50m3/h純水裝置運行總結

張故軒，凌 輝

（開封東大化工公司 河南 開封 475003）

1 50 m3/h純水裝置工藝

中國平煤神馬集團開封東大化工公司，50 m3/h純水生產(chǎn)裝置2007年7月投入運行。

原水（地下水）進入原水貯罐，通過原水泵加壓進錳砂過濾器，除去固體懸浮物，再進入鈉型樹脂軟化器，除去鈣鎂等金屬陽離子。軟化器產(chǎn)水加阻垢劑經(jīng)保安過濾器由高壓泵加壓進入反滲透系統(tǒng)，經(jīng)反滲透分離為脫鹽水和濃水二部分，濃水直接排放至收集池，由地池泵送一次鹽水化鹽使用，脫鹽水進入脫碳塔除去二氧化碳，進入中間水箱，再由中間水泵將脫鹽水送入復床和混床，進一步除去水中所含陽離子和陰離子。最終制得電導率不高于0.5 μs/cm的高純水，送入純水貯罐，供10萬t/a離子膜電解生產(chǎn)裝置使用。

原水罐內(nèi)設有曝氣管，目的是將地下水中易溶解的二價鐵離子氧化成三價鐵離子，生成易沉淀的三價鐵化合物，達到除鐵的目的。砂濾器內(nèi)填料采用錳砂，錳砂一方面起到進一步將原水中的二價鐵氧化成三價鐵的作用；另一方面起到過濾原水中懸浮物的作用。軟化器采用001×7鈉型陽樹脂，樹脂裝填高度為1 500 mm，軟化器直徑為2 000 mm。軟化器主要作用是除去鈣鎂等易結垢的金屬陽離子，防止反滲透膜結垢。軟化器的再生藥劑采用氯化鈉溶液。保安過濾器內(nèi)裝有精度為5 μm的濾芯，主要作用是過濾軟水中固體懸浮物，保護高壓泵和反滲透膜。反滲透膜殼采用3:2排列形式，即一級反滲透有3個膜殼，二級反滲透有2個膜殼，每個膜殼裝5支膜。反滲透的作用是將軟水分成2部分，脫鹽水和濃水，脫鹽率可達97%，回收率可達75%。脫碳塔的作用是除去脫鹽水中游離的二氧化碳，以減輕后續(xù)陰床的負擔。復床分為陽床和陰床，陽床內(nèi)裝001×7強酸性陽樹脂，用于除去水中各種陽離子；陰床內(nèi)裝201×7強堿性陰樹脂，用于除去水中各種陰離子；混床內(nèi)裝001×7強酸性陽樹脂和201×7強堿性陰樹脂，陽樹脂和陰樹脂按1∶2裝填，2種樹脂充分混合在一起，運行時相當于無數(shù)個復床串聯(lián)在一起，進一步除去水中陽離子和陰離子，得到電導率小于0.5 μs/cm 的純水。

2 設備運行狀況、問題及解決措施

該裝置2007年7月投入運行。初期階段，各項運行指標均能達到設計標準，運行效果良好。軟化器再生周期為24～48 h，復床再生周期為一個月左右，混床再生周期為二周左右。投入運行1年后，出現(xiàn)了些問題。

2.1 軟化器內(nèi)樹脂由鐵離子引起中毒

系統(tǒng)運行約1年之后，軟化器再生周期明顯縮短，再生周期不超過24 h。運行一年半左右，軟化器的再生周期已經(jīng)縮短至10 h。原因是軟化器內(nèi)樹脂表面被一層深褐色物質(zhì)包裹，掏出來少量樹脂，用4%鹽酸浸泡清洗，樹脂顏色有所改變。對深褐色物質(zhì)進行化驗分析，確定了該物質(zhì)是鐵離子，這種現(xiàn)象稱為樹脂鐵“中毒”。樹脂的鐵“中毒”一般發(fā)生在以食鹽為再生劑的軟化水過程中，此現(xiàn)象主要有2種情況，一種是當鐵以膠體或懸浮鐵化合物的形式進入鈉離子交換器后，粘在樹脂表面，并在樹脂表面形成鐵化合物的覆蓋層，阻止了水中的離子與樹脂進行有效接觸；另一種情況是鐵以Fe2+形式進入交換器，與樹脂進行交換反應，使Fe2+占據(jù)在交換位置上。因Fe2+很容易被氧化成高價鐵化物，沉積在樹脂內(nèi)部，堵塞了交換孔道，軟化器運行周期大幅度降低，形成了樹脂鐵“中毒”現(xiàn)象。根據(jù)廠家提供的幾種中毒樹脂的復蘇方法，該公司采用了鹽酸復蘇法，其原理是強酸性樹脂對陽離子的選擇順序為：Fe3+＞Fe2+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+＞H+，在鐵“中毒”樹脂中加入 10%鹽酸后，鹽酸將樹脂表面或凝膠孔內(nèi)的膠態(tài)Fe2O3·XH2O溶解成Fe3+，同時，鹽酸中的H+與樹脂上的Fe3+、Ca2+、Mg2+發(fā)生交換，使樹脂逐步轉成氫型，投入運行前再轉化成鈉型。若想充分還原鐵 “中毒”樹脂，必須將鹽酸的濃度加大到10%以上。按照相關廠家提供的方案，對中毒樹脂進行了處理，然后，用清水沖洗并裝回軟化器。投運后，效果明顯改善，運行周期可達到二十小時左右。但運行幾個月后，軟化器運行周期又開始下降。軟化器內(nèi)樹脂掏出來用鹽酸浸泡清洗后效果確實很好，但既費時又費力，考慮到軟化器內(nèi)防腐采用2層襯膠，能夠耐酸，因此，在純水車間增加了1條鹽酸管道，與軟化器再生射流器連接，可通過流量調(diào)節(jié)鹽酸濃度，專門用來再生軟化器，從而解決了軟化器酸洗時勞動強度大的問題。為徹底改變軟化器再生周期短的現(xiàn)狀，對軟化器再生系統(tǒng)進行了以下改造：增加曝氣氧化的空壓氣流量，充分氧化，有效除去Fe2+；在錳砂過濾器的錳砂下方加裝0.5～1.0 mm石英砂，并更換部分錳砂，提高砂濾器過濾效果，有效截留原水中懸浮物。

2.2 反滲透產(chǎn)水流量突然下降

該系統(tǒng)的核心設備是高壓泵和反滲透膜，系統(tǒng)的設計特別注重高壓泵和反滲透膜的保護，保護裝置除了阻垢劑加藥設備，還有過濾精度為5 μ的保安過濾器，濾芯是噴熔式聚丙烯濾芯。保安過濾器的濾芯每隔4～6個月更換1次。系統(tǒng)運行三年左右，在一次中班再生軟化器開車后，其中1套反滲透產(chǎn)水流量嚴重不足，流量為5 m3/h左右 （正常情況為25 m3/h），濃水流量不足5 m3/h，對應保安過濾器壓力正常，對應高壓泵出口壓力偏低，壓力在0.5MPa左右（正常情況為1.2 MPa）。當班人員發(fā)現(xiàn)異常后，擔心高壓泵出現(xiàn)問題，停下了該套反滲透系統(tǒng)，暫時維持低流量生產(chǎn)。之后，對系統(tǒng)進行了檢查。首先，對高壓泵電機進行了檢查，發(fā)現(xiàn)電機無燒毀和缺相現(xiàn)象；高壓泵出開口壓力表經(jīng)測試無故障；電動慢開閥從高壓泵出口管道拆下后進行測試，開關都正常。逐個排除了高壓泵電機、高壓泵出口電動慢開閥、流量計、壓力表存在故障的可能。試著打開保安過濾器，發(fā)現(xiàn)里面二十多根濾芯大部分變形，且外部結垢較多，保安過濾器內(nèi)還有細小固體顆粒存在，這些細小顆粒大部分是破碎樹脂。分析原因，首先，由于當時公司內(nèi)1口水井水質(zhì)差，鈣鎂含量嚴重超標，導致軟化器再生頻繁，再生質(zhì)量得不到保證，導致濾芯表面結垢快；其次，保安過濾器只有進口壓力顯示，無出口壓力顯示，操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)保安過濾器運行故障；再者，阻垢劑的作用是分散水中的難溶性無機鹽、阻止或干擾難溶性無機鹽結垢，雖然軟化水進反滲透前加了阻垢劑，但阻垢劑的加入點在保安過濾器之后，在保安過濾器內(nèi)結垢傾向仍然較大。解決辦法是，更換保安過濾器濾芯；擇機在保安過濾器出口管道加裝壓力表，操作人員定時巡檢保安過濾器進出口壓力，當進出口壓力差大于0.05 MPa時，及時更換濾芯；擇機將阻垢劑的加入點移到保安過濾器之前，使在保安過濾器內(nèi)降低結垢傾向。跟換保安過濾器濾芯后，該套反滲透運行恢復正常。

2.3 反滲透產(chǎn)水電導率升高

該系統(tǒng)采用海德能CPA3-LD系列反滲透膜，自2007年開車以來，運行比較穩(wěn)定，回收率控制為75%，產(chǎn)水電導率為20 μs/cm。運行三年左右，其中1套反滲透產(chǎn)水電導率突然上升到50 μs/cm左右，如果維持運行，后續(xù)設備復床和混床負擔會大大增加，再生周期縮短，形成惡性循環(huán)。反滲透產(chǎn)水電導率升高，進水電導率不變，就可將問題的根源鎖定在反滲透膜。1套反滲透系統(tǒng)由5支膜殼組成，電導率儀檢測到的是5支膜殼產(chǎn)水混合后的電導率，所以，分別將5支膜殼斷開運行，就可檢測到出現(xiàn)故障的1支膜殼，找的故障膜殼，就可找到出現(xiàn)故障的反滲透膜。解決辦法是，停下該套反滲透，通過逐一斷開該套反滲透中的5支膜殼的辦法，發(fā)現(xiàn)其中1支膜殼的產(chǎn)水電導率異常，產(chǎn)水電導率為90 μs/cm以上。打開這支膜殼，對立面反滲透膜進行檢查，發(fā)現(xiàn)進水端的1支膜嚴重變形，一段向里凹陷，另一端向外凸起，反滲透膜已經(jīng)錯層?？梢钥隙▎栴}原因就在變形的這支反滲透膜，膜變形的原因是該支膜殼的止推環(huán)位置裝反。更換反滲透膜并重新更換止推環(huán)位置后，問題得到解決。

2.4 復床運行壓力高

復床電導率控制為15 μs/cm，當超過這一數(shù)值時，復床要下線再生。復床的再生周期一般為1個月左右。系統(tǒng)運行2年后，2臺陽床進出水壓差有所升高，進水壓力由0.25 MPa上升到0.35 MPa，出水壓力由0.22 MPa降到0.20 MPa，陽床進出口壓差由原來的0.03 MPa上升到0.15 MPa，因為系統(tǒng)配備的中間水泵的揚程和流量均有較大富余量，所以，產(chǎn)水流量還可維持為50 m3/h。此后，陽床進口壓力逐漸上升，直到半年后，陽床進口壓力達到了0.6 MPa，產(chǎn)水量大幅度下降，陽床的密封點也開時泄漏。出現(xiàn)上述問題的原因是，陽床進出水壓差升高，說明內(nèi)部阻力增大。陽床內(nèi)過濾裝置是濾帽形式，阻力增大的原因可能是設備內(nèi)襯膠脫落或進入其他大塊物質(zhì)堵塞，也可能是樹脂破碎量較多，堵塞濾帽。假如設備內(nèi)部脫膠，則陽床再生時，進酸過程會腐蝕設備內(nèi)壁，再生排水顏色會呈黃褐色，設備內(nèi)部脫膠的可能性可以排除。復床進水來源是中間水箱，通過中間水泵加壓送至陽床，中間水箱上沒有敞開口，不可能有大塊物質(zhì)，中間水泵進出口管道均采用UPVC材質(zhì)。輸送過程中也不可能有大塊物質(zhì)，所以，大塊物質(zhì)堵塞的可能性也可排除。由以上分析可以斷定，陽床阻力增大是破碎樹脂造成的。破碎樹脂積累的原因，首先，該純水系統(tǒng)所有離子交換器和砂濾器均有頂部布水裝置，但布水裝置上未裝濾網(wǎng)，所以，離子交換柱再生時，反洗流量不能開的太大，否則樹脂會從設備頂部的布水裝置被沖出來，造成樹脂流失，反洗不徹底，使陽床內(nèi)破碎樹脂不斷積累。其次，為了延長離子交換柱運行周期，增加了樹脂填充量，樹脂高度由原來的1.5 m增至2 m以上，樹脂高度的增加，使陽床過濾壓力增大；第三，在發(fā)現(xiàn)陽床壓力升高初期，沒有及時采取措施除去破碎樹脂，導致陽床運行進入惡性循環(huán)，壓力升高，樹脂會更加容易破碎，破碎的樹脂進一步使陽床壓力升高，最終，陽床密封點泄漏，系統(tǒng)無法正常運行。針對以上問題，公司安排了停車檢修，考慮到陽床進出口壓差升高的主要原因是內(nèi)部阻力增加，對陽床進行了大流量反沖洗，結果沖出許多破碎樹脂，再次將陽床投運，各項指標均恢復正常，密封點也不再泄漏。