摘要：在运行过程中通过严格控制混合离子交换器的运行压力以及系统进出口的流量和压差;在机械结构设计上增加支撑槽钢强度, 在此同时应该做好对床内钢结构的防腐工作, 以免因为连接部位的腐蚀造成支撑结构的塌陷。本文分析了某厂水处理设备阴离子交换器中排装置损坏的原因，并对阴离子交换器中排损坏解决措施进行探讨，避免设备的损坏。
关键词：阴离子交换器；压差；中排装置损坏
某电厂两套制水设备，而两台阴离子交换器在发生中排弯曲损坏事件经分析，确认运行人员的违规操作是导致此事件发生的主要原因，并提出有效的解决办法。
一、工作原理
混合床离子交换法, 就是把阴、阳离子交换树脂放置在同一个交换器中, 在运行前将它们均匀混合,所以可看着是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床, 水中所含盐类的阴、阳离子通过该项交换器, 则被树脂交换, 而得到高度纯水。在混合床中,由于阴、阳树脂是相互混匀的, 所以其阴、阳离子交换反应几乎同时进行, 或者说, 水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的, 经H型交换所产生的H+和经过OH型交换所产生的OH-都不能积累起来, 基本上消除反离子的影响, 交换进行得比较彻底。由于进入混合床的初级纯水质较好, 交换器的负载较轻, 树脂的交换能力很长时间才被子耗竭。本混合床采用体内再生法, 再生时首先利用两种树脂的比重不同, 用反洗使阴、阳离子交换树脂完全分离, 阳树脂沉积在下, 阴树脂浮在上面, 然后阳树脂用盐酸(或硫酸)再生, 阴树脂用烧碱再生。
二、电厂水处理设备概况
该厂水处理方式为原水（地表水）→反应沉淀池→超滤和反渗透系统→淡水箱→淡水泵→逆流再生阳离子交换器→除碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱。其中阴离子交换器为顶部进水，十字支母管式布水装置；排水装置采用穹型孔板加石英砂垫层；中排装置为母支管绕丝型结构；内部装填的为213凝胶型强碱阴离子交换树脂，装填高度为2500mm；中排装置上部有200mm的压脂层。水处理的离子除盐系统投运时，当阳离子交换器正洗至Na≤100μg/L，启动除碳风机，经过除碳器，向中间水箱供水，中间水箱液位达到0.7m以上时，进行阴离子交换器的充水，满水后进行正洗，当出水达到DD≤100μs/cm，Si≤100μg/L，出水合格，正式投运阴离子交换器，然后依次投运混合离子交换器，满水后冲洗出水至DD≤0.15μs/cm，Si≤10μg/L向除盐水箱供水，用作锅炉补给水。
三、阴离子交换器中排装置损坏原因分析
1、阴离子交换器中排损坏原因。阴离子交换器中排装置的损坏一般可能由以下五种原因造成：(1)材质原因：当中排装置设计及选材不合格时，其所能承压的压力达不到额定出力时的压差，随着设备运行时间的增加，就会出现中排装置腐蚀和中排装置弯曲的现象。(2)长期的超负荷运行：该厂的锅炉补给水除盐装置为一级除盐加混床，两套额定出力均为110m3/h。混床为两台，采用母管制连接，两套设备为一用一备。设备超负荷运行会导致中排装置受力超过设计值，长期运行必然会使中排装置变形，最终弯曲损坏。(3)运行过程中形成树脂干层：在树脂层中有干层或气泡的情况下，反洗进水流速过高，树脂层尚未散开，树脂的流动性差，夹在干树脂层中的中间排液装置被向上托起而造成中排装置的损坏。在运行中会因树脂干层收缩，使中排装置上下产生压差，如果压差过大，就会造成中排支管的向下弯曲。离子交换器在运行中树脂会出现干层，离子交换器用进口阀调节运行流量，交换器长时间处在低压的状态下运行，最后积聚在树脂层内形成干层，从而给离子交换器中排损坏创造了基本条件，长期运行中，就会出现中排装置劳损弯曲。(4)阴离子交换器再生原因：再生过程中，阴离子交换器长时间运行，树脂出现板结，树脂被压实且流动性较差，如果刚开始大反洗的水流量过大，树脂就会出现骤然膨胀，瞬间的脱力很大，导致中排装置的损坏。(5)阴离子交换器再生原因：运行人员未按操作规程操作，导致意外情况的发生，致使中排装置弯曲变形。
2、阴离子交换器中排装置损坏原因查明。由于该厂阴离子交换器中排装置支管向下弯曲，根据倒角及两台阴离子交换器的损坏情况，检查再生的流量曲线和记录及反洗时力的方向是向上的，而导致中排损坏的力应该是从上到下的，因此可以排除阴树脂在再生过程中由于反洗水流量过大造成中排损坏。通过对阴离子交换器设备的运行记录检查发现，阴离子交换器并不存在长期超负荷运行情况，基本上出力维持在100～110m3/h，而且运行时间一般在8小时左右，同时进水压力基本维持在0.4～0.6MPa，可以消除树脂产生干层的现象。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且在历年的设备检修过程中，都会安排阴离子交换器的中排装置的检查工作，从投运至此次问题出现，设备运行近四年，运行情况良好，从未发现阴离子交换器中排装置损坏的现象，可以判断该厂阴离子交换器中排装置的损坏有可能是第五种原因造成。从#1阴离子交换器的损坏现象，特别是支撑槽钢的支撑倒角的损坏受力可以看到力的方向是从上向下的，在一般情况下，离子交换器中排装置损坏一般是从长支管发生弯曲开始。该厂离子交换器中排装置采用的是1Cr18Ni9Ti不锈材质，母管采用DN100的不锈钢管和支管采用DN32的不锈钢管制作而成，通过计算母管和支管的弯曲变形条件可知，即母管和支管分别在压脂层上下压差为0.07MPa和0.05MPa时就会发生弯曲，而该厂的离子交换器正常运行时进出口压差约为0.02～0.04MPa，运行中离子交换器进出口压差达到0.05MPa时设备停运，进行再生，并进行大反洗，逐渐调整进水流量将将树脂冲洗松散，得到彻底膨胀，洗至反洗排水澄清无破碎树脂为止，然后双倍再生剂量进行再生，在这种情况下，设备不会出现异常情况的发生，所以也可以排除长时间当离子交换器进出口压差超标而造成中排装置损坏的可能性。离子交换装置中排装置如果出现悬空、中排装置下出现干树脂中或者周围出现气泡的情况下，此时阴离子交换器罐体如果不排气而直接启动中间水泵进水，就会发生水锤现象，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍，瞬间作用在中排装置的力要远远超出中排装置所能承受的压差数值，而中排装置也会瞬间发生弯曲变形，根据现场中排装置弯曲情况，特别是母管中间部位连同加强筋一起发生弯曲的情况可知，当时中排装置应该是受到强大的冲击力而导致损坏的。据笔者了解，运行人员在设备运行过程中，中间水箱液位低的时候，便停止中间水泵蓄水，水位达到高位时，未按照规程规定依次打开排 气阀和进水气动阀 ，进行阴离子交换器满水后进行设备正常投运，而是在进水气动阀在全开位、排气门在全关位的条件下直接启动中间水泵向阴离子交换器进水，此时在有一定压力的离子交换器中，由于中间水泵的运行、停止和突然启动使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，进水形成水锤效应，将中排装置损坏。
四、阴离子交换器中排损坏解决措施
损坏的中排装置因严重受损，只能彻底更换，将损坏的衬胶层重新衬胶硫化，进行彻底修补。根据上述分析可知造成某厂阴离子交换器中排装置损坏的原因，可通过设备管理和运行管理两个方面采取措施，避免同类事故的再次发生。
1、设备管理方面。1）做好日常设备维护工作：阴离子交换器是水处理设备的重要设备之一，强化日常设备的定期维护和巡视工作，关注设备的运行参数的变化，分析设备的健康状况，做好设备的检查工作，发现不良问题，及时解决，避免因小的缺陷而造成重大的设备损坏事件的发生。2）合理利用大修，做好设备检查工作：根据大修项目的安排情况，合理分配检修项目，将锅炉补给水系统设备进行外部和内部全面检查，包括内部上部进水装置、中排装置和其固定槽钢等各部分，全面检查，发现问题，及时处理，并做好事故分析，及时调整设备的运行状态和操作方法，避免事故的发生。
2、运行管理方面：运行人员要严格按照操作规程，执行操作票内容，杜绝习惯性违章操作；注意日常巡视，特别是操作时的现场情况检查。1）做好阴离子交换器运行的检查工作：离子交换器的投停时，一定做好检查工作，包括一些阀门、管道和泵的健康状况，设备投运时，注意检查现场的设备投运的步骤中状态和参数变化，发现异常及时将设备隔离，避免设备损坏事件的发生，保证设备的安全运行。例如：排气阀动作失灵，投运时，离子交换器刚开始就会出现强烈的振动，如果不及时发现和停运设备的情况下，也有可能导致中排装置的损坏。设备运行过程中，要时刻关注各运行指标的变化，提高对设备参数变化的敏感度，准确掌握设备的运行状况，做好调整工作，要严格按照规程操作。如果长时间停运的阴离子交换器，可以通过下部小流量进水的方法将中排装置下面可能存在的气泡赶出，也可以将设备重新再生，避免中排装置的损坏。2）合理安排阴离子交换器的再生操作：在制水过程中监测离子交换器两端的压差，使之尽可能保持在0.05Mpa以内。长周期运行的离子交换器要合理安排好大反洗操作，在正常运行三个周期或者是进出水压差大于0.05Mpa时，就要进行大反洗，大反洗时一定要控制反洗的水量调节，从小到大，逐渐调整，做到既让树脂得到充分膨胀又防止了因树脂板结而损坏中排装置，现场观察树脂的膨胀情况，确保反洗质量；再生时要做好每一步的检查，及时发现异常情况，避免设备损坏的扩大和树脂的流失等不良事故的发生。
阴离子交换器中设备超负荷运行，预处理设备存在着较大的缺陷，当系统运行工况不稳定时，常会造成阳离子交换器运行压差过大，如果在运行上不加以控制，设备上不加以管理，技术上不加以更新改造，很容易使阳离子交换器中排损坏。
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论文作者:吴军海
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：阴离子论文; 中排论文; 装置论文; 树脂论文; 交换器论文; 设备论文; 弯曲论文; 《电力设备》2017年第27期论文;