脱气膜原理及工程实例应用

脱气膜原理及工程实例应用

许颖

大唐东北电力试验研究院有限公司吉林长春130012

摘要：水中溶氧及游离二氧化碳均是造成给水系统腐蚀的主要因素。锅炉给水除氧及二氧化碳是保证锅炉安全经济运行的关键。本文通过工程实例的系统设计、框架组装、运行参数等介绍脱气膜的原理及应用，并确保脱气膜工艺高效稳定运行，充分体现了脱气膜技术在水处理除氧工艺应用的优越性。

关键词：脱气膜；水处理；除氧工艺

PrincipleandEngineeringApplicationofDegastreatmentbyMembrane

Keywords:Liqui-Cel;Watertreatment;DegastreatmentbyMembrane

锅炉的各种故障与氧腐蚀有关的占40%以上，约有70%的锅炉存在不同程度的氧腐蚀，给经济和生产造成了重大损失[1]。锅炉的金属氧腐蚀是一种电化学腐蚀，又称为去极化腐蚀。当锅炉给水中残留有溶解氧和二氧化碳时，管壁金属中的纯铁与杂质之间产生电位差，形成无数个微小的腐蚀电池[2]。亚铁离子（Fe2+）遇溶解氧会变成氢氧化亚铁，而Fe(OH)2是不稳定的，管壁金属便很快遭到腐蚀，Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分[3]。

膜法除氧的优点是占地面积小，重量轻，运行成本低，在封闭系统内进行脱气，清洁、无污染，易于管理，常温运行，无化学品消耗，膜的使用寿命长，操作方便，稳定运行，在除氧的同时还可以去除水中二氧化碳等气体，除氧水质好，对环境无二次污染[4]。这种能够在常温状态下去除锅炉给水中氧的方法，能够保证用水安全，高效节能，将会逐步成为取代传统除氧方式的高科技换代产品。

1、脱气膜原理

脱气膜的材质为聚丙烯高分子聚合物材料和聚四氟乙烯高分子聚合物的憎水微孔中空纤维膜材料，使得水中溶解的气体可通过膜上微孔达到气水分离的效果。该膜由若干根微孔中空聚丙烯纤维编织排列而成，它缠绕在一根布水管上，由于该中空纤维是非亲水性的，故而水流不会渗入微孔中，对水流施加一个相对于气流来说较高的压力可以使微孔处气/液界面保持稳定，脱气膜中装有大量的中空纤维可以扩大气液界面的面积，从而使脱气速度加快。一般用高纯氮气作为吹脱气去除水中的氧气和二氧化碳。

2、脱气膜工艺在实际工程的应用

2.1工程概述

该工程为上海某热工水系统，按设计要求需要使用无污染、无结垢、低腐蚀的补给水源。为了满足用水水质的要求，成套系统采用全膜法设计，其中包含了超滤，反渗透以及脱气膜系统。使其能有效的去除原水中的悬浮固体，胶体物质，化学需氧量，盐分及可溶气体。全膜法系统流程为：城市自来水→清水池→清水泵→加热器→自清洗过滤器→超滤装置→超滤产水池→超滤产水泵→反渗透保安过滤器→反渗透高压泵→反渗透装置→反渗透产水池→补水泵→脱气膜保安过滤器→脱气膜装置→冷（热）媒水系统。

本系统设计最终出力2×20m3/h（25℃），超滤膜设计通量为65L/m2·h，反渗透膜设计通量为22L/m2·h。脱气膜组件单套出力20m3/h（25℃），其回收率为100%，设计出水O2含量为≤0.01mg/L，脱气率为≥99.98%。

2.2脱气膜工艺流程及组件

该项目脱气膜采用脱气膜组件去除反渗透产水中的溶解氧及二氧化碳。脱气膜组件采用二并二串联设计模式，其工艺流程图如图2所示。

图2脱气膜系统工艺流程图

①脱气膜保安过滤器②脱气膜组件③汽水分离器④水环式真空泵

2.3脱气膜运行注意事项

2.3.1脱气膜的启动

脱气膜运行启动首先进行的是液相启动。在启动操作过程中切记不要关闭气体真空口，脱气装置上共有两个气体真空口起到了一个安全泄放作用，以保证压力不至于累积过高，造成膜的损伤。然后启动给水泵，缓慢地将水引入系统内，以确保水的压力及流速不超过最大允许操作极限值。通过适当的调节系统装置的阀门来调节水的进入压力和流速至要求值。流量为10m3/h，压力为0.4MPa。其次进行真空脱气模式的启动。通过调节氮气输送系统上的压力调节阀门来设置进入脱气装置的氮气压力≤1Psig(0.07bar)。通过调节气体阀门来设置总的氮气流量值，流量为0.7Nm3/h，以达到引入高纯氮气至每根脱气膜的目的。最后再开启真空泵冷却水进口阀门，启动真空泵。调节真空泵入口气体的绝对压力至期望值。

2.3.2脱气膜的停机

脱气膜的停机需先停给水泵。保持继续通氮气1小时。然后再停止真空泵，关闭冷却水阀门。

脱气膜的停机需做停机保护，缓慢的关闭进水和出水阀门，以停给水泵，继续保持通氮气1小时，之后只关闭氮气的出口阀门，使水中的氮气达到饱和状态，在停车期间维持一个低的氮气压力，一般氮气压力维持0.07～0.14kg/cm2，此停机保护法可有效抑制细菌的生长。在长期停车期间为防止细菌等微生物的生长，还可使液体侧充满生物杀菌剂，例如：2000ppm的偏亚硫酸氢钠（SMS），监控生物杀菌剂的水平以维持它的效力。

2.3.3脱气膜停机后的启动

脱气膜长期停车期间，其内部水会被浓缩，因此在脱气膜长期停车后的启动需先将膜内的水排放掉，然后打开真空入口阀，启动真空泵，再打开气体出口阀。打开氮气进口阀，增加氮气的进气压力至2.1kgf/cm2，时间为10分钟。

2.3.4脱气膜的运行监测和维护

在脱气膜运行过程中若发现泄漏，则需及时修整。正常运行情况下氮气进气压力≤1Psig(0.07bar)，冷却水温度控制在10～15℃，真空泵冷却水（补充水）压力略高于大气压，小于0.1kgf/cm2（0.1bar）以下连续排污。当设备停运时，应将真空泵、液体分离器的排污阀门关闭，或者在下次泵启动前冲洗进行灌泵，灌泵要求灌至泵中心轴的高度。

3、结语

脱气膜装置于系统中满足了设计性能要求：设计出力为2×20m3/h（25℃），水回收率为100%，设计出水O2含量＜0.01mg/L，实际运行中产水中的溶解氧的含量低于5ppb，大大高于设计的预期。运行压力维持在0.2～0.7Mpa之间。其占地面积小，运行方便稳定，清洁，无化学品污染，无需增设增压泵压损小等优点得到认可。

参考文献：

[1]张艳红,方士宾,高普兵.采暖锅炉氧腐蚀原因分析及防护措施[J].运行管理,2002(2):49.

[2]张兆杰,桑清莲等.锅炉水处理技术[M].黄河水利出版社,2003.

[3]顾月雷.脱气膜在水处理除氧工艺中的应用[J].第4届全国医药行业膜分离技术应用研讨会论文集，2007,6:55-58

[4]苏丹.中空纤维膜脱除气体以及在锅炉给水中应用分析，北京交通大学，2006.3：60-61

作者：许颖，工程师，化学水处理，大唐东北电力试验研究院有限公司，吉林省长春市高新区蔚山路3195号。