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固定床離子交換除鹽係統的運行優化

公司第一套大化肥裝置,是以天然氣為原料年(nián)產30萬噸合成氨、52萬噸尿素的大型化肥裝置(zhì),其配套鍋爐用水由兩級(jí)固定床離子交換除鹽係統供給。一級固定床除鹽係統包括2台陽雙(shuāng)室固定床(chuáng)離子交換器、1台脫(tuō)碳塔和2台陰單室固定床離子交換器(qì),製水能(néng)力約為105m3/h,陰陽離子交換器均采用的是(shì)對流再生的(de)方式,再生液分別為NaOH溶液(yè)和HCl溶液。
一、出現的問題
1.製水周期縮短
該裝置(zhì)的一級除鹽係統采(cǎi)用的是(shì)母管製製水的方式,陰陽離子交換器的失效分別判斷,陰陽離子交換器失效後亦分別再生。陽離子交換器的失(shī)效是以其出水的(de)Na+含量以及監控對應陰離子交換器(qì)出水在線電導率(lǜ)來判斷,陰離子交換器(qì)的失效是以其出水的二氧化矽(guī)含量(liàng)以及監控其出水的在線電導率來判斷。
根據係統原始設計(jì)數據以及實際的運行經驗,規定陰陽離(lí)子交換器批量製水達2100m3時,不管運(yùn)行陰陽離子交換器出水(shuǐ)的水質是否有變化均對其停運再(zài)生(shēng),即正常負(fù)荷下,陰陽離子交(jiāo)換器的製水周期為20h。
在該套(tào)裝置運行的(de)前十幾年裏,一級(jí)除鹽係統的2套陰陽離子交(jiāo)換器幾乎都能達到規(guī)定的製水周期,可是(shì)近幾年,頻繁出現陰陽離子(zǐ)交換器提前(qián)失效,達不到製水周期的(de)現象。
2007—2012年(nián)一級除鹽係統離子交換器運行周期統計(jì)見表1。

表1 2007—2012 年一級除鹽係統離子交換(huàn)器運行(háng)周期統計
2.再生消耗增加(jiā)
受(shòu)一級除鹽係統(tǒng)陰陽離子交(jiāo)換器頻繁出(chū)現周期縮短的影響,陰陽離子交換器再(zài)生的次數也相應的增加,為了保證除鹽水的合(hé)格供應,調整(zhěng)了陰陽離子交換(huàn)器再生時再生液的用量,造成了一(yī)級除鹽係統再生液耗量以及再生自耗水量的增長。見表2。

表2 2009—2012 年除鹽係(xì)統酸堿(jiǎn)及原水單(dān)耗
二、原因分析
1.原水的溫度低(dī)
據統計發現,裝置一級除鹽係統陰陽離子交換器運行周期縮短(duǎn)的現象大多發生在冬季。該除鹽係統采用的是離子(zǐ)交(jiāo)換(huàn)除鹽(yán),離子交換(huàn)的過程是樹(shù)脂顆粒與水溶(róng)液接觸時,陰陽離子進行擴散(sàn)和交換的過程。在一定範圍(wéi)內,提高原水溫度,能提高(gāo)離子和分子的熱運行速度,降低(dī)水的黏度,加快液(yè)膜擴散和孔道擴散速度。所以,將原水溫度保持在20~40℃,會使離子(zǐ)交換反(fǎn)應(yīng)速(sù)度更快,離子交換反應更加徹(chè)底。而裝置一級除鹽係統的原水為水廠直接過來的生產原水(shuǐ),冬季最低溫(wēn)度(dù)隻有4℃左右(yòu),低溫不利(lì)於離子交換反應的進行。
2.再生液溫度低
再生效果對離子交換器運行周期影響很大。提高再生液(yè)溫度會加快再生時離子擴散速度,對再生有利。如果把再生液HCl溶液預熱至40℃來再生陽離子交(jiāo)換樹脂,就能改善樹脂中鐵及氧(yǎng)化物的清除(chú)效(xiào)果;把再生液NaOH溶液預熱後來(lái)再生陰離(lí)子交換樹脂,對於矽酸性陰樹脂的再(zài)生效果更顯著。試驗證明,當再生液溫度隻有16℃時,陰離子交換樹脂矽酸洗脫率隻有50%,當把再生液加熱至35℃時,矽酸洗脫率接近100%。而裝置的再生液均(jun1)為常溫,夏季最高可達32℃左右,而冬季最低隻有(yǒu)4℃左右,低溫不利於離子交換器的再生。
3.陰離子交換器無(wú)頂壓操作
裝置陰離子交換器為逆流再生的單室固定床,其運行時原水水流至上(shàng)而下流動,再生時再生液則(zé)自下而上流動。再生(shēng)和置換時離子交(jiāo)換樹脂不發生亂(luàn)層是保證逆流再生(shēng)效果的關鍵,再生時采用氣(qì)頂壓的方(fāng)式是保障該離子(zǐ)交換器再生時不亂層的重要手段。但裝置由於硬件條件的限製,導致其設計的氣頂壓設施多年未投入使用。
4.再生操作不規範
裝置一(yī)級除鹽係統的再生采用的是手動再生的方式(shì),不同的(de)操作工之間對再生液(yè)的(de)濃度以及再生每一步的時間的把握存在(zài)差異,對(duì)於離子交換器的再生(shēng)不利。
三、解決措施
1.提高原水的溫(wēn)度
增(zēng)加了(le)1台冷凝液換熱器(qì),使進陽離子交換器前的(de)原水與除鹽係統回(huí)收的主裝置冷凝液進行換熱,提高原水的溫度。表3為2015年1—8月原水經過換熱前後的溫度數據,由表3可知,即使在冬季原水經過換熱後水溫仍可達20℃以上,達到了離子交換反應較理(lǐ)想的工作(zuò)溫度。

表3 2015 年1—8 月除鹽係統原水換熱前(qián)後溫度對比
2.提高再(zài)生液溫度
2.1.提高再生稀釋(shì)水的溫度
除鹽係統再生稀釋水泵用水為精除鹽的除鹽水(shuǐ),裝置製備合格的除(chú)鹽水(shuǐ)分裝在2個(gè)不同的除鹽水箱(xiāng)中,水箱A中的除鹽水來自於(yú)純原水製備,其溫度隻比環境溫度高約2℃,水箱B中的除鹽水來自於原水製備和冷凝(níng)液(yè)製(zhì)備,冬季最低溫度都在25℃左右。改造(zào)為除鹽係統再(zài)生稀釋水泵新增進水管線,用水箱B中的除鹽(yán)水作為離子(zǐ)交換器再生時的稀釋水(shuǐ),從而達到提高進入離子交換器再生液溫度的(de)目(mù)的。
2.2.提高陰離子(zǐ)交換器(qì)再生液的溫度(dù)
陰離子(zǐ)交換器用30%的(de)NaOH溶液經過除鹽(yán)水稀釋後進行再生,為(wéi)進一步提高陰離(lí)子交換器再生效果,對堿儲槽以及(jí)堿管線改造增加低(dī)壓蒸汽(qì)伴熱管線,通過低壓蒸汽對NaOH溶液進行加熱提溫(wēn),既避(bì)免冬季極冷氣溫下NaOH溶液(yè)結晶,又提高了NaOH溶液再生陰離子交換(huàn)樹脂時矽酸的洗脫率,保證了陰離子交換樹脂(zhī)的再生效果。
3.增加頂壓操作
裝置陰離子交換器原始設計的(de)頂壓進氣閥門為隻有開關2個閥位的氣動閥,頂壓的進氣量無(wú)法調節,當外界工廠空氣(qì)管網壓(yā)力波動的(de)時(shí)候,使(shǐ)得再生時頂壓壓力不穩定,影響離子交換器再生時進再生液的(de)濃(nóng)度和速度,以至於長期不能投(tóu)用。
改造為在原頂(dǐng)壓進氣氣動閥前(qián)增加手動閥門(mén),對離子交換器再生時需要的頂壓工廠空氣壓力和空氣量進行調節,通過調試保證頂壓的效果。
4.優(yōu)化(huà)離子交換器再(zài)生操作
1.1.建立再生智能監控係統
安(ān)裝(zhuāng)再生智能監控係統,該(gāi)係統主要是對再生液的流速、濃度進行智能(néng)監控和優化,確(què)保再生(shēng)時不會出(chū)現樹脂循環分層現象,並改變傳統單一(yī)濃度再生方式,保持濃度梯度,有效緩解二次汙染,同時合理分配再生液用(yòng)量,減少再生(shēng)過程中的浪費。每次再生離子交(jiāo)換器時隻需啟動智能再生操作(zuò)平台,便可通過該係統的中央服務器,對每一次再生進行實時監測,監測再生液的濃度,進再生液的時間等重要參數,並通過數據反饋,及時對再生(shēng)液(yè)濃度,時間(jiān)等參數進行調整,實現再生濃度的梯度(dù)分布,達到智能再生的目的(de)。
1.2.恢(huī)複離子交換器的自動再(zài)生操作
清理離(lí)子交換器附(fù)屬的氣動閥,對長期(qī)故障(zhàng)或位置信號不到位而影響(xiǎng)自(zì)動(dòng)程序運行的(de)閥(fá)門進行維修或(huò)更換。
在建(jiàn)立再生(shēng)智能監控係統的基礎上,對離子交換器自動再生程(chéng)序進行(háng)優化和調試,調整了陽離子交換器再生時反洗、放水和置換的時間。將陰離子交換器再生時的(de)大反洗操作(zuò)改為小反洗操作,同時增加頂壓操作,調整(zhěng)了排水和置換(huàn)的時間,見表4、表5。

表4 陽離子交換器再生參數優化

表5 陰離子交換器再生參數優化
四、實施效果
近幾年,通過對裝置持續的改造,一級除鹽係統得到了一定的優化,陰陽離子交換器基本上都能達到(dào)既定的周期,而且再生酸堿的消(xiāo)耗以(yǐ)及原水的(de)消耗都有不同程度的(de)下降,相比於2011—2012年的平均值,鹽酸單耗(hào)下降了11.22%,而液堿的消耗下降(jiàng)了27.08%,見表6。

表6 2014 年酸堿耗與2011—2012 年平均酸堿單耗對(duì)比
五、結束語(yǔ)
在離子交換水處理係統中,離子交換樹脂不可(kě)避免的會受到汙染或老化,致使樹脂的性能下降,進而造成離子交換器的(de)製水周期縮短,再生消耗高,出水水質不好等一係列的問題。針對這(zhè)種情況,除了(le)定期(qī)複蘇離子交換(huàn)樹脂,定期增補(bǔ)新樹脂的方法外,還應(yīng)從離子交換器(qì)日常(cháng)的再生工作上入手,優化離子交換器的再生(shēng)操作,為再生提供更合理、更合適的(de)條件,使(shǐ)離(lí)子交換樹脂(zhī)保持較(jiào)高(gāo)的再生度,進(jìn)而保證每(měi)一次離子交換器的再生效(xiào)果。

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