淺析陽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荷下運行的原因，介紹了原系統設備存在的缺陷，并對之進行理論分析和改造,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。
關鍵詞：離子交換器 壓差 負荷
一、前言
巨化熱電廠水處理車間有六套離子交換器，但不能達到設計負荷能力，總制水量約360t/h，不能滿足生產要求，預處理設備采用陽陰離子交換法脫鹽。
二、問題的發現
隨著供熱發電機組的不斷擴建，我廠對外供汽供水量逐年遞增，為了滿足生產高峰期制水供水的要求，我廠水處理車間的制水設備經常超負荷運行。而離子交換器內沒有壓縮空氣吹掃裝置，造成進出口二端壓力偏高，設備不能在高負荷下運行。另外離子交換器設有中排裝置，強制高負荷狀態下運行，使中排裝置壓彎損壞問題隨新機組增加日趨嚴重，發生的頻率越來越高，有時甚至在短短的3個月之內，新更換的中排裝置即發生嚴重損壞，支管嚴重變形、下彎，支撐槽鋼中部出現斷裂，中排母管下塌呈“v”形狀，整個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備周期制水量下降，運行周期變短，設備再生操作頻繁。重者使設備中排出水漏樹脂，設備無法再生操作，這種狀況已嚴重影響了系統運行的安全可靠性。
三、原因分析
除鹽水制水設備中為什么離子交換器會出現不能在高負荷下運行呢？經過進一步的分析和探討，這是因為我廠離子交換器內部結構存在著缺陷：
（1）離子交換器在運行過程中易形成樹脂干層。離子交換器在運行中樹脂會出現干層，這是因為它們的離子交換器用進口閥調節運行流量，交換器長時間處在低壓的狀態下運行，最后積聚在樹脂層內形成干層，從而給離子交換器中排損壞創造了基本條件。有資料介紹，離子交換器在0.4—0.6MPa的壓力下運行可以消除樹脂產生干層的現象，而我廠的離子交換器運行壓力大多為0.35—0.37MPa，與資料介紹的數據相比稍有偏低。
（2）運行中樹脂壓脂層的壓差過大，是中排損壞的根本原因。我廠的離子交換器其實也是一臺二級過濾器，當無閥濾池或者前級過濾設備運行工況不穩定或設備有故障時，或周圍環境存在污染，如合成氨廠污染大量的懸浮物會穿透濾水設備而進入離子交換器，在其樹脂壓層內聚集，從而使離子交換器進出口壓差增大，在運行中易對整個中排裝置產生很大的應力。
在一般情況下，離子交換器中排裝置損壞是從支管發生彎曲開始的，根據我廠離子交換器中排裝置向下彎曲的初始情況，運用材料力學進行分析，因為我廠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，通過計算其中1根最長支管的彎曲變形情況可知，即：當最長的1根支管出現向下彎曲變形時，其壓脂層上下的壓差為0.0441MP a。而我廠的離子交換器進出口起始壓差約為0.035—0.045MPa。
（3）長期的超負荷運行是離子交換器中排損壞的一個重要原因。我廠的離子交換器在運行中常常出現頂表，其運行流量超過150t/h，運行流速超過了30m/h。混合離子交換器常常維持在270t/h的負荷下運行，運行流速甚至達到85m/h。
（4）系統改造不盡合理，是離子交換器中排裝置易損壞的一個重要原因。我廠離子交換器沒有進出口壓差監測系統，當設備高負荷運行時，沒有評判標準，易失去控制。
四、解決辦法
根據上述分析可知，造成我廠離子交換器不能高負荷運行的原因，可通過運行和設備兩種途徑分別加以解決。
4.1運行方面
1、制離子交換器的運行壓力。通過控制其出水閥開度的辦法調節離子交換器的運行壓力，使之盡可能達到或接近0.4Mpa以上壓力運行。
2、在制水過程中監測離子交換器兩端的壓差，使之盡可能保持在0.1Mpa以內。經試驗發現，當離子交換器運行壓差較大，以充分小反洗后，其壓差僅能下降到0.055Mpa左右。在運行過程中當離子交換器壓差≥0.1Mpa時，應立即停運進行小反洗以去除壓脂層中的懸浮物，使之兩端壓差變小，這種方法十分簡便奏效。
3、格控制設備的運行負荷。離子交換器運行流量嚴格控制在120t/h以內，混合離子交換器嚴格控制在200t/h以內。同時離子交換器運行流速在設計上應取值20-25m/h，陰離子交換器運行流速在設計上可以取值25-30m/h，而混合離子交換器的運行流速應盡可能控制在60m/h以下。
4、控制好預處理的出水水質，對清水濁度進行定期監測。如澄清池運行工況不好，清水經無閥濾池過濾后濁度仍然較大，應立即采取措施，使之恢復正常。
4.2設備方面
1、現有的預處理系統進行大修。在大修中發現1號無閥濾池的格柵支撐水泥柱有些已經倒塌，造成了清水室與濾水室短路，澄清池出水在無閥濾池中實際上未經過濾，從而使大量的渾濁物直接進入離子交換器，造成離子交換器內過水不暢，形成較大的壓差，當形成的壓力超過一定的限度時，就會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行了加固處理。支撐槽鋼的數量由2根增加至4根，并在最長的槽鋼上進行背靠背的焊接一根短槽鋼，以增加其強度。槽鋼加固后，經計算離子交換器中排最長的一根支管可承受ΔP為0.14Mpa的壓差而不會被壓彎，實踐證明：此時離子交換器運行流速可增至40m/h以上。
3、擬定取消中間水泵。由于系統沒有中間水箱，因此我們考慮取消中間水泵而適當提高清水泵的揚程運行，這樣既簡化系統，又降低系統的檢修維護費用。
4、采用新型中排支管。原有支管滌綸套包扎以后體積較大，易老化開裂而造成中排漏樹脂，所使用滌綸套支管的設備維修周期較短。近年來德國、日本先后采用了插管式支管，它使整個中排裝置位于壓脂層上部。從而避免了壓脂層壓差過大對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，近兩年國內開始采用了T型不銹鋼繞絲中排支管，該支管通過不銹鋼絲間的縫隙進行濾水，它的受力面積較小，布水效果比滌淪套支管更好，同時還可以免去經常更換滌淪套而帶來的麻煩。目前，2004年8月后我廠已對全部離子交換器實施這種改造。
五、效果的檢查
通過一系列運行調整以及設備改造，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年對現有的幾臺離子交換器和混合離子交換器進行檢查發現，其中排嚴重受損情況已得到了根本的好轉。1年多來，未發生過一起因離子交換器中排裝置損壞報廢而引起的設備故障，這一成果可以使我廠每年減少中排檢修費用6萬元，減少了檢修工作量，并且可使水處理設備的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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