摘要：本文分(fen)析了我廠水(shui)處(chu)理離子交換器不能在高(gao)負荷下運行的原因，介紹了原系統(tong)設備存在的缺陷(xian)，并對(dui)之進行理論(lun)分(fen)析和改造,使交換器原出力提高(gao)30%，水(shui)處(chu)理制水(shui)能力由360t/h提高(gao)至420t/h。

關鍵詞：離(li)子交換(huan)器 壓差(cha) 負荷

一、前言

巨化(hua)熱電廠水處(chu)理(li)車(che)間有六套離子交換(huan)(huan)器，但(dan)不能達到設計(ji)負荷能力，總(zong)制(zhi)水量約360t/h，不能滿足生產要求，預處(chu)理(li)設備采用(yong)陽陰(yin)離子交換(huan)(huan)法脫(tuo)鹽。

二、問題的發現

隨著供熱發電機組(zu)的(de)不斷擴建，我廠(chang)(chang)對外(wai)供汽供水量(liang)逐年遞(di)增(zeng)，為了滿(man)足生(sheng)產高(gao)峰期制(zhi)水供水的(de)要求，我廠(chang)(chang)水處理(li)車間的(de)制(zhi)水設備經常超負荷運(yun)(yun)(yun)行。而離子交(jiao)換(huan)器內沒有壓(ya)縮空(kong)氣吹掃(sao)裝(zhuang)置，造成進出口(kou)二端壓(ya)力偏高(gao)，設備不能(neng)在(zai)高(gao)負荷下運(yun)(yun)(yun)行。另外(wai)離子交(jiao)換(huan)器設有中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)裝(zhuang)置，強制(zhi)高(gao)負荷狀(zhuang)態下運(yun)(yun)(yun)行，使(shi)中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)裝(zhuang)置壓(ya)彎(wan)損(sun)壞問(wen)題隨新機組(zu)增(zeng)加日(ri)趨嚴(yan)重，發生(sheng)的(de)頻率越來(lai)越高(gao)，有時甚(shen)至在(zai)短短的(de)3個(ge)(ge)月之內，新更換(huan)的(de)中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)裝(zhuang)置即發生(sheng)嚴(yan)重損(sun)壞，支管(guan)嚴(yan)重變形、下彎(wan)，支撐(cheng)槽鋼中(zhong)(zhong)部(bu)出現斷裂(lie)，中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)母(mu)管(guan)下塌(ta)呈“v”形狀(zhuang)，整個(ge)(ge)裝(zhuang)置如(ru)同一龜背殼狀(zhuang)。中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)裝(zhuang)置損(sun)壞后輕者(zhe)使(shi)離子交(jiao)換(huan)器設備周期制(zhi)水量(liang)下降，運(yun)(yun)(yun)行周期變短，設備再(zai)生(sheng)操(cao)作(zuo)頻繁。重者(zhe)使(shi)設備中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)出水漏樹脂(zhi)，設備無法再(zai)生(sheng)操(cao)作(zuo)，這種狀(zhuang)況已嚴(yan)重影響了系統(tong)運(yun)(yun)(yun)行的(de)安(an)全可靠性。

三、原因分析

除鹽水制水設(she)備中為(wei)什么離(li)子(zi)交(jiao)換器會出現不能(neng)在高負荷下運行(xing)呢？經過進一步(bu)的分析(xi)和探(tan)討，這是因(yin)為(wei)我廠離(li)子(zi)交(jiao)換器內部結構存(cun)在著缺陷：

（1）離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)在(zai)運行(xing)(xing)(xing)過(guo)程(cheng)中易形成樹脂干層。離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)在(zai)運行(xing)(xing)(xing)中樹脂會出(chu)現干層，這是因為它們(men)的(de)離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)用(yong)進口閥(fa)調節運行(xing)(xing)(xing)流量，交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)長時(shi)間處在(zai)低壓(ya)的(de)狀態(tai)下運行(xing)(xing)(xing)，最后積聚(ju)在(zai)樹脂層內形成干層，從而給(gei)離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)中排損壞創造(zao)了(le)基本(ben)條件(jian)。有資料介紹(shao)，離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)在(zai)0.4—0.6MPa的(de)壓(ya)力下運行(xing)(xing)(xing)可以消除樹脂產生干層的(de)現象，而我(wo)廠的(de)離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)器(qi)(qi)運行(xing)(xing)(xing)壓(ya)力大多為0.35—0.37MPa，與資料介紹(shao)的(de)數據相(xiang)比稍有偏低。

（2）運(yun)行中樹脂(zhi)壓(ya)脂(zhi)層的壓(ya)差(cha)過大(da)，是(shi)中排(pai)(pai)損壞的根(gen)本原因。我(wo)廠(chang)的離子(zi)交(jiao)換器(qi)其(qi)實也(ye)是(shi)一臺二(er)級過濾器(qi)，當無閥濾池(chi)或者前級過濾設(she)備運(yun)行工(gong)況不穩定或設(she)備有故障時，或周圍(wei)環境存在(zai)污染，如合成氨廠(chang)污染大(da)量的懸浮物會穿透濾水(shui)設(she)備而(er)進入離子(zi)交(jiao)換器(qi)，在(zai)其(qi)樹脂(zhi)壓(ya)層內聚集，從而(er)使(shi)離子(zi)交(jiao)換器(qi)進出口壓(ya)差(cha)增大(da)，在(zai)運(yun)行中易(yi)對整(zheng)個中排(pai)(pai)裝置(zhi)產生很大(da)的應(ying)力(li)。

在一般情況(kuang)下，離子交(jiao)換器中排(pai)裝置損(sun)壞是從支管發(fa)生彎(wan)曲(qu)開始的(de)，根據我廠離子交(jiao)換器中排(pai)裝置向下彎(wan)曲(qu)的(de)初始情況(kuang)，運用材料(liao)力學(xue)進行分(fen)析，因為(wei)我廠離子交(jiao)換器中排(pai)裝置的(de)支管采用DN32的(de)不(bu)銹鋼管制作(zuo)而成的(de)，通過計算其中1根最(zui)長支管的(de)彎(wan)曲(qu)變形情況(kuang)可(ke)知(zhi)，即：當最(zui)長的(de)1根支管出現向下彎(wan)曲(qu)變形時，其壓脂層上(shang)下的(de)壓差為(wei)0.0441MP a。而我廠的(de)離子交(jiao)換器進出口起始壓差約為(wei)0.035—0.045MPa。

（3）長期的超(chao)負荷(he)(he)運(yun)行是離子(zi)交換器(qi)中(zhong)(zhong)排損(sun)壞的一(yi)個重要原因(yin)。我廠(chang)的離子(zi)交換器(qi)在運(yun)行中(zhong)(zhong)常常出現頂表，其運(yun)行流(liu)量超(chao)過150t/h，運(yun)行流(liu)速(su)超(chao)過了30m/h。混合離子(zi)交換器(qi)常常維持(chi)在270t/h的負荷(he)(he)下運(yun)行，運(yun)行流(liu)速(su)甚(shen)至(zhi)達(da)到85m/h。

（4）系(xi)統改造不盡合理，是離子交換器中(zhong)排裝置易損壞的一個重要原因(yin)。我廠離子交換器沒有進(jin)出(chu)口壓差監測(ce)系(xi)統，當設備高(gao)負荷(he)運(yun)行(xing)時(shi)，沒有評判標準，易失去控制(zhi)。

四、解決辦法

根據(ju)上述分析可(ke)知，造成(cheng)我廠離子交換(huan)器不能(neng)高(gao)負荷運行的原(yuan)因，可(ke)通過(guo)運行和設(she)備(bei)兩(liang)種途徑分別加(jia)以(yi)解(jie)決。

4.1運行方面

1、制離子交(jiao)換器(qi)的運行壓(ya)力。通過控制其(qi)出水閥開度的辦法調節離子交(jiao)換器(qi)的運行壓(ya)力，使之盡(jin)可能達(da)到或接近0.4Mpa以上(shang)壓(ya)力運行。

2、在制(zhi)水(shui)過(guo)程中(zhong)監測(ce)離子交(jiao)換(huan)器兩端的壓(ya)(ya)差(cha)，使之(zhi)盡可能保持(chi)在0.1Mpa以內。經(jing)試驗發現，當(dang)離子交(jiao)換(huan)器運(yun)(yun)行壓(ya)(ya)差(cha)較大(da)，以充分小(xiao)反洗后，其壓(ya)(ya)差(cha)僅能下降到(dao)0.055Mpa左右。在運(yun)(yun)行過(guo)程中(zhong)當(dang)離子交(jiao)換(huan)器壓(ya)(ya)差(cha)≥0.1Mpa時，應(ying)立即停運(yun)(yun)進行小(xiao)反洗以去除壓(ya)(ya)脂(zhi)層中(zhong)的懸浮物，使之(zhi)兩端壓(ya)(ya)差(cha)變小(xiao)，這種方(fang)法十分簡便奏效。

3、格(ge)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)設備(bei)的運(yun)行(xing)負荷。離子交換器運(yun)行(xing)流(liu)量(liang)嚴格(ge)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)在(zai)120t/h以(yi)(yi)內(nei)，混合離子交換器嚴格(ge)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)在(zai)200t/h以(yi)(yi)內(nei)。同(tong)時(shi)離子交換器運(yun)行(xing)流(liu)速(su)在(zai)設計(ji)上應(ying)取值(zhi)20-25m/h，陰離子交換器運(yun)行(xing)流(liu)速(su)在(zai)設計(ji)上可以(yi)(yi)取值(zhi)25-30m/h，而混合離子交換器的運(yun)行(xing)流(liu)速(su)應(ying)盡可能控(kong)(kong)(kong)制(zhi)在(zai)60m/h以(yi)(yi)下。

4、控制好(hao)預處理(li)的出水水質(zhi)，對清水濁度(du)(du)進行(xing)定期監測。如(ru)澄清池(chi)運行(xing)工況不好(hao)，清水經無閥濾池(chi)過濾后濁度(du)(du)仍然較大，應立即采取措施，使之恢復(fu)正(zheng)常。

4.2設備方面

1、現(xian)有(you)的預處理(li)系統進行大(da)(da)修(xiu)。在大(da)(da)修(xiu)中發現(xian)1號無(wu)閥濾(lv)(lv)池的格柵支撐水(shui)泥柱有(you)些已經倒塌(ta)，造(zao)成(cheng)了清水(shui)室與濾(lv)(lv)水(shui)室短(duan)路，澄清池出水(shui)在無(wu)閥濾(lv)(lv)池中實(shi)際(ji)上(shang)未經過濾(lv)(lv)，從而使大(da)(da)量(liang)的渾濁(zhuo)物直(zhi)接進入離(li)(li)子(zi)(zi)交換器(qi)，造(zao)成(cheng)離(li)(li)子(zi)(zi)交換器(qi)內過水(shui)不暢，形(xing)成(cheng)較大(da)(da)的壓(ya)差，當(dang)形(xing)成(cheng)的壓(ya)力超過一定的限度時，就會(hui)造(zao)成(cheng)離(li)(li)子(zi)(zi)交換器(qi)中排彎曲變形(xing)。

2、離子交(jiao)換器的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)排支撐槽鋼(gang)(gang)(gang)進(jin)(jin)行了加固處理。支撐槽鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)數量由2根(gen)增加至4根(gen)，并在最長的(de)(de)(de)槽鋼(gang)(gang)(gang)上(shang)進(jin)(jin)行背靠背的(de)(de)(de)焊接一根(gen)短槽鋼(gang)(gang)(gang)，以增加其強(qiang)度(du)。槽鋼(gang)(gang)(gang)加固后(hou)，經計(ji)算離子交(jiao)換器中(zhong)(zhong)排最長的(de)(de)(de)一根(gen)支管可(ke)(ke)承受ΔP為0.14Mpa的(de)(de)(de)壓差而不(bu)會被壓彎，實踐證(zheng)明：此時離子交(jiao)換器運行流速可(ke)(ke)增至40m/h以上(shang)。

3、擬(ni)定取消中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)水(shui)泵(beng)。由于系統沒有中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)水(shui)箱(xiang)，因此我(wo)們考慮取消中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)水(shui)泵(beng)而適(shi)當提(ti)高清(qing)水(shui)泵(beng)的揚程(cheng)運(yun)行，這(zhe)樣既簡化系統，又(you)降低系統的檢修維護(hu)費用。

4、采用新(xin)型(xing)(xing)中(zhong)(zhong)排支(zhi)(zhi)管(guan)。原有(you)支(zhi)(zhi)管(guan)滌綸套(tao)包扎以后(hou)體積(ji)較(jiao)大(da)(da)，易(yi)老化(hua)開裂而造(zao)成中(zhong)(zhong)排漏樹脂，所使用滌綸套(tao)支(zhi)(zhi)管(guan)的(de)(de)設備(bei)維修周(zhou)期(qi)較(jiao)短。近(jin)(jin)年來德國、日(ri)本先(xian)后(hou)采用了插(cha)管(guan)式支(zhi)(zhi)管(guan)，它使整個中(zhong)(zhong)排裝置位于(yu)壓(ya)脂層上部。從(cong)而避免了壓(ya)脂層壓(ya)差過(guo)大(da)(da)對中(zhong)(zhong)排裝置造(zao)成的(de)(de)不利影響。由于(yu)插(cha)管(guan)式支(zhi)(zhi)管(guan)布水(shui)性能(neng)較(jiao)差些，近(jin)(jin)兩年國內開始采用了T型(xing)(xing)不銹鋼繞絲(si)中(zhong)(zhong)排支(zhi)(zhi)管(guan)，該支(zhi)(zhi)管(guan)通(tong)過(guo)不銹鋼絲(si)間的(de)(de)縫隙進行濾水(shui)，它的(de)(de)受(shou)力面積(ji)較(jiao)小，布水(shui)效(xiao)果比滌淪(lun)套(tao)支(zhi)(zhi)管(guan)更好(hao)，同(tong)時(shi)還可以免去經常更換(huan)滌淪(lun)套(tao)而帶來的(de)(de)麻煩。目(mu)前(qian)，2004年8月(yue)后(hou)我廠已對全部離子交換(huan)器(qi)實施這種改造(zao)。

五、效果的檢查

通過一系列運行調整以及設備改造，我廠水(shui)處理(li)制水(shui)能力得到(dao)很大提高(gao)，出力水(shui)平由360t/h提高(gao)至420t/h，交換器(qi)原出力提高(gao)30%。

2003—2004年(nian)對(dui)現(xian)有的(de)(de)幾臺離子(zi)交換(huan)器和混合離子(zi)交換(huan)器進(jin)行檢查(cha)發現(xian)，其中(zhong)排嚴重受損情況已得到(dao)了根本(ben)的(de)(de)好(hao)轉。1年(nian)多(duo)來(lai)，未發生過一(yi)起因離子(zi)交換(huan)器中(zhong)排裝置(zhi)損壞報廢而引起的(de)(de)設(she)備(bei)故障，這一(yi)成(cheng)果可以(yi)使(shi)我廠(chang)每年(nian)減少中(zhong)排檢修(xiu)費用6萬元，減少了檢修(xiu)工作量，并且可使(shi)水(shui)處理設(she)備(bei)的(de)(de)安全可靠性大大增加。

六、結論及建議

設備超負荷運行，預處理設備存在著較大的缺陷，當系統運行工況不穩定時，常會造成離子交換器運行壓差過大，如果在運行上不加以控制，設備上不加以管理，技術上不加以更新改造，很容易使離子交換器中排損壞。在運行過程中應該嚴格控制系統進出口的流量和壓差，并且在不需十分必要的情況下，勿開啟中間水泵，從而造成對離子交換器的損傷；在機械結構設計上支撐槽鋼應由2根增加至4根并且采用背對背焊接，增加其強度，在此同時應該做好對床內鋼結構的防腐工作，以免因為連接部位的腐蝕造成支撐結構的塌陷，從而增加陽離子損壞的程度；在有條件的情況下，應采用T型不銹鋼繞絲支管代替滌綸套支管，因為前者即使在一瞬間受到過大的壓力，造成彎曲變形，但在壓力消失后，T型不銹鋼繞絲支管會迅速恢復原來正常狀態，這樣設備不會受到損傷，不會產生樹脂跑漏現象。這些措施將會使離子交換器設備的安全可靠性以及出力能力大大提高,減少樹脂泄漏，降低了檢修工作強度，大大降低了檢修成本。 
 
 

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