盐水精制工艺中膜组件运行问题分析与优化

陕西北元化工集团股份有限公司80万t/a离子膜法烧碱装置配套I、II期盐水生产线，采用全卤制碱工艺。该工艺利用地下盐矿资平井采集并输送至盐水工序精制后，供电解槽使用。盐水精制的核心设备是凯膜过滤器及其配套滤膜组件。1盐水精制工艺介绍从地下盐层开采出的原始卤水精制工艺流程如图1所示。首先与电解工序返回的淡盐水进行换热预热，随后投加次氯酸钠溶液进行初级处理，有效杀灭菌藻类生物并降解有机污染物，处理后的卤水进入化盐水罐暂存。通过化盐水泵将卤水输送至化盐水池，在此与精制剂充分混合形成粗盐水。粗盐水经加压泵提升至汽水混合器，与压缩空气进行气液混合后进入加压溶气罐，形成溶气水体系。胶体颗粒脱稳。预处理单元采用九层斜板沉降技术，通过重力分离实现高效固液分离：浮渣通过顶部排泥口排出，沉降污泥通过底部排泥口排放，二者均汇入盐泥槽集中处理；澄清液则从预处理器上部溢流堰自流进入反应槽。在反应槽中，通过精确计量投加的Na₂CO₃溶液与缓冲罐采用分流设计：部分盐水通过上部溢流口进入中间槽，经中间槽回流泵循环回缓冲罐以维持系统稳定性；主体盐水流则从缓冲罐器化盐水罐化盐池预处理器反应槽图1盐水精制工艺流程图2核心工序凯膜过滤器的工作原理凯膜过滤器结构如图2。纯水纯水出液口纯水溢流口叫不合格出口中排气口酸溢流口进液口中反冲液压缩空气进口生产水放净口下酸口排渣口上酸口出口图2凯膜过滤器结构图3凯膜过滤器运行情况分析3.1膜组件滤膜(膜管)介绍膜管长度≥1500mm,单组过滤面积0.72m²,过滤精度SS≤10-6,式：膜管上端采用0形圈与端盖机械连接密封，膜管底部密封采用融3.2膜组件滤膜(膜管)存在的问题分析度比内支撑管长2cm,使用6个月后被逐渐拉长至5cm;B厂膜滤芯(2)使用后的膜滤芯如图3所示。图3膜滤芯使用后褶皱变形示意图皱变形。0形圈密封，依靠螺栓紧固力将上端盖与下端盖固定。均为3个M8螺栓+10个M6内六角螺栓，检修维护发现有断裂及端盖内螺纹丝扣损坏图4检修维护时发现端盖损坏情况(4)膜组件密封垫在65℃的盐水工作环境中使用一段时间后，出现腐蚀、散架、脆化断裂等现象，具体如图5所示。垫片脆化断裂后不合格盐水泄漏至清液腔，导致过滤液不合格，不能保障安全平稳运图5脆化断裂的膜组件密封垫(5)膜组件再运行1个周期后，膜组表面截留了一部分杂质，主要质量分数15%~20%的盐酸浸泡+压缩空气鼓动酸洗，酸洗后过滤盐水中产生了大量黑色物质，置换1~3h后正常。置换导致大量水资源浪费。膜组件酸洗7天后，反冲洗操作时出现返黑现象(见图6)。图6酸洗后反冲洗出现返黑现象(6)正常运行时过滤器出现白色或黑色漂浮物。对全装置工艺排可能释放游离氯对膜滤芯内支撑造成腐蚀；排查3#折流槽的氯酸盐质量浓度是0.37g/L,氯酸盐指标正常。分析过滤器出现白色或黑色漂但离子膜老化穿孔后会有少量NaOH通过针孔进入阳极侧，并发生副反应生成氯酸盐，氯酸盐随淡盐水进入化盐系统形成饱和粗盐水。不断富集后粗盐水的氯酸盐浓度上升。酸洗时，虽然放空过滤器的粗盐水，但会有部分粗盐水残留在膜滤芯和内支撑管中，当酸洗液进入过滤器下筒体后，盐酸与膜滤芯表面的盐泥发生反应使杂质脱落。氯酸盐超标时将释放大量游离氯，这些游离氯全部聚集在内支撑管与膜滤4凯膜过滤器存在问题及优化改进4.1优化改进后的膜滤芯介绍2024年11月更换了C厂膜组件。单个膜组件含54根膜管，膜管长度1.5m,过滤面积1.55m²/套，过滤精度SS≤10-6。外开孔率烯(PTFE),但通过整体拉伸成型技术使表面光滑且无缝隙，硬度得到抗氧化、无开裂等性能。③末端封装采用机械方式(见图7)。④端盖处增加花盘镶嵌方式连结(见图8)。运行6个月未出现拆螺栓检查端厂商膜组件破损率降低80%,膜组件酸洗周期延长2倍以上，膜组件端图7升级后的膜滤芯示意图图8膜滤芯整体装配效果示意图4.2C厂商膜组件运行数据分析C厂商膜组件投用后进行了近1个月的运行监测，监测数据变化趋势如表1、图9所示。由+2价离子Ca²+、Mg²+质量浓度变化可知，膜组件对高价离子截留率通常较高，若质量浓度上升可能预示膜性能下降。由Cl质量浓度变化可知：质量浓度稳定表明盐水平衡性良好；波动大可能提示预处理失效。由Na质量浓度变化可知：与电导率相关性有效有关，6#~14#缓慢上升建议加强防垢清洗。Cl质量浓度全程稳定，在指标范围内。如果运行指标如表1且持续稳定，可以调整NaOH和Na₂CO₃的过碱量，间接地进行生产创效，同时比和优越性。表1C厂商膜组件过滤器投用后分析监测数据日期p(悬浮物)12中班345中班6705结语成型+新型内支撑+机械封装+花盘镶嵌连接),有效解决了膜破损率高、端盖渗漏、酸洗周期短等问题，膜组件破损率降低80%、酸洗周期延长2倍以上，并彻底消除端盖渗漏问题。C厂商膜组件投用后的运行小，膜完整性良好，反冲洗时间由32s优化至25s,进一步提升了过滤效