全膜法脱盐水加药系统设计探讨

全膜法脱盐水加药系统设计探讨

孙林

（南京龙源环保有限公司）

摘要：加药系统是全膜法制备脱盐水系统中必不可缺的一部分，是全膜法脱盐水制备系统连续稳定运行，膜元件使用寿命，安全生产，运行成本控制的关键因素之一。加药系统设计主要包括系统设计、设备选型、设备布置、管道布置、药剂混合、加药量控制、仪表定值等设计，以上各个环节设计是否合理，均会对除盐水系统运行造成不同程度的影响。本文以连云港石化有限公司脱盐水装置的加药系统设计为依托进行设计探讨，提出设计中的一些设计要点和可优化之处以供参考。

关键词：全膜法,加药装置，计量泵，管道混合器

引言：除盐水制备系统工艺主要有离子交换法和全膜法（超滤+两级反渗透+EDI）工艺，而离子交换法生产过程中需要再生，会消耗大量的酸碱，产生大量酸碱废水，而全膜法工艺较为环保，产生废水量少，成为目前较为主流的脱盐水制备工艺。且随着现代化工业生产的集中性，超大规模性发展。除盐水系统作为工业生产中的公用工程部分也随之规模超大化，除盐水生产规模超过1000T/h的装置在国内也越来越多。且除盐水在工厂生产过程中覆盖面也变得越来越广，对工艺生产影响也越来越大。加药装置作为脱盐水系统一个子系统，其影响力在生产过程中也不可忽视。

1. 连云港石化有限公司脱盐水处理装置加药系统设计

脱盐水装置加药系统设计有酸加药系统、碱加药系统、次氯酸钠加药系统、阻垢剂加药系统、还原剂加药系统、非氧化性杀菌剂、PAC加药系统等7个加药系统。酸加药系统主要供超滤CEB酸反洗以及浓水反渗透进水PH调节用；碱加药系统主要供超滤CEB碱反洗和二级RO加碱PH调节用；次氯酸钠加药系统主要供原水加药和超滤CEB反洗氧化剂加药；阻垢剂、非氧化性杀菌剂主要供一级RO和浓水RO进水加药；还原剂主要供一级RO进水加药；PAC主要供超滤反洗水回收絮凝加药。加药系统还设计有酸、碱、次氯酸钠储罐各1只。

整个脱盐水装置厂房占地约160mx40m,加药间布置在厂房的东南角，加药间设置有就地机柜间。酸、碱储罐布置在室外，次氯酸钠储罐布置在室内。

二、设计要点浅析

1）系统设计要点

其中非氧化性杀菌剂在大型脱盐水系统中建议一定要设置，在大型化学水处理系统中，超滤水箱、一级RO水箱、RO浓水箱等水箱体积较大，那么水箱内水的流动性、抗污染性较差，更容易滋生细菌。针对小型脱盐水系统，中间水箱容积较小，如原水设置次氯酸加药，则非氧杀菌剂加药系统可以不设置固定加药装置，可以预留加药接口，采用移动式非氧加药系统，进行冲击性投加即可。

每台计量泵出口建议设置单独的安全阀、阻尼器、压力表，阻尼器应装在计量泵出口正上方，阻尼效果较好。计量泵进口总管上应设置标定柱，用于计量泵的流量标定。

计量泵入口应设置过滤器，每台计量泵宜单独设置，如总管设置过滤器，过滤器应设置旁路，便于检修。

2）设备及材质选型

容器设备质选择应考虑介质的防腐，还应结合布置的美观性。液体药剂储罐材质建议选用刚衬胶或FRP材质储罐。碱储罐可以选择碳钢或不锈钢材质，碱液在10°以下时，容易产生结晶，因此根据当地气候，碱储罐一般应考虑加热措施。碱储罐选用非金属材质时，应注意碱罐的加热方式，宜采用电加热。采用金属材质时可采用热水或蒸汽伴热，但采用蒸汽伴热时，应注意蒸汽伴热管与碱液输送管不宜直接接触，避免高温下碱液对钢材的腐蚀，浓度30%以下碱液，当温度达到100℃时，碱液对碳钢管道有应力腐蚀风险^[1]。

考虑设备运行对生产人员的及周围设备的腐蚀性，酸、碱、次氯酸钠药剂计量泵建议选用双隔膜计量泵，双隔膜计量泵带有隔膜破裂报警的多层隔膜结构，可保证计量泵加药安全、无漏液。其它危险性系数较小的阻垢剂、还原剂、PAM、非氧化性杀菌剂等加药计量泵可选用单隔膜计量泵，减少投资成本。

管道及阀门材质选用建议如下：加药系统管道及其它附件材质建议选用非金属材质，如UPVC材质。碱管可选用不锈钢材质，当选用不锈钢材质时，应注意不锈钢管道的连接方式，不锈钢管道之间不应采用螺纹连接，容易泄露，应采用焊接或法兰连接形式，但其内部管道从配管紧凑美观考虑，宜采用卡箍连接。

3. 设备布置及管道布置

对于腐蚀性较大的酸、碱储罐宜布置在室外，可以减少酸雾对建构筑物及设备的腐蚀性、降低工程投资、方便卸车。计量箱与加药泵布置应根据现场用地情况，可以分开布置设计也可以撬装型式设计。如用地紧张，计量泵数量较多，且要求单独设置配电机柜间，加药间设备布置建议计量箱与计量泵分开布置，计量泵单独撬装供货，计量箱与计量泵之间管道现场施工，此布置型式较为美观。为保证加药系统管道及设备施工质量，计量泵进出口管道及附件安装一般应在工厂组装撬装供货。需要人工巡检及人工投药的设备，须考虑相应的操作平台设计。操作平台的设置高度应适宜，平台面一般距加药点高度900mm左右。从安全角度考虑，操作平台应设置护栏。

加药间环境卫生相对其他区域来说较为恶劣，因此对于加药间的场地冲洗也引起足够的重视，加药系统跑冒滴漏，运行检修等，均需进行场地冲洗，因此场地冲洗、洗眼器上水等均不可遗漏。

加药间管道一般UPVC管道较多，塑料管道刚性较差，支架间距要求较密，

因此在脱盐水装置管道整体规划时，就应预留好加药管道位置，加药管道应尽量集中布置。UPVC管道支架可采用连续梁支架，或由结构专业设置，次梁间距不应超过UPVC厂家规定的支架间距，次梁间距宜按0.8m设计。

3. 药剂混合设计

药剂混合一般采用管道混合器，脱盐水系统中加药管道混合器一般多采用静态混合器，静态混合器一般由2到3组按一定角度交叉的固定叶片组成，叶片角度一般为60-90度，相邻两组叶片应顺时针和逆时针交错布置。药剂加入至混合器前端，通过管道混合器时，被多次分割，水流方向发生改变，产生涡旋，使药剂快速充分混合。

药剂投加于水中,通过扰流元件形成湍流，有利于药剂分散，按照层流理论，水体搅动，需消耗能量或引起水头损失变化，耗散在水体上的功率值可由水流速度梯度值体现。对于多套反渗透系统，采用总管加药，当反渗透投运数量波动较大，应注意管道混合器对药剂的混合效果。

以还原剂投加为例，如10套出力为200m³/h的反渗透系统，当一级反渗透全部运行时，反渗透进水总量约为2665m³/h，则进水管设计直径为DN700，根据Komax建议公式h=0.1184*Q²/D^4.4*n^[2],其中n为管道混合器叶片组数，根据甘不公式，速度梯度G=（γh/μ/t）^0.5，一般≮700S^-1。下表为反渗透投运数量与总管加药管道混合器之间关系。

从以上表中可看出，10套反渗透投运数量为3套时，速度梯度G值＜700S^-1，不满足药剂混合要求。从药剂混合均匀度上考虑，如采用总管加药，仅在总管上设置一个管道混合器的情况下，则反渗透投运数量应保证在4套以上。如要保证任何投运数量下，反渗透系统药剂均能充分混合均匀，则可考虑设置1个DN300的旁路，投运数量在4套以下时，加药系统通过旁路过滤器运行。

三、结束语

加药系统在全膜法脱盐水系统设计中至关重要，在设备布置设计过程中要从药剂搬运方便、安全环境卫生等方面考虑。在系统设计时应考虑脱盐水系统运行方式对加药系统的影响，还应注重设备选型时的计算。

参考文献：

[1] 左景伊、左禹著，腐蚀数据与选材手册，P341页。

[2] 张玉先、邓慧萍、张硕等编，现代给水处理构筑物与工艺系统设计计算，P18页。