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液位传感器在纯水系统中得运行优化探讨

来源:中国电子科技集团公司第五十五研究所作者:魏星 曹晓伟发表时间:2019-04-30

 摘要 :纯水在电子元器件生产中的重要作用日益突出,作为与产品接触非常频繁的介质之一,纯水品质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素。此外,纯水还用于动力系统中空调新风机组的加湿、工艺循环水机组的补水、真空机组板换补水等,其供水稳定性会直接影响相关动力参数(如环境湿度、真空度)和设备的稳定运行。

 
1 超滤(UF)系统
1.1 原水水源的保障
一般意义上,纯水系统都会设计一个容积安全的原水箱,由市政自来水补水至原水箱中,再由原水泵泵送至 UF 系统。但由于动力厂房空间的限制,无法在厂房内建原水箱,只能与消防系统共用消防水池作为原水水源。新区消防水池容积约 2000m3,由两路 DN200 市政自来水管补水,浮球阀控制。由于这两路补水管位于新区自来水总管前段,而目前新区自来水为单路枝状管网,若阀门全开补水时会降低全所自来水压力,故阀门开度较小。夏季高温时段,冷却塔补水、绿化用水等水量较大,加之纯水系统原水量逐步增大,容易造成消防水池出水量大于补水量,影响纯水原水供应以及消防系统用水的安全性。
 
为此,我们从市政管网新建一路自来水管为消防水池单独补水,并在消防水池内加装液位传感器,在液位有持续下降趋势时,系统报警提醒运行人员及时去现场查看情况调整阀门开度,确保纯水系统原水水源安全可靠。
 
1.2 原水泵启动方式改造
原水泵位于消防水池地下泵房内。由于原水泵功率仅为7.5kW,设计为工频直接启动。但是在运行过程中发现,由于地下泵房至动力厂房 2 楼 UF 系统的管路有多处弯头且管路有130m 之长,原水泵启泵停泵时水流不畅,管路中压力突变会造成管网冲击振动。因此,我们对原水泵各加装 1台软启动器,将工频直接启动改造为软启动,实现原水泵送水管中流量和压力的缓升、缓降,有效排除了这一安全隐患。
 
1.3 气动阀增加备用气源
UF 系统的启动、停机,以及运行过程中的反洗动作,都需要 12 个气动阀由自动控制程序来执行。气源为动力厂房空缩压气系统,当空压系统检修停机或出现故障时有可能气源中断导致气动阀无法动作影响 UF 系统正常运行。为此,我们从氮气管上引出一路气管作为气动阀的备用气源。可以有效防止压缩空气对氮气管路的污染。
 
1.4 化学清洗
虽然 UF 系统的自动定时反洗能较好的维持超滤膜性能的相对稳定,但反洗不能使通量达到 100% 的恢复。随着膜组件工作时间的延长,膜污染会不断加重,膜的透水速率会下降。为了恢复超滤膜的通量,我们选择在对科研生产没有影响的时段,对膜组件进行化学清洗。目前,UF 系统产水量仍保持80m3/h(设计产水量)左右,性能良好。
 
2 反渗透(RO)系统
2.1 制热系统改造
反渗透制热系统的作用是在冬季进水温度较低时提升水温,保证 RO 膜组件产水量。蒸汽进汽管道上有一组电磁阀和电动耐高温比例阀,电磁阀与 RO 送水泵联动,比例阀开度由出水温度设定值控制。
 
在运行过程中,当 RO 系统关闭时,由于蒸汽管道中有杂质等原因导致电磁阀有时无法完全关闭,板换蒸汽侧不断有 120℃高温蒸汽进入,而板换水侧无水流动造成板换温度持续升高,热量再传递至 UPVC 管道,有可能导致管道变形、漏水。为此,我们将蒸汽电磁阀更换为常闭型蒸汽气动阀,阀门开启以压缩空气作为动力,在信号回路断开时,确保阀门能完全关闭。此项改造使制热系统安全可靠运行,确保了冬季低温时 RO 膜产水量。
 
2.2 及时调整NaHSO3加药量
NaHSO3 作为一种还原剂,加入一级 RO 进水中,能有效去除原水中的余氯,防止氯进入 RO 膜,导致出水水质下降以及对 RO 膜造成不可恢复的伤害。
 
季节变化会引起原水中余氯含量波动。当夏季高温时,自来水厂为确保管网中的水质会在送水时加大加氯量,导致水中余氯升高,进水 ORP 有时高达 100mV,若不及时调整加药量会使RO系统产水水质下降进而影响 EDI产水水质。但由于 NaHSO3呈弱酸性,加药量加大需要投加更多的 NaOH 来中和提高 pH值。我们在运行过程中探索得出了一个合理的加药量,即将进水 ORP 控制在 60mV 以下时,产水水质和加药成本可以达到较好的平衡。
 
2.3 化学清洗
RO 膜经过一段时间运行后,膜组件会受到水中可能存在的悬浮物或难容物质的污染,在膜浓水侧会出现碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物等造成膜污染,引起系统脱盐率下降、出水量降低、压差增大等问题。当反渗透性能下降到一定程度时,就要进行有效及时的清洗,恢复系统性能避免膜污染而难以恢复。我们每年至少一次对 RO 膜组件进行化学清洗,确保 RO 系统性能控制在初投运时的范围,产水量约 50m3/h、产水水质低于 2μs/cm(25℃ )。
 
3 连续电除盐(EDI)系统
3.1 控制进水CO2浓度
EDI 进水为二级 RO 的产水,反渗透膜无法脱除原水中的CO2,另外存放于 RO 水箱中的 RO 水通过溢流管与空气直接接触,空气中的 CO2 也会溶入 RO 水中,造成 EDI 进水 CO2 浓度偏高,有研究表明 CO2 浓度能高达 3 ~ 5mg/L。EDI 性能对进水 CO2 极为敏感,因为 CO2 转变为 HCO3- 并非瞬间完成,需要缓慢转变,即使 CO2 完全转变为 HCO3-,HCO3- 从 EDI 淡水室迁移至浓水室的速度也非常缓慢,因此,进水 CO2 浓度大小对 EDI 性能稳定有至关重要的影响。
 
在二级 RO 进口处投加 NaOH,CO2 形成易被反渗透膜去除的 Na2CO3,提高 RO 产水 pH 值,降低电导率,保证 EDI 进水对水质和 pH的要求。根据我们几年的运行经验,调整 NaOH加药量使得二级 RO 进水 pH保持在 7.5~ 8.5 范围内,则二级 RO产水电导率能保持 1.0 ~1.5μs/cm(25℃ ),EDI 产水电阻率大于17 MΩ·cm(25℃ )。虽然加大 NaOH 加药量 EDI 产水电阻率会进一步提高,但提高程度有限只有 0.1~ 0.2 MΩ·cm(25℃ ),因此我们在运行中将二级RO进水 pH控制在 8.0左右时,NaOH加药量较为经济合理。
 
3.2 化学清洗
在 EDI 前处理工艺中 ( 超滤、反渗透 ),各中间水箱并不是完全密闭的,在与空气接触的过程中,系统内会滋生细菌和微生物。造成各通道逐渐污染堵塞。而原水水质随季节变化和反渗透使用性能下降等原因,还会引起 EDI 进水电导率在一定范围内波动,导致 EDI 浓水通道出现结垢。因此我们每年对 EDI进行一次化学清洗,盐酸用于清除碳酸钙垢、硫酸钙垢和金属氧化物,氯化钠 / 氢氧化钠用于清除有机污染物及生物膜。与 UF 膜和 RO 膜不同的是,EDI 系统化学清洗后还不能直接投入运行,因为化学清洗会破坏 EDI 内部离子交换树脂带电电荷平衡,初始运行时产水达不到合格标准,需要通过对 EDI带电运行一段时间,使离子交换树脂在电场的作用下再生。EDI电再生前,要确认调整 EDI 的运行压力和流量至清洗前的正常状态,并将 EDI 产水回流至 RO 水箱以加快再生速度。通过重新再生,产水电阻率约 4h 后可以提高至 1MΩ·cm(25℃ ),约48 ~ 72h 后产水电阻率可提升至 17 MΩ·cm(25℃ ) 以上,此时即可恢复正常运行。
 
4 其它
4.1 及时更换耗材
各个滤芯污堵速率受前级来水水质影响,我们在日常运行过程中密切注意过滤器进出水口压差值,当压差值上升到0.05Mpa 或到运行上限时间时,及时更换 RO 保安过滤器滤芯,每年春节检修时更换 EDI 保安过滤器滤芯、终端过滤器滤芯,确保产水水量同时节省电耗。
 
TOC-UV 和UV杀菌器中的UV灯管处理效果会随着时间推移而变差,我们根据产水水质以及设备厂家指导的更换时间每年更换一次 UV 灯管,确保出水 TOC 和细菌指标达标。抛光混床是指在混床内的混合树脂在运行失效后将树脂废弃的一种混床。由于各个系统的混床处理水量、处理负荷不尽相同,树脂更换周期也不尽相同。我们定期对各混床进行试验(开启前级或后级混床旁通阀只看本级混床出水水质)判断其树脂的处理效果,在处理效果有明显下降趋势时及时更换树脂,避免在用树脂失效。另外,每级混床设计为两个混床并联使用,可以在连续产水状态下更换树脂。
 
4.2 在线仪表的比对校验
由于系统连续运行,终端水质检测仪表无法定期送去专业机构校验,我们每季度用校验过的便携式仪器对各终端出水电阻率、DO、TOC、颗粒等主要指标进行检测,实现对在线仪表的比对校验,确保在线仪表显示的水质指标准确无误。
 
4.3 新建管网并网
随着新区建设的推进,不断有新建的纯水管网要并网运行。若施工单位对新建管道冲洗不彻底,管道中的颗粒、胶水脱落物等会混入原有系统污染水质。在每次并网前,我们用纯水对新建管网进行连续正冲洗、反冲洗,并用便携仪表检测器在排放口检测电阻率、TOC 等水质指标直至达标后再将其并网,确保新建系统对原系统零影响。
 
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