淺析陽(yáng)離子交換器中排損壞原因及處理
摘要：本文分析了我廠水處理離子交換器不能在高負(fù)荷下運(yùn)行的原因，介紹了原系統(tǒng)設(shè)備存在的缺陷，并對(duì)之進(jìn)行理論分析和改造,使交換器原出力提高30%，水處理制水能力由360t/h提高至420t/h。
關(guān)鍵詞：離子交換器 壓差 負(fù)荷
一、前言
巨化熱電廠水處理車間有六套離子交換器，但不能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷能力，總制水量約360t/h，不能滿足生產(chǎn)要求，預(yù)處理設(shè)備采用陽(yáng)陰離子交換法脫鹽。
二、問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)
隨著供熱發(fā)電機(jī)組的不斷擴(kuò)建，我廠對(duì)外供汽供水量逐年遞增，為了滿足生產(chǎn)高峰期制水供水的要求，我廠水處理車間的制水設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)行。而離子交換器內(nèi)沒(méi)有壓縮空氣吹掃裝置，造成進(jìn)出口二端壓力偏高，設(shè)備不能在高負(fù)荷下運(yùn)行。另外離子交換器設(shè)有中排裝置，強(qiáng)制高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，使中排裝置壓彎損壞問(wèn)題隨新機(jī)組增加日趨嚴(yán)重，發(fā)生的頻率越來(lái)越高，有時(shí)甚至在短短的3個(gè)月之內(nèi)，新更換的中排裝置即發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，支管嚴(yán)重變形、下彎，支撐槽鋼中部出現(xiàn)斷裂，中排母管下塌呈“v”形狀，整個(gè)裝置如同一龜背殼狀。中排裝置損壞后輕者使離子交換器設(shè)備周期制水量下降，運(yùn)行周期變短，設(shè)備再生操作頻繁。重者使設(shè)備中排出水漏樹(shù)脂，設(shè)備無(wú)法再生操作，這種狀況已嚴(yán)重影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。
三、原因分析
除鹽水制水設(shè)備中為什么離子交換器會(huì)出現(xiàn)不能在高負(fù)荷下運(yùn)行呢？經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分析和探討，這是因?yàn)槲覐S離子交換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在著缺陷：
（1）離子交換器在運(yùn)行過(guò)程中易形成樹(shù)脂干層。離子交換器在運(yùn)行中樹(shù)脂會(huì)出現(xiàn)干層，這是因?yàn)樗鼈兊碾x子交換器用進(jìn)口閥調(diào)節(jié)運(yùn)行流量，交換器長(zhǎng)時(shí)間處在低壓的狀態(tài)下運(yùn)行，最后積聚在樹(shù)脂層內(nèi)形成干層，從而給離子交換器中排損壞創(chuàng)造了基本條件。有資料介紹，離子交換器在0.4—0.6MPa的壓力下運(yùn)行可以消除樹(shù)脂產(chǎn)生干層的現(xiàn)象，而我廠的離子交換器運(yùn)行壓力大多為0.35—0.37MPa，與資料介紹的數(shù)據(jù)相比稍有偏低。
（2）運(yùn)行中樹(shù)脂壓脂層的壓差過(guò)大，是中排損壞的根本原因。我廠的離子交換器其實(shí)也是一臺(tái)二級(jí)過(guò)濾器，當(dāng)無(wú)閥濾池或者前級(jí)過(guò)濾設(shè)備運(yùn)行工況不穩(wěn)定或設(shè)備有故障時(shí)，或周圍環(huán)境存在污染，如合成氨廠污染大量的懸浮物會(huì)穿透濾水設(shè)備而進(jìn)入離子交換器，在其樹(shù)脂壓層內(nèi)聚集，從而使離子交換器進(jìn)出口壓差增大，在運(yùn)行中易對(duì)整個(gè)中排裝置產(chǎn)生很大的應(yīng)力。
在一般情況下，離子交換器中排裝置損壞是從支管發(fā)生彎曲開(kāi)始的，根據(jù)我廠離子交換器中排裝置向下彎曲的初始情況，運(yùn)用材料力學(xué)進(jìn)行分析，因?yàn)槲覐S離子交換器中排裝置的支管采用DN32的不銹鋼管制作而成的，通過(guò)計(jì)算其中1根最長(zhǎng)支管的彎曲變形情況可知，即：當(dāng)最長(zhǎng)的1根支管出現(xiàn)向下彎曲變形時(shí)，其壓脂層上下的壓差為0.0441MP a。而我廠的離子交換器進(jìn)出口起始?jí)翰罴s為0.035—0.045MPa。
（3）長(zhǎng)期的超負(fù)荷運(yùn)行是離子交換器中排損壞的一個(gè)重要原因。我廠的離子交換器在運(yùn)行中常常出現(xiàn)頂表，其運(yùn)行流量超過(guò)150t/h，運(yùn)行流速超過(guò)了30m/h。混合離子交換器常常維持在270t/h的負(fù)荷下運(yùn)行，運(yùn)行流速甚至達(dá)到85m/h。
（4）系統(tǒng)改造不盡合理，是離子交換器中排裝置易損壞的一個(gè)重要原因。我廠離子交換器沒(méi)有進(jìn)出口壓差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，易失去控制。
四、解決辦法
根據(jù)上述分析可知，造成我廠離子交換器不能高負(fù)荷運(yùn)行的原因，可通過(guò)運(yùn)行和設(shè)備兩種途徑分別加以解決。
4.1運(yùn)行方面
1、制離子交換器的運(yùn)行壓力。通過(guò)控制其出水閥開(kāi)度的辦法調(diào)節(jié)離子交換器的運(yùn)行壓力，使之盡可能達(dá)到或接近0.4Mpa以上壓力運(yùn)行。
2、在制水過(guò)程中監(jiān)測(cè)離子交換器兩端的壓差，使之盡可能保持在0.1Mpa以內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離子交換器運(yùn)行壓差較大，以充分小反洗后，其壓差僅能下降到0.055Mpa左右。在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)離子交換器壓差≥0.1Mpa時(shí)，應(yīng)立即停運(yùn)進(jìn)行小反洗以去除壓脂層中的懸浮物，使之兩端壓差變小，這種方法十分簡(jiǎn)便奏效。
3、格控制設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷。離子交換器運(yùn)行流量嚴(yán)格控制在120t/h以內(nèi)，混合離子交換器嚴(yán)格控制在200t/h以內(nèi)。同時(shí)離子交換器運(yùn)行流速在設(shè)計(jì)上應(yīng)取值20-25m/h，陰離子交換器運(yùn)行流速在設(shè)計(jì)上可以取值25-30m/h，而混合離子交換器的運(yùn)行流速應(yīng)盡可能控制在60m/h以下。
4、控制好預(yù)處理的出水水質(zhì)，對(duì)清水濁度進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。如澄清池運(yùn)行工況不好，清水經(jīng)無(wú)閥濾池過(guò)濾后濁度仍然較大，應(yīng)立即采取措施，使之恢復(fù)正常。
4.2設(shè)備方面
1、現(xiàn)有的預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行大修。在大修中發(fā)現(xiàn)1號(hào)無(wú)閥濾池的格柵支撐水泥柱有些已經(jīng)倒塌，造成了清水室與濾水室短路，澄清池出水在無(wú)閥濾池中實(shí)際上未經(jīng)過(guò)濾，從而使大量的渾濁物直接進(jìn)入離子交換器，造成離子交換器內(nèi)過(guò)水不暢，形成較大的壓差，當(dāng)形成的壓力超過(guò)一定的限度時(shí)，就會(huì)造成離子交換器中排彎曲變形。
2、離子交換器的中排支撐槽鋼進(jìn)行了加固處理。支撐槽鋼的數(shù)量由2根增加至4根，并在最長(zhǎng)的槽鋼上進(jìn)行背靠背的焊接一根短槽鋼，以增加其強(qiáng)度。槽鋼加固后，經(jīng)計(jì)算離子交換器中排最長(zhǎng)的一根支管可承受ΔP為0.14Mpa的壓差而不會(huì)被壓彎，實(shí)踐證明：此時(shí)離子交換器運(yùn)行流速可增至40m/h以上。
3、擬定取消中間水泵。由于系統(tǒng)沒(méi)有中間水箱，因此我們考慮取消中間水泵而適當(dāng)提高清水泵的揚(yáng)程運(yùn)行，這樣既簡(jiǎn)化系統(tǒng)，又降低系統(tǒng)的檢修維護(hù)費(fèi)用。
4、采用新型中排支管。原有支管滌綸套包扎以后體積較大，易老化開(kāi)裂而造成中排漏樹(shù)脂，所使用滌綸套支管的設(shè)備維修周期較短。近年來(lái)德國(guó)、日本先后采用了插管式支管，它使整個(gè)中排裝置位于壓脂層上部。從而避免了壓脂層壓差過(guò)大對(duì)中排裝置造成的不利影響。由于插管式支管布水性能較差些，近兩年國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用了T型不銹鋼繞絲中排支管，該支管通過(guò)不銹鋼絲間的縫隙進(jìn)行濾水，它的受力面積較小，布水效果比滌淪套支管更好，同時(shí)還可以免去經(jīng)常更換滌淪套而帶來(lái)的麻煩。目前，2004年8月后我廠已對(duì)全部離子交換器實(shí)施這種改造。
五、效果的檢查
通過(guò)一系列運(yùn)行調(diào)整以及設(shè)備改造，我廠水處理制水能力得到很大提高，出力水平由360t/h提高至420t/h，交換器原出力提高30%。
2003—2004年對(duì)現(xiàn)有的幾臺(tái)離子交換器和混合離子交換器進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，其中排嚴(yán)重受損情況已得到了根本的好轉(zhuǎn)。1年多來(lái)，未發(fā)生過(guò)一起因離子交換器中排裝置損壞報(bào)廢而引起的設(shè)備故障，這一成果可以使我廠每年減少中排檢修費(fèi)用6萬(wàn)元，減少了檢修工作量，并且可使水處理設(shè)備的安全可靠性大大增加。
六、結(jié)論及建議
設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，預(yù)處理設(shè)備存在著較大的缺陷，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行工況不穩(wěn)定時(shí)，常會(huì)造成離子交換器運(yùn)行壓差過(guò)大，如果在運(yùn)行上不加以控制，設(shè)備上不加以管理，技術(shù)上不加以更新改造，很容易使離子交換器中排損壞。在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格控制系統(tǒng)進(jìn)出口的流量和壓差，并且在不需十分必要的情況下，勿開(kāi)啟中間水泵，從而造成對(duì)離子交換器的損傷；在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上支撐槽鋼應(yīng)由2根增加至4根并且采用背對(duì)背焊接，增加其強(qiáng)度，在此同時(shí)應(yīng)該做好對(duì)床內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)的防腐工作，以免因?yàn)檫B接部位的腐蝕造成支撐結(jié)構(gòu)的塌陷，從而增加陽(yáng)離子損壞的程度；在有條件的情況下，應(yīng)采用T型不銹鋼繞絲支管代替滌綸套支管，因?yàn)榍罢呒词乖谝凰查g受到過(guò)大的壓力，造成彎曲變形，但在壓力消失后，T型不銹鋼繞絲支管會(huì)迅速恢復(fù)原來(lái)正常狀態(tài)，這樣設(shè)備不會(huì)受到損傷，不會(huì)產(chǎn)生樹(shù)脂跑漏現(xiàn)象。這些措施將會(huì)使離子交換器設(shè)備的安全可靠性以及出力能力大大提高,減少樹(shù)脂泄漏，降低了檢修工作強(qiáng)度，大大降低了檢修成本。
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