一起雙室浮床跑樹脂事故的分析及防范

靳晉陵

(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽城 048102)

1 雙室浮床運(yùn)行方式

某電廠鍋爐補(bǔ)給水水源為泉水，其水質(zhì)屬于碳酸鹽型，硬度高，含鹽量大。根據(jù)補(bǔ)給水的水質(zhì)特點(diǎn)，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用機(jī)械澄清、纖維過濾、一級除鹽加混床。具體處理流程為：水源地來水→生水池→生水泵→生水加熱器→空氣分離器→機(jī)械攪拌澄清池→澄清水池→澄清水泵→高效纖維過濾器→雙室雙層浮動(dòng)陽床→除CO2器→中間水箱→中間水泵→雙室雙層浮動(dòng)陰床→混床→除鹽水箱→機(jī)房。經(jīng)過鍋爐給水處理系統(tǒng)，電廠補(bǔ)給水滿足了電力生產(chǎn)要求。

電廠補(bǔ)給水原水的濁度呈顯著的季節(jié)性變化。在降雨量大的7-8月，原水濁度大，這個(gè)階段為渾泉期，原水必須經(jīng)混凝澄清后過濾。其他時(shí)間原水的濁度小且濁度穩(wěn)定，為清水期，原水可不必經(jīng)過混凝澄清而直接進(jìn)入過濾器進(jìn)行過濾。高效過濾器采用纖維濾料，保證了出水濁度滿足雙室浮動(dòng)陽離子交換器的進(jìn)水要求。

雙室浮床設(shè)備由殼體、管系、進(jìn)水裝置、出水裝置、再生液分配裝置等組成。雙室浮床設(shè)備直徑2 200 mm，筒體內(nèi)部設(shè)有上、中、下3塊濾水隔板，將整個(gè)筒體分成上下2個(gè)室。每塊隔板上裝有濾水帽，其中中、下隔板的濾水帽為多孔板雙頭水帽，上隔板的濾水帽為多孔板單頭水帽。上室充填001*7強(qiáng)酸樹脂，層高為2 000 mm，下室充填D113大孔弱酸樹脂，層高為1 200 mm。樹脂層的上部充填浮動(dòng)床專用的惰性樹脂，其充填高度為200 mm。

2 事件經(jīng)過

2009-09-27T08:30，電廠2號列一級除鹽加混床投運(yùn)，設(shè)備運(yùn)行正常。運(yùn)行流量110 t/h，設(shè)備壓差0.15 MPa，陽床入口壓力0.4 MPa。16:20，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備流量驟降至60 t/h，中間水箱液位急劇下降，無法維持。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，雙室雙層浮動(dòng)陽床出口樹脂捕捉器內(nèi)充滿樹脂，判斷陽床出口裝置發(fā)生損壞，導(dǎo)致樹脂從陽床內(nèi)跑出，隨即停運(yùn)設(shè)備。維護(hù)人員打開陽床頂部人孔門后發(fā)現(xiàn)，陽床上隔多孔板裝置上有大量樹脂。

經(jīng)檢查，有一個(gè)水帽斷裂脫落。在更換破裂水帽、清除跑出的樹脂后，試運(yùn)設(shè)備。試運(yùn)后，陽床樹脂捕捉器內(nèi)很快又充滿樹脂，同時(shí)又有一個(gè)水帽(不是新更換的水帽)發(fā)生破裂脫落。檢修人員打開陽床上室人孔門檢查，上室樹脂濕潤且存在大量水，即陽床內(nèi)部的水并沒有完全放完。檢修人員將上室樹脂全部掏出進(jìn)行檢查，大量水從陽床排水管排出，上室樹脂表面存在一個(gè)厚度為15 cm左右的破碎樹脂和泥渣層。更換新的水帽后，設(shè)備恢復(fù)正常。

3 事故原因分析

3.1 多種因素導(dǎo)致陽床聚集破碎樹脂

(1) 在樹脂的制造過程中，由于原料中各組分的聚合速度不同，導(dǎo)致樹脂顆粒的結(jié)構(gòu)不均勻。這種不均勻性使得樹脂在轉(zhuǎn)型過程中因各部分膨脹和收縮程度不同，產(chǎn)生不均勻的內(nèi)應(yīng)力，造成樹脂高分子鏈斷裂、活性基因脫落、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度下降，最終導(dǎo)致樹脂發(fā)生裂紋而破碎。

(2) 與固定床相比，樹脂在雙室浮床運(yùn)行時(shí)受到高速水流沖擊而被擠壓的壓力要遠(yuǎn)大于在固定床運(yùn)行時(shí)所受到的壓力，使得樹脂破碎率大大增加。另外，雙室浮動(dòng)床普遍采用體外清洗操作。樹脂在進(jìn)行體外清洗時(shí)，樹脂顆粒間的摩擦、樹脂與管道及設(shè)備壁的摩擦以及空氣混合擦洗等，均會加大樹脂的磨損。

(3) 電廠的樹脂擦洗設(shè)備運(yùn)行情況不理想。在進(jìn)行樹脂的擦洗工作時(shí)，破碎樹脂不能有效排出，擦洗工作只是消除了樹脂的結(jié)塊、粘連。造成這種情況的主要原因是：樹脂擦洗罐罐體內(nèi)部上排水管道裝置均設(shè)有濾網(wǎng)，對樹脂進(jìn)行反洗時(shí)分離出的大量破碎樹脂隨水流聚集在濾網(wǎng)處無法及時(shí)有效排出，時(shí)常發(fā)生堵塞濾網(wǎng)的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致無法出水，使樹脂的反洗工作不能有效進(jìn)行。最終造成陽床體內(nèi)的破碎樹脂越積越多，床體差壓不斷增大，設(shè)備出力不斷下降。

3.2 破碎樹脂導(dǎo)致水帽破裂脫落

陽床在投運(yùn)成床時(shí)需要較大流量的水。投運(yùn)瞬間閥門全開，大量帶壓水和樹脂產(chǎn)生巨大的向上沖擊負(fù)荷，這種沖擊負(fù)荷最終直接作用在陽床的出水裝置上，多孔板和水帽承壓。同時(shí)，由于上室樹脂內(nèi)的破碎樹脂增多，設(shè)備壓差不斷增大，多孔板和水帽所承載的負(fù)荷更大，多孔板和水帽就可能發(fā)生嚴(yán)重變形和老化。當(dāng)水帽承載的負(fù)荷超過其所能承載的極限負(fù)荷時(shí)，就會導(dǎo)致水帽破裂而脫落。

由于在初次檢修時(shí)僅僅是對損壞的水帽進(jìn)行了更換而沒有對破碎樹脂進(jìn)行清理，也就是沒有消除水帽破裂老化的根本因素，因此水帽破裂脫落的情況可能再次發(fā)生。由于隔板上的水帽健康情況不同，老化程度相對嚴(yán)重的水帽就會先被壓壞，最終破裂脫落。

有裂紋的樹脂可承受的擠壓力與正常樹脂相比已大為降低。當(dāng)樹脂可承受的擠壓力降至一定程度時(shí)，床體的壓差就可使樹脂破碎。樹脂破碎后，樹脂碎屑會堵塞濾水帽，交換器配液裝置和排液裝置通流面積減小，導(dǎo)致交換器進(jìn)出口壓差進(jìn)一步加大，這又加速了樹脂的破碎，如此形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致設(shè)備出力降低。嚴(yán)重時(shí)可能造成浮床因無法達(dá)到規(guī)定的成床流速而導(dǎo)致成床失敗。

3.3 破碎樹脂層粘連、結(jié)塊導(dǎo)致設(shè)備放水不徹底

在正常情況下擦洗樹脂，樹脂在水流的篩分作用下破碎樹脂從完整樹脂中分離出來最終排走，罐體內(nèi)保留了完好樹脂。但由于電廠擦洗設(shè)備本身的原因，擦洗的結(jié)果僅僅是排出了樹脂內(nèi)的細(xì)小泥沙，而無法排出破碎樹脂。擦洗的最終結(jié)果是：樹脂在水力篩分的作用下，在擦洗罐內(nèi)形成破碎樹脂和完好樹脂分離，如圖1所示。這種分布情況也隨著樹脂在從擦洗罐到陽床的轉(zhuǎn)移中完整地保持在陽床內(nèi)，在陽床內(nèi)形成如圖2的狀態(tài)。

汛期來臨時(shí)，由于原水中的懸浮物和泥沙含量急劇增加，增加了高效過濾器的負(fù)擔(dān)，也使得陽床的入口水質(zhì)變差。當(dāng)這些雜質(zhì)進(jìn)入陽床后，較大的顆粒會被截留在下室內(nèi)，而相對細(xì)小的顆粒在水力作用下會通過完好樹脂間隙進(jìn)入陽床上室。由于破碎樹脂層的間隙相對于完好樹脂層要小很多，因而細(xì)小的顆粒就被截留在陽床上室的破碎樹脂層內(nèi)。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長，被截留的泥沙漸漸和破碎樹脂粘連在一起，最終在陽床上室形成了破碎樹脂和泥渣的混合物。

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，破碎樹脂層被壓實(shí)，近似一個(gè)整體留在完好樹脂上層，這也增大了設(shè)備壓差，從而導(dǎo)致更多樹脂發(fā)生破碎。在設(shè)備排空放水時(shí)，由于破碎樹脂層的存在，上室內(nèi)破碎樹脂層以上的水不能有效通過(排走)。隨著陽床內(nèi)水位的下降，上室內(nèi)的樹脂下降到中間隔板處后，由于隔板的存在停止下移。這時(shí)下室樹脂在下移的過程中，由于破碎樹脂層的存在，使得在下室內(nèi)的樹脂和中間隔板之間逐漸形成一真空區(qū)，使得放水不能繼續(xù)，最終出現(xiàn)上室內(nèi)的水流不走，下室內(nèi)的水放不完的現(xiàn)象，如圖3所示。檢修人員用鐵鍬去掏樹脂的時(shí)候，相當(dāng)于破壞了相對嚴(yán)密的破碎樹脂層，造成破碎樹脂層出現(xiàn)空隙，破壞了陽床下室內(nèi)的真空，才使陽床內(nèi)的存水得以徹底排空。

破碎樹脂層僅出現(xiàn)在陽床上室而沒有出現(xiàn)在下室，是因?yàn)殛柎采鲜覙渲瑸槟z型且量大，而下室樹脂為大孔型，量少。凝膠型樹脂直鏈的苯基體多，抗氧化能力弱，且容易污染老化；大孔型樹脂交聯(lián)度高，抗污染力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度大、耐溶脹，耐磨損，且不易碎裂。

4 防范措施

從以上分析可以得出：大量破碎樹脂的存在是導(dǎo)致這次設(shè)備跑樹脂的根本原因。因此如何消除設(shè)備內(nèi)的破碎樹脂，就成了補(bǔ)給水處理的工作重心。對此可從以下幾方面入手，做好防范措施。

4.1 選購合格樹脂

鑒于雙室浮床存在運(yùn)行流速高、運(yùn)行阻力大以及反洗時(shí)破碎樹脂難以清除等情況，在選購樹脂時(shí)要選擇粒度均勻、交換容量大、機(jī)械強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)型膨脹率小的樹脂。樹脂的白球粒度在1.5～2.5 mm之間比較適宜用于雙室浮床中，因?yàn)槊芏刃?、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好的白球，在運(yùn)行中能起到很好的疏水、濾水作用。

4.2 控制操作參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)行工況

加強(qiáng)設(shè)備巡檢，保證設(shè)備壓差≤0.15 MPa。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備壓差增大后，要及時(shí)對樹脂進(jìn)行擦洗，減緩樹脂破碎，延長樹脂使用壽命。

4.3 改造樹脂擦洗罐

樹脂擦洗罐罐體內(nèi)部上排水管道裝置處裝設(shè)的濾網(wǎng)，其主要作用是防止輸送樹脂時(shí)樹脂從擦洗罐中跑出，但這也同時(shí)阻礙了破碎樹脂的順利排出。

為此，電廠對樹脂擦洗罐(圖4)進(jìn)行了改造，將上排門1出水裝置處的濾網(wǎng)拆除，保留了上排門2出水裝置處的濾網(wǎng)。改造后，在輸送樹脂時(shí)，關(guān)上排門1，開上排門2；在反洗時(shí)，開上排門1，關(guān)上排門2。這樣既可以保證輸送樹脂時(shí)不跑樹脂，又可以在反洗時(shí)將破碎樹脂排出，大大改善了擦洗效果。

4.4 分析確認(rèn)水帽破裂原因

一般來說，造成水帽破損的主要原因有以下2個(gè)方面。

(1) 由于水帽自身存在質(zhì)量問題或使用年限長而老化。這種情況之下對水帽進(jìn)行更換即可。

(2) 由于其他因素影響造成水帽破損，如這次事故中由于破碎樹脂增多、堵塞導(dǎo)致的水帽破損。出現(xiàn)類似情況時(shí)除對破損水帽進(jìn)行更換外，還必須分析水帽破裂的原因，從根本上解決問題。

4.5 加強(qiáng)高效過濾器出入口的水質(zhì)監(jiān)測

在清水期間，由于原水濁度低，濁度<2.0 NTU，過濾器出水濁度<1.0 NTU原水可不必經(jīng)過混凝澄清。在渾泉期間，原水泥沙含量急劇增多，水質(zhì)變渾，濁度>5.0 NTU，這時(shí)需要迅速投運(yùn)機(jī)械攪拌澄清池，并調(diào)整加藥量，優(yōu)化澄清池運(yùn)行工況，確保設(shè)備及早正常運(yùn)行以凈化原水，保證后續(xù)過濾器的正常運(yùn)行。

4.6 確保高效過濾器正常有效運(yùn)行

電廠使用的纖維過濾器有較高的過濾效率和截污容量，可以有效去除水中的懸浮物，保證陽床入口水質(zhì)。當(dāng)運(yùn)行壓差>0.15 MPa或出水濁度>2.0 NTU時(shí)，要及時(shí)投運(yùn)備用過濾器，并對過濾器進(jìn)行清洗，以恢復(fù)過濾器正常工況。在汛期，要增加過濾器反洗強(qiáng)度和延長反洗時(shí)間；在清水期，即使纖維過濾器長期運(yùn)行不失效，也應(yīng)該定期對其進(jìn)行反洗。對于需長時(shí)間停運(yùn)的纖維過濾器，同樣應(yīng)定期進(jìn)行反洗，最好用過濾器出水浸泡。

4.7 重視更換水帽的檢修工作

更換水帽時(shí)要預(yù)先關(guān)閉入口手動(dòng)門，試運(yùn)時(shí)再緩開入口手動(dòng)門，并觀察設(shè)備壓差變化情況，根據(jù)壓差情況決定手動(dòng)門開度。在開啟過程中若發(fā)現(xiàn)設(shè)備壓差異常增大，應(yīng)立即停止操作，對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)檢查，防止再次發(fā)生水帽破裂的情況。

1 施燮鈞．火力發(fā)電廠水質(zhì)凈化[M]．北京：水利電力出版社，1990.

2 火電廠水處理和水分析人員資格考核委員會．電力系統(tǒng)水處理培訓(xùn)教材．北京：中國電力出版社，2009.

3 曹培剛，王 平，朱榮根，賈洪震，古力彬．淺談雙室雙層浮床的應(yīng)用[J]．河北電力技術(shù)，2000(03).

4 田文華.雙室床最優(yōu)工況調(diào)試方法及運(yùn)行注意事項(xiàng)[J]．工業(yè)水處理，2001，(7).

5 金瑾臨，朱淑琴，馮 敏．工業(yè)水處理技術(shù)[M]．北京：海洋出版社，1992.

6 張澄信．火力發(fā)電廠監(jiān)督及水處理技術(shù)資料選編[C]．北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，1993.

7 喻 軍，張占平，靳晉陵，劉 生，高文峰．三種纖維過濾器在火電廠水處理中的應(yīng)用[J]．工業(yè)水處理，2009，29(4).