某轮NB-4000型压载水管理系统膜分离单元膜元件损坏原因分析和整改建议 / 开普饭

随着IMO《国际船舶压载水及其沉积物控制与管理公约》D-2排放标准的生效，为了满足MEPC.279(70)导则的要求，越来越多的国际航行船舶加装了压载水管理（处理）系统。

NB-4000型压载水管理系统从属于NiBallastTMBWMS系列，是江苏南极机械公有限责任公司为满足《国际船舶压载水及其沉积物控制与管理公约》D-2排放标准而自主开发的一种全新压载水管理系统。NB-4000管理系统主要由滤器单元、膜分离单元、制氮装置、控制单元、出口流量调节阀、进口阀、旁通阀、压载舱P/V阀（空气管自动关闭装置）等设备组成（见图1）。

压载时，NB-4000管理系统首先通过自动反冲洗的不锈钢滤网式滤器单元去除压载水中50微米以上的生物和固体颗粒；然后采用自动反冲洗的膜分离单元所配置的微滤膜去除压载水中10微米以上的固体颗粒、微生物甚至细菌；最后采用制氮装置制造的高浓度氮气（99%以上）充入水中，并通过P/V阀使压载舱保持2KPa压力的氮气，以降低压载水中的溶解氧，抑制微生物的生长和繁殖，使压载水满足D-2排放标准。当系统NB-4000故障时，可打开系统旁通阀进行应急压载。

NB－4000－MF型膜分离单元是NB-4000压载水管理系统的重要组成部分，压载时，被滤器单元除去大尺寸杂物的压载水流经膜分离单元，由膜分离单元所配置的微滤膜去除压载水中10微米以上的固体颗粒、微生物甚至细菌，干净压载水经加注氮气后排入压载舱，以满足D-2排放标准。膜分离单元工作正常与否到直接影响到压载水处理最终效果。

在使用压载泵压排水时，发生了泵叶轮被异物堵住通道导致压载泵损坏的故障。在检修压载泵时，发现叶轮堵塞材料中除了脱落的管系防腐材料外，还有膜元件材料（见图2）。于是拆下#1&2（左&右）膜分离单元出口总管盲板法兰，进入膜单元内部检查，发现#1&2（左&右）膜分离单元内部各膜元件微滤膜存在不同程度的损坏（见图3）。到底是什么原因导致出现上述故障的呢？我们先从膜分离单元的组成和工作原理说起。

一、膜分离单元的组成和工作原理

（一）膜分离单元组成（见图4）

NB-4000压载水管理系统的膜分离单元由9个立式膜分离组件组合而成，主要包括本体、膜元件、进水气动蝶阀、流量调节阀、气电转换阀和反冲洗机构等部件，其中膜元件和反冲洗机构是膜分离单元的核心部分。

膜元件是由过滤精度为10微米微滤膜组成，作用是去除10微米以上的固体颗粒、微生物甚至细菌，使压载水满足D-2排放标准。

反冲洗机构包括进口气动蝶阀、气动空气阀、排污气动蝶阀、气电转换阀、排污泵和出口阀等部件，作用是完成对膜元件的反冲洗，并将污水排出舷外。

（二）膜分离单元工作原理（见图4）

膜元件和反冲洗机构是膜分离单元的核心部分，膜分离单元工作原理就是膜元件和反冲洗机构的工作原理

1. 过滤

压载水由滤器单元出口进入膜分离单元，由内向外流经膜元件，截留压载水中10微米以上的固体颗粒、生物和细菌，经过滤后的压载水与氮气混合后进入压载舱；

2. 反冲洗（顺序冲洗）

当进出口压差达到0.05Mpa（可调）或达到设定冲洗间隔时间10分钟（可调）（压差优先），第一组膜组件进水气动蝶阀关闭，气动空气阀和排污阀打开，排污泵启动，压缩空气和滤后水开始一起对第一组膜元件由外向内进行反冲洗，压缩空气反冲洗10秒后气动空气阀关闭，滤后水继续反冲洗至累计30秒后第一组膜组件反冲洗停止，打开进水气动蝶阀，关闭排污阀，此时排污泵继续运行；同时第二组膜组件进水气动蝶阀关闭，气动空气阀和排污阀打开，对第二组膜元件由外向内进行反冲洗进行反冲洗；如此依次对后续膜组件进行反冲洗，直至第九组膜组件反冲洗结束，一个反冲洗循环结束。

二、故障原因分析和整改措施

（一）故障原因分析

经多次使用观察分析和拆检验证，膜元件材料问题和膜元件前后压差过大是造成膜元件损坏的主要原因。而造成膜元件前后压差过大的原因是多方面的，下面就一一进行阐述。

1. 膜元件材料本身有问题

为防止系统膜元件脏堵损坏，我们都是选择海水水质较好航区才使用该系统进行压载作业的，而且压载系统的最高压力都在0.35Mpa以下，从没有达到系统报警压力设定值0.40Mpa，膜元件的前后压差也在0.25Mpa以下，但膜元件就出现变形和损坏，证明膜元件材料有问题，至少膜元件的内外保护支架刚度不足。

2. 膜元件前后压差过大

1）滤器单元滤网和膜元件功能不匹配

根据NB-4000压载水管理系统的工作原理，压载水先流经过滤精度50微米的滤网（滤器单元），除去50微米以上的杂质；再流经过滤精度10微米的膜元件（膜分离单元），除去10微米以上的杂质。在实际使用过程中，滤器单元的前后压差基本不超过0.02Mpa，每10分钟反冲洗一次；而膜分离单元前后压差基本不低于0.10Mpa，反冲洗从不间断。由此可见，滤器单元过滤精度设计过低，过多杂质到达膜分离单元，导致膜元件前后压差过高。

2）反冲洗压缩空气流量过小

根据膜单元反冲洗原理，反冲洗初期10秒利用0.40Mpa压缩空气加压滤后水进行反冲洗，后期20秒单独利用滤后水进行反冲洗。由于滤后水压力较低，膜元件脏堵后就更低，因此压缩空气加压反冲洗尤为重要。但设计的压缩空气（0.7Mpa）管径只有15mm（DN15）,加上调压阀的节流损失，空气流量相对过小，降低了反冲洗效果，从而造成了膜元件的脏堵。

3）膜单元排污阀故障

由于膜单元排污阀本身原因及其驱动装置故障，导致部分膜单元反冲洗功能失效，也是造成膜元件前后压差过大的原因之一。

（二）整改措施

1.改进膜元件材料设计

改进膜元件材料的设计，加强其保护支架刚度和硬度，防止压差过大而产生变形或损坏。

2.提高滤器单元过滤精度

滤网的过滤精度，使滤器单元和膜分离单元过滤功能相匹配，避免过多杂质聚集而造成损坏。

3.提高反冲洗压缩空气流量

在压缩空气调压阀后加装合适容积的反冲洗空气储存缓冲罐，加装合适通经的反冲洗空气管、阀，增加反冲洗压缩空气流量，以提高膜元件反冲洗效果，避免膜元件脏堵。

4.确保排污阀工作正常

每次使用前，检查、活络各排污阀，发现卡阻及时拆检、修复，避免膜单元反冲洗失效而造成损坏。

三、应急措施