淺析陰離子交換器中排裝置損壞原因及處理

【摘 要】本文分析了某廠水處理設備陰離子交換器中排裝置損壞的原因。同時也介紹了系統(tǒng)設備運行中存在的隱患，并對之進行理論分析和探討，尋找最佳的運行方式，避免設備的損壞。

【關鍵詞】陰離子交換器；壓差；中排裝置損壞

引 言

某電廠兩套制水設備，而兩臺陰離子交換器在兩個月中分別發(fā)生中排彎曲損壞事件。經(jīng)分析，確認運行人員的違規(guī)操作是導致此事件發(fā)生的主要原因，并提出有效的解決辦法。

1、電廠水處理設備概況

該廠水處理方式為原水（地表水）→反應沉淀池→超濾和反滲透系統(tǒng)→淡水箱→淡水泵→逆流再生陽離子交換器→除碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱。其中陰離子交換器為頂部進水，十字支母管式布水裝置；排水裝置采用穹型孔板加石英砂墊層；中排裝置為母支管繞絲型結(jié)構；內(nèi)部裝填的為213凝膠型強堿陰離子交換樹脂，裝填高度為2500mm；中排裝置上部有200mm的壓脂層。

水處理的離子除鹽系統(tǒng)投運時，當陽離子交換器正洗至Na≤100μg/L，啟動除碳風機，經(jīng)過除碳器，向中間水箱供水，中間水箱液位達到0.7m以上時，進行陰離子交換器的充水，滿水后進行正洗，當出水達到DD≤100μs/cm，Si≤100μg/L，出水合格，正式投運陰離子交換器，然后依次投運混合離子交換器，滿水后沖洗出水至DD≤0.15μs/cm，Si≤10μg/L向除鹽水箱供水，用作鍋爐補給水。

2、陰離子交換器中排裝置損壞情況

該廠#2陰離子交換器在一次再生過程中，當開始進行小反洗的步驟時，發(fā)現(xiàn)中排管出水中夾雜大量陰樹脂，運行人員立即停止再生。隨后檢修人員對該設備進行內(nèi)部中排裝置檢查時發(fā)現(xiàn)，#2陰離子交換器中排母管中部呈V字形彎曲，支管呈倒V字形彎曲，支管下面的支撐槽鋼兩面脫落，損壞嚴重，中排支管繞絲已拉壞，樹脂從裂縫中隨水流出。

將#2陰離子交換器損壞的中排裝置更換后，檢查#1陰離子交換器中排裝置，中排裝置完好無損，未有任何異常情況。僅僅半個月之后，檢修人員發(fā)現(xiàn)#1陰離子交換器中樹脂界面下降較多，通知運行人員停運，檢查發(fā)現(xiàn)#1陰離子交換器中排裝置嚴重損壞，狀況比#2陰離子交換器損壞的情況更加惡劣，中排裝置與外部排水管連接端的管子已經(jīng)斷掉，支管嚴重變形，繞絲管嚴重拉裂，而且支撐槽鋼的倒角已被拉壞，附近的襯膠被撕裂，樹脂從原來的中排以上200mm高出，流失至中排下近200mm處；經(jīng)分析確認，樹脂在再生的發(fā)生樹脂流失，運行人員未能及時發(fā)現(xiàn)，部分樹脂隨再生水留至化學再生廢水池內(nèi)（后期檢修廢水池時也發(fā)現(xiàn)了部分流失的陰離子交換樹脂）導致樹脂量明顯減少。

3、陰離子交換器中排裝置損壞原因分析

3.1陰離子交換器中排損壞原因

陰離子交換器中排裝置的損壞一般可能由以下五種原因造成：

(1)材質(zhì)原因：當中排裝置設計及選材不合格時，其所能承壓的壓力達不到額定出力時的壓差，隨著設備運行時間的增加，就會出現(xiàn)中排裝置腐蝕和中排裝置彎曲的現(xiàn)象。

(2)長期的超負荷運行：該廠的鍋爐補給水除鹽裝置為一級除鹽加混床，兩套額定出力均為110m3/h?；齑矠閮膳_，采用母管制連接，兩套設備為一用一備。設備超負荷運行會導致中排裝置受力超過設計值，長期運行必然會使中排裝置變形，最終彎曲損壞。

(3)運行過程中形成樹脂干層：在樹脂層中有干層或氣泡的情況下，反洗進水流速過高，樹脂層尚未散開，樹脂的流動性差，夾在干樹脂層中的中間排液裝置被向上托起而造成中排裝置的損壞。在運行中會因樹脂干層收縮，使中排裝置上下產(chǎn)生壓差，如果壓差過大，就會造成中排支管的向下彎曲。離子交換器在運行中樹脂會出現(xiàn)干層，離子交換器用進口閥調(diào)節(jié)運行流量，交換器長時間處在低壓的狀態(tài)下運行，最后積聚在樹脂層內(nèi)形成干層，從而給離子交換器中排損壞創(chuàng)造了基本條件，長期運行中，就會出現(xiàn)中排裝置勞損彎曲。

(4)陰離子交換器再生原因：再生過程中，陰離子交換器長時間運行，樹脂出現(xiàn)板結(jié)，樹脂被壓實且流動性較差，如果剛開始大反洗的水流量過大，樹脂就會出現(xiàn)驟然膨脹，瞬間的脫力很大，導致中排裝置的損壞。

(5)陰離子交換器再生原因：運行人員未按操作規(guī)程操作，導致意外情況的發(fā)生，致使中排裝置彎曲變形。

3.2陰離子交換器中排裝置損壞原因查明

由于該廠陰離子交換器中排裝置支管向下彎曲，根據(jù)倒角及兩臺陰離子交換器的損壞情況，檢查再生的流量曲線和記錄及反洗時力的方向是向上的，而導致中排損壞的力應該是從上到下的，因此可以排除陰樹脂在再生過程中由于反洗水流量過大造成中排損壞。通過對陰離子交換器設備的運行記錄檢查發(fā)現(xiàn)，陰離子交換器并不存在長期超負荷運行情況，基本上出力維持在100～110m3/h，而且運行時間一般在8小時左右，同時進水壓力基本維持在0.4～0.6MPa，可以消除樹脂產(chǎn)生干層的現(xiàn)象。而且在歷年的設備檢修過程中，都會安排陰離子交換器的中排裝置的檢查工作，從投運至此次問題出現(xiàn)，設備運行近四年，運行情況良好，從未發(fā)現(xiàn)陰離子交換器中排裝置損壞的現(xiàn)象，綜上所述，可以判斷該廠陰離子交換器中排裝置的損壞有可能是第五種原因造成。

從#1陰離子交換器的損壞現(xiàn)象，特別是支撐槽鋼的支撐倒角的損壞受力可以看到力的方向是從上向下的，在一般情況下，離子交換器中排裝置損壞一般是從長支管發(fā)生彎曲開始。

該廠離子交換器中排裝置采用的是1Cr18Ni9Ti不銹材質(zhì)，母管采用DN100的不銹鋼管和支管采用DN32的不銹鋼管制作而成，通過計算母管和支管的彎曲變形條件可知，即母管和支管分別在壓脂層上下壓差為0.07MPa和0.05MPa時就會發(fā)生彎曲，而該廠的離子交換器正常運行時進出口壓差約為0.02～0.04MPa，運行中離子交換器進出口壓差達到0.05MPa時設備停運，進行再生，并進行大反洗，逐漸調(diào)整進水流量將將樹脂沖洗松散，得到徹底膨脹，洗至反洗排水澄清無破碎樹脂為止，然后雙倍再生劑量進行再生，在這種情況下，設備不會出現(xiàn)異常情況的發(fā)生，所以也可以排除長時間當離子交換器進出口壓差超標而造成中排裝置損壞的可能性。

離子交換裝置中排裝置如果出現(xiàn)懸空、中排裝置下出現(xiàn)干樹脂中或者周圍出現(xiàn)氣泡的情況下，此時陰離子交換器罐體如果不排氣而直接啟動中間水泵進水，就會發(fā)生水錘現(xiàn)象，使得管道中壓力急劇增大至超過正常壓力的幾倍甚至十幾倍，瞬間作用在中排裝置的力要遠遠超出中排裝置所能承受的壓差數(shù)值，而中排裝置也會瞬間發(fā)生彎曲變形，根據(jù)現(xiàn)場中排裝置彎曲情況，特別是母管中間部位連同加強筋一起發(fā)生彎曲的情況可知，當時中排裝置應該是受到強大的沖擊力而導致?lián)p壞的。據(jù)筆者了解，運行人員在設備運行過程中，中間水箱液位低的時候，便停止中間水泵蓄水，水位達到高位時，未按照規(guī)程規(guī)定依次打開排氣閥和進水氣動閥，進行陰離子交換器滿水后進行設備正常投運，而是在進水氣動閥在全開位、排氣門在全關位的條件下直接啟動中間水泵向陰離子交換器進水，此時在有一定壓力的離子交換器中，由于中間水泵的運行、停止和突然啟動使水的流速突然發(fā)生變化，從而引起壓強急劇升高和降低的交替變化，進水形成水錘效應，將中排裝置損壞。

4、陰離子交換器中排損壞解決措施

損壞的中排裝置因嚴重受損，只能徹底更換，將損壞的襯膠層重新襯膠硫化，進行徹底修補。根據(jù)上述分析可知造成某廠陰離子交換器中排裝置損壞的原因，可通過設備管理和運行管理兩個方面采取措施，避免同類事故的再次發(fā)生。

4.1設備管理方面：利用大修和日常維護，做好各個設備部件的檢查和檢修工作，發(fā)現(xiàn)設備缺陷及時消除，杜絕設備帶病運行。同時，為了避免水位低，而運行人員不能及時發(fā)現(xiàn)，專門設置了中間水箱液位低報警，低于0.7m時，電腦監(jiān)控畫面就會出現(xiàn)提示框，同時會發(fā)出報警聲音，提醒運行人員調(diào)整中間水泵的出水流量，避免出現(xiàn)液位過低、中間水泵空泵運行和停止中間水泵蓄水事件的發(fā)生。

4.1.1做好日常設備維護工作：陰離子交換器是水處理設備的重要設備之一，強化日常設備的定期維護和巡視工作，關注設備的運行參數(shù)的變化，分析設備的健康狀況，做好設備的檢查工作，發(fā)現(xiàn)不良問題，及時解決，避免因小的缺陷而造成重大的設備損壞事件的發(fā)生。

4.1.2合理利用大修，做好設備檢查工作：根據(jù)大修項目的安排情況，合理分配檢修項目，將鍋爐補給水系統(tǒng)設備進行外部和內(nèi)部全面檢查，包括內(nèi)部上部進水裝置、中排裝置和其固定槽鋼等各部分，全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，并做好事故分析，及時調(diào)整設備的運行狀態(tài)和操作方法，避免事故的發(fā)生。

4.2運行管理方面：運行人員要嚴格按照操作規(guī)程，執(zhí)行操作票內(nèi)容，杜絕習慣性違章操作；注意日常巡視，特別是操作時的現(xiàn)場情況檢查。

4.2.1做好陰離子交換器運行的檢查工作：離子交換器的投停時，一定做好檢查工作，包括一些閥門、管道和泵的健康狀況，設備投運時，注意檢查現(xiàn)場的設備投運的步驟中狀態(tài)和參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常及時將設備隔離，避免設備損壞事件的發(fā)生，保證設備的安全運行。例如：排氣閥動作失靈，投運時，離子交換器剛開始就會出現(xiàn)強烈的振動，如果不及時發(fā)現(xiàn)和停運設備的情況下，也有可能導致中排裝置的損壞。設備運行過程中，要時刻關注各運行指標的變化，提高對設備參數(shù)變化的敏感度，準確掌握設備的運行狀況，做好調(diào)整工作，要嚴格按照規(guī)程操作。如果長時間停運的陰離子交換器，可以通過下部小流量進水的方法將中排裝置下面可能存在的氣泡趕出，也可以將設備重新再生，避免中排裝置的損壞。

4.2.2合理安排陰離子交換器的再生操作：在制水過程中監(jiān)測離子交換器兩端的壓差，使之盡可能保持在0.05Mpa以內(nèi)。長周期運行的離子交換器要合理安排好大反洗操作，在正常運行三個周期或者是進出水壓差大于0.05Mpa時，就要進行大反洗，大反洗時一定要控制反洗的水量調(diào)節(jié)，從小到大，逐漸調(diào)整，做到既讓樹脂得到充分膨脹又防止了因樹脂板結(jié)而損壞中排裝置，現(xiàn)場觀察樹脂的膨脹情況，確保反洗質(zhì)量；再生時要做好每一步的檢查，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，避免設備損壞的擴大和樹脂的流失等不良事故的發(fā)生。

4.2.3注意原水水質(zhì)變化：控制好預處理的出水水質(zhì)，對清水濁度進行定期檢測。如反應沉淀池的運行工況不好，超濾反滲透系統(tǒng)運行情況不良，應立即采取措施，使之恢復正常，保證離子交換器進水的水質(zhì)，避免水質(zhì)不良導致樹脂的損壞。

參考文獻

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