv1=350m3/h，T1=60℃，T2≤45℃，换热面积 110m2，设计压力1.0MPa，换热片材质 304。为保证除盐水的正常供水，将除盐水站补水管用 DN200 的碳钢管引至板式换热器，利用蒸汽冷凝液进行换热，提高除盐水站补水温度。4.2 理论计算根据板式换热器计算公式：其中 Q：热负荷（换热量），单位 W（1kal=1.163W）qv1：热介质的流量，单位 m3/h; qv2：冷介质流量，单位 m3/h ;籽1：热介质密度，单位 kg/m3;籽2：冷介质密度，kg/m3;Cp1：热介质比热容，单位 kJ/kg℃；Cp2：冷介质比热容，单位 kJ/kg℃；T1：热介质进口温度，单位℃；T2：热介质出口温度，单位℃；t1：冷介质出口温度，单位℃；t2：冷介质进口温度，单位℃。由于换热器中冷介质是工艺补水，热介质是蒸汽冷凝液，虽然水质有差别，但比热容及密度近似相等，得出：装置实际运行过程中，蒸汽冷凝液流量在200～350 m3/h 之间；工艺补水在 200～450 m3/h之间；当冬季工艺补水温度降至 5～9℃时，由于蒸汽冷凝液进入板式换热器温度基本稳定在50～60℃，经板式换热器换热后出口温度降至30～35℃，工艺补水出水温度升至 25～30℃。经过除盐水系统进一级反渗透之前温度稳定在20～25℃之间，完全满足反渗透正常运行时进水温度要求。除盐水装置补水改造后的工艺流程简图见图 2。另外，板式换热器换热片材质采用 304 不锈钢材质，原水取水 pH 在 7.5～8.5 之间，进水电导在 300～400us/cm 之间，除无水质稳定剂之外，其余水质指标均高于循环冷却水，完全满足换热器材质要求。日期进水电导/Us·cm-1进水温度 /℃进水压力/MPa产水流量/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 单套反渗透装置不同月份运行情况表图 1 温度对反渗透产水量的影响脱盐率 /% 产水量 GFD温度 /℃( ) ( )3.6 3.621 221 22 11ttCqTTCqQpv pv -=-=ρ1 ρ( ) ( ) 212211v - = v -ttqTTq板式换热器原循环水管线进生水箱200200新增管线新增管线除盐水补水管原循环水管线（下转第 26 页）第 1 期 陈乾荣，等：水温对反渗透装置运行的影响及对策措施 23氮 肥 技 术5 实施效果5.1 运行情况除盐水补水改造后，冬季温度较低时，除盐水工艺补水改走板式换热器，用蒸汽冷凝液进行换热，经过换热后工艺补水温度可达 20~25℃，完全满足反渗透装置进水要求。夏季补水温度较高时切换至循环水管线，用循环水对蒸汽冷凝液进行冷却，冬季补水温度较低时，补水全部通过板式换热器用冷凝液进行换热，春秋季则通过调整旁路蝶阀的开度来实现部分换热，保证冷凝液出水温度的同时也控制好工艺补水温度。单套反渗透装置运行参数见表 2。从以上数据可看出，通过技改，一级反渗透 A组全年运行水温稳定，产水量及产水水质变化较小。2014 年 2 月份装置停车检修，对板式换热器拆开检查，从检查结果来看，换热片之间除冷水侧有轻微的沉积垢外，其余部位无明显结垢和腐蚀。这是因为，除盐水装置补水是经原水净化后浊度＜3NTU, 水库水常年弱碱性，电导较低，Cl及 Fe3+ 等腐蚀离子极低，对板式换热器 304 材质无较大影响。5.2 运行效果单套反渗透装置产水按 120t/h，节约 20t/h，两套反渗透装置节约 40t/h 水，年运行时间按300d，每年节约用水 28.8 万 t，每吨水按 5 元计算，每年节约 144 万元。另外，可将 300m3/h 进水水温提高 10℃左右，每年可回收低位热能共计1.26×107 kJ 的热量。通过技术改进，反渗透装置进水温度低的问题得以完全解决，产水量得到了有效保证，与此同时，反渗透补水温度稳定，更有利于反渗透装置的保养和运行。同时，由于进水温度提高，进水压力可以适当降低，延长了设备使用寿命；吨纯水耗电量也明显降低；后系统的离子交换器温度提高，加快了离子交换反应速率，出水水质明显提高等。6 结论金赤化工将除盐水补水通过板式换热器用蒸汽冷凝液进行加热，成功解决了气温较低时反渗透装置进水温度低的问题，保证了装置的产水能力和后系统的满负荷运行，不但回收了部分余热，同时减少了循环水的用量，取得了良好的经济效益。参考文献[1] 官赟赟，顾锡慧，等．反渗透浓水处理技术的试验研究[J].工业水处理，2014，34（2）：34-36.（收稿日期：2014-08-22）表 2 改造后单套反渗透装置不同月份运行情况表日期 进水电导/Us·cm-1进水温度/℃进水压力/MPa产水流量/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 万元（电价按照 0.43 元 /kW·h，年运行时间按 8 000h 计算）。②2#、3# 脱硫塔以及氧化再生塔一般 5a 就应该刷一遍防腐漆，每刷一回防腐漆需要费用 5 万元，三台设备共需防腐费用 15 万元。这样计算平均每年可节省 3 万元。③通过近三年中小修费用统计，平均每年用在 2#、3# 脱硫塔以及氧化再生塔和其所属的管线、阀门的维护费用是 2.6 万元，即每年可节省维护费 2.6 万元。④现在较改造前减少了 100m3/h 溶液循环量。按照全年化工原材料消耗费用统计，每年可节省的化工原材料消耗费用为 10 万元。⑤360kW 脱硫泵停开后，每年 46# 润滑油费用可节省 0.2 万元。共计年节省费用为 139.64 万元。（2）改造后，根据实际运行结果来看，以前三台脱硫塔并联能够完成的任务，现在只用 1# 脱硫塔就可以完成，处理的总气量为 100 000~110 000Nm3/h。（3）整个脱硫系统运行平稳，采用 DCS 控制系统，操作简便，系统能安全稳定长周期运行，取得了很好的节能降耗效果。（收稿日期：2014-11-15）（上接第 23 页）26 2015 年第 36 卷

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