摘要：针对大唐南京发电厂2×660MW超超临界机组化学超滤系统冬季运行期间进水加热器出水温度控制不当造成超滤膜损坏的的原因进行了分析，指出了由于设计等原因，造成超滤系统在单套运行并反洗时，造成出水水温过高是必然的，也是难以避免的。通过研究，决定在不对现有设备作重大改变的前提下在，通过增加超滤进水管旁路排水管的方法，保持超滤进水在超滤装置反洗时也不断流，从而彻底解决了单套超滤装置运行反洗时因断水而造成加热器内水被加热到高温后损坏超滤膜问题。
关键词：超滤装置；进水加热器；水温；旁路；DCS逻辑
大唐南京发电厂原为大唐南京下关发电厂，异地搬迁扩建两台660MW超超临界燃煤发电机组，两台机组于2010年底前分别投入商业运行。
大唐南京发电厂化水系统由江苏省电力设计院设计，江苏省电力建设第一工程公司承建，江苏兴源电力工程监理公司监理。
大唐南京发电厂原水水源为长江水，水质常年稳定，其设计的水处理工艺流程为：长江水→循环水泵→循环水母管→原水升压泵→接触絮凝反应沉淀池→消防水池（工业水池）→工业水泵→工业水管网→进水加热器（可旁路）→自清洗过滤器→超滤装置→超滤水箱（生活水箱）→升压泵→反渗透保安过滤器→一级反渗透装置→淡水箱→淡水泵→一级离子交换除盐系统→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→凝补水箱。
超滤装置共2套，正常运行一用一备，每套共装有40支内压式诺瑞特卧式膜；装置出力为2×95m3/h。
为保证冬季反渗透装置的出力，在超滤装置前设置了表面式蒸汽进水加热器。
1 超滤装置运行故障现象
该厂锅炉补给水系统自2010年4月经调试投运后，运行基本正常，超滤系统运行出水浊度＜0.1NTU，运行初期由于处于春夏之际，进水水温正常，进水从旁路进水管直接进入超滤装置，未投用进水进水加热器。同年底进入冬季后，由于水温下降，后续反渗透系统出力明显降低，已不能满足机组调试和正常运行的需要，于是准备投运超滤进水进水加热器。
进水加热器为全不锈钢表面式换热器，加热源为机组辅助蒸汽（1.0MPa、350℃左右），进气量靠进汽进口电动蝶阀根据设定的水温、进水量由DCS逻辑控制自动调节，超滤装置运行中反洗，两套装置运行时，进气量减半，单套装置运行时，进气阀关闭，运行中若进水温度超过40℃则联锁关闭进水电动阀，以防止热水进入超滤装置烫坏超滤膜。由于有双重保护，理论上讲是不会发生进水加热器出水温度升高而烫坏超滤膜的。
鉴于此，当年12月份启用了超滤进水加热器，关闭了超滤进水旁路阀，进水全部进入进水加热器，经过调整加热器进气量，控制出水温度在20～25℃，运行一段时间后，发现#1超滤装置（当时单套运行）出水浊度明显上升，其自清洗过滤器也发生故障，不能正常运行，于是立即停用进水加热器，查找原因。
2 超滤进水加热器出水温度波动大的原因分析
首先解体检查超滤自清洗过滤器，发现进水分配器（塑料件）已严重变形，显然是高温水烫坏的，据此分析，超滤装置内的超滤膜也极有可能被热水烫坏，超滤装置出水浊度上升便可佐证。
为了验证分析是否正确，经研究决定打开#1超滤装置膜壳的端板取出超滤膜检查，所有超滤膜取出后发现每支膜壳两端的膜都有不同程度的损坏，膜壳变性，而靠里的两只超滤膜损坏程度较轻甚至没有损坏，可确定为系高温水从两端进入超滤装置，先烫坏两端膜，进入里面两支膜时温度有所下降，故而损坏程度也降低。（见图1）
图1 超滤膜损坏情况
为查找加热器出水超温的原因，从DCS画面中调出加热器投运后的运行历史曲线，发现在单套超滤装置运行并开始反洗时，加热器进汽调节阀虽已关死，但反洗结束后进水温度有一个突变（80℃以上），由于加热器距离超滤装置很近，出水至超滤进口只需短短的几十秒时间，在这么短的时间内，测温探头从检测出超温到联锁关闭超滤进水电动阀是远远不够的。
为什么加热器进汽调节阀显示已经关死，水温仍然上升呢？通过现场试运行发现，反洗时虽然进气阀显示已关死，但现场仍有蒸汽进入加热器，由于进水已停，因此蒸汽将加热器内的死水很快加热到高温，反洗结束进水时，高温水即被带入超滤装置从而烫坏超滤膜。现场关闭手动进气阀后蒸汽当即被切断，证明电动蝶阀无法关死，热工和机务检修人员进行了相应的调整也未能奏效，后期更换了一只进口电动蝶阀仍未能解决问题。
3 超滤加热器出水超温的的处理方案和效果
经过调研及咨询有关专家，目前解决超滤加热器出水温度波动大的问题，通常采取以下几种方案：
⑴更换更加可靠的电动阀门，如电动截止阀。
⑵将进水加热器改到超滤之后、反渗透之前。
⑶将超滤进水超温联锁关闭阀门改为进水（左、右）气动阀。
分析上述几种解决方案的可行性均不理想，若更换电动截止阀或更改加热器位置均需要对设备进行较大改动，尤其是加热器换位更是由于场地条件限制而无法实施，靠电动调节阀关死进汽也不太可靠，且不说很难选到一款好的电动阀，即使选好了，投运时能关死，也不能保证长期运行以后每次都能完全切断进汽，倘若有一次漏气即可造成无以挽回的损失，显然不是万全之策。第⑶条属于事后补救，即使气动阀动作比电动阀快，但从温度探头检测到水温超标到联锁关闭阀门仍然有一定的滞后时间，很难保证能将超温热水挡在超滤装置进水端之前。
既然上述几种方法都不能保证万无一失，那么只有另辟捷径。考虑到超温现象是由于超滤装置单套运行反洗时，进水停止（断流）而造成的，那么理论上讲只要能有办法保证单套超滤装置运行并反洗时，进水加热器不断流，即可保证超滤装置反洗结束后进水不超温，根据此思路，该厂决定采用在进水加热器出水管（即两台超滤装置的总进水管）上增加一路旁路排水管（见图2）并安装两只阀门，其中一只手动蝶阀控制旁路排水流量，一只气动蝶阀用于与超滤装置联锁控制：当进水加热器投运后，单套超滤装置运行并反洗时，DCS逻辑控制先开启超滤旁路排水阀（通过调试手动蝶阀控制流量与超滤运行流量基本相当），确认阀门开启后再进入反洗环节，否则不能进行反洗（继续保持运行状态）并报警；反洗结束后待超滤运行出水阀打开后再关闭进水旁路排水阀，以绝对保证在超滤装置反洗期间进水加热器能基本保持厡流量运行，由于超滤装置反洗时做到了进水量基本不变，所以不再需要对进水加热器进气流量进行调整，保证了进水加热器进气量和进水量的双重平衡，从而彻底解决了因进水量和进汽量的大幅变动而引起的超滤进水加热器出水温度波动大的问题。
图2 加装的超滤装置进水旁路排水管
上述解决方案经过设备安装、DCS逻辑修改及运行调试后，于2012年底投入正式运行，效果良好，不但解决了冬季水温低影响反渗透出力的问题，又很好地控制了进水加热器出水温度的波动，使得超滤装置正常运行和反洗期间的水温波动控制在了2℃以内，彻底解决了冬季使用进水加热器后由于温度无法准确控制而造成超滤膜被烫坏的难题。
4 结论
⑴用蒸汽加热的生水加热器安装在超滤装置之前，对只有两套超滤装置且经常单套运行的厂家来说，在气动阀关不死的情况下（此现象绝非个别），超滤膜有被热水烫坏的可能，且被烫坏的膜很难修复。
⑵由于受场地条件限制，大多厂家进水加热器与超滤装置靠的很近，之间连接的管道较短，故热水一旦形成，靠检测超温再联锁关闭超滤装置进口阀而避免热水进入超滤膜的方法基本不能实现。
⑶更换更可靠的蒸汽电动阀或将生水加热器改到超滤装置之后、反渗透装置之前的解决方案均不甚理想。且不说有哪种阀门能保证绝对不漏，即使有，也不能保证在超滤装置长时间运行中一直不漏，哪怕只有偶尔一次关不死对超滤膜来说也是致命的；而改变进水加热器的位置则受诸多因素影响而不太容易实现。
⑷在超滤装置进水管道上加装旁路排水管的解决方案无论是从理论上还是从实践上看均不失为最优的方案，此方案不仅彻底解决了冬季使用进水加热器后由于温度无法准确控制而造成超滤膜被烫坏的难题，而且不需要对原设备系统进行大规模改造，只需增加少许管道和两只阀门，改造费用低廉（只需区区几千元），运行效果良好。
作者简介
高玉春 男 电厂化学工程师（化学技师） 从事电厂化学工作三十余年。
通讯地址
南京市栖霞区龙潭街道马渡村 大唐南京发电厂设备部 210059。
论文作者:高玉春
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
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