主頁 > 新聞動態 > 固定床離（lí）子交換除鹽係統的運行優（yōu）化 2021-11-20

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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