陰離子交換樹脂耐溫性能試驗研究

侯亞琴，吳中杰，宋麗莎，高　　堅

陰離子交換樹脂耐溫性能試驗研究

侯亞琴，吳中杰，宋麗莎，高堅

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟南250003）

針對凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進水溫度提高至80℃以上引起陰離子交換樹脂性能發(fā)生較大變化的情況，使用兩種實驗方法（標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能試驗、試驗室28天耐溫考核試驗）對9種凝結(jié)水處理用的陰離子交換樹脂樣品進行耐溫性能篩選。在通過標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能試驗棄去4種耐溫性能不達標(biāo)準(zhǔn)的樣品后，對剩下5種樣品進行試驗室28天耐溫考核試驗，得到樹脂耐溫性能結(jié)果并提出運行方式的建議。

陰離子交換樹脂；耐溫試驗；運行方式

0　　引言

離子交換樹脂中陽樹脂在80℃時基本不發(fā)生分解，陰樹脂在低于此溫度時就開始分解，主要分解產(chǎn)物為三甲胺［1］。部分電廠鍋爐經(jīng)過供熱改造后，供熱期間的凝結(jié)水溫度將提升至80～85℃，為此通過實驗篩選出可用于供熱工況下凝結(jié)水處理的陰樹脂是十分有意義的［2］，可為供熱改造后凝結(jié)水精除鹽系統(tǒng)的運行方式提供參考。

以國內(nèi)某樹脂廠提供的7種實驗室合成的特制耐高溫陰樹脂編號為A1-A7，陶氏和漂萊特常用于凝結(jié)水處理的550A和D208分別編號為B、C兩種陰樹脂，共9種有代表性的陰樹脂為實驗樣品，對樣品的耐溫性能進行了系統(tǒng)性評價［3］。

陰樹脂耐溫實驗采用2種方法：一是標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能實驗；二是實驗室28天耐溫考核實驗。實驗分3個步驟：1）對9種樹脂樣品進行常溫下理化性能實驗；2）對9種樹脂樣品進行標(biāo)準(zhǔn)耐高溫實驗；3）由標(biāo)準(zhǔn)耐高溫實驗，篩選出3種有代表性的合成樹脂和陶氏樹脂、漂萊特樹脂，對這5種樹脂樣品進行實驗室28天耐溫考核實驗。

1　樹脂耐溫性能的研究過程

1.1常溫下理化性能實驗

按DL/T 519—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂驗收標(biāo)準(zhǔn)》［4］規(guī)定的方法。分別測定9種樣品主要理化性能：強型基團容量、體積交換容量、含水量、濕視密度、濕真密度、滲磨圓球率、粒度范圍、均一系數(shù)。

9種樹脂樣品理化性能實驗結(jié)果的各項指標(biāo)見表1，與DL/T 519—2014規(guī)定的凝結(jié)水處理用離子交換樹脂要求對照得出：9個樣品的濕真密度全部合格；A1、A5、A6的體積交換容量不達標(biāo)（1.20 mmol/mL），略微低于交換容量標(biāo)準(zhǔn)；A4樹脂的濕視密度在下限并且滲磨圓球率極差，只有0.77%，偏離標(biāo)準(zhǔn)圓球率（90%）；A4、A6、A7的均一系數(shù)均略高于標(biāo)準(zhǔn)值1.30。

綜合考慮各樹脂的理化性能：除A4樹脂外，其他各樹脂均可用于正常溫度下的凝結(jié)水處理。

表1　　陰離子交換樹脂樣品常溫下理化性能（測定形態(tài)氯型）

1.2陰樹脂耐溫性能篩選實驗

按DL/T 953—2005《水處理用強堿性陰離子交換樹脂耐溫性能測定方法》［5］規(guī)定，在95℃的恒溫水浴中將OH型強堿陰離子交換樹脂持續(xù)恒溫100 h后，分別測定受熱前后OH型離子交換樹脂的強型基團交換容量，并計算其下降率。

在95℃、100小時條件下，進行耐溫性能實驗，結(jié)果列于表2。

表2　　陰離子交換樹脂樣品耐溫性能實驗結(jié)果（測定形態(tài)氯型）　%

由表2得出：A1、A5、A6、A7、B、C組6種陰樹脂能滿足DL/T 771—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂選用導(dǎo)則》［6］第5.2.2條，95℃恒溫水浴中將OH型強堿陰離子交換樹脂持續(xù)恒溫100 h后，其強堿基團下降率不超過13%的要求。其中，耐溫性能最好的是樹脂A5，其次是A6、A7，耐溫能力可與進口樹脂B、C相比。

A2、A3樹脂的強型基團容量下降超過13%，A4樹脂強型基團容量為12.78%已非常接近13%，所以A2、A3、A4 3種樣品不再適合長時間耐溫實驗。

1.3實驗室長時間耐溫考核實驗

考慮到樹脂應(yīng)用時可能出現(xiàn)的溫度，實驗選擇了85℃，靜態(tài)浸泡在恒溫水浴中28天，每天搖動3次以上，每7天取樣分析1次理化性能。根據(jù)試驗過程中離子交換樹脂理化性能的變化情況，評價樹脂耐溫性能。

根據(jù)耐溫試驗結(jié)果可選擇A1、A5、A6、A7、B、C 等6個樹脂進行試驗室長時間耐溫試驗，其中A6和A7的耐溫試驗中強性基團下降率很接近且優(yōu)于A1 和B、C 3個樣品，但是A6樹脂體積交換容量遠小于A7，且均一系數(shù)最差；而A1樹脂雖然耐溫試驗中強性基團下降率高于A5、A6、A7、B、C，但卻是樹脂廠試驗室第一個提高耐溫性能犧牲交換容量的典型樹脂。另外A5和B為凝膠型樹脂，A7和C為大孔型樹脂。所以選擇A1、A5、A7、B、C 5個樹脂做耐溫實驗。

按DL/T 519—2014進行理化性能實驗。其中磨后圓球率測試方法修改為：取已制備好的樹脂樣品50 ml于250 ml燒杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自來水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001［6］中8.1.3、8.1.4操作步驟進行測試。滲磨圓球率測試方法修改為：已制備好的樹脂樣品15 ml于250 ml燒杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自來水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001中8.1.2、8.1.3、8.1.4操作步驟進行測試。實驗室長時間耐溫考核實驗結(jié)果見表3。

表3　85℃下陰離子交換樹脂耐熱性能實驗結(jié)果（測定型態(tài)氫氧型）

2　　結(jié)果與討論

2.1常溫理化性能測試和耐溫實驗篩選

經(jīng)過常溫理化實驗測試，只有A2、A3、A7、C樹脂基本符合DL/T 519—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂驗收標(biāo)準(zhǔn)》［4］關(guān)于理化性能的規(guī)定。B樹脂為進口樹脂，不執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。A1、A5、A6體積交換容量不達標(biāo)；A4樹脂的滲磨圓球率極差；C樹脂有效粒徑差；A5、A6、A7均一系數(shù)不達標(biāo)；A1～A7樹脂的上限粒度均不達標(biāo)準(zhǔn)，其中A1、A4、A6上限粒度極差；A1～A7樹脂的范圍粒度不好，只有A3樹脂0.400～0.800 mm范圍內(nèi)的勉強達到了95.1%。所以7個樹脂樣品全部不能滿足DL/T 519—2014的各項規(guī)定。按 DL/T 953—2005［6］的規(guī)定方法，測定A2、A3、A4 3個樣品強型基團下降率超過或接近13%的要求，全部淘汰。

2.2長時間耐溫考核實驗結(jié)果

實驗室28天85℃耐溫考核實驗過程測定各樹脂強型基團交換容量下降率，見圖1。1周結(jié)束，A1 和C下降率為6.11%～4.33%，A5、A7、C 3個樹脂強型基團交換容量下降率分別為0.98%、0、1.37%，很小。后3周A1基本保持一個較高的下降率水平；D208強性基團下降率平穩(wěn)下降；A5和A7保持了較低且平穩(wěn)的強性基團下降率水平；A1和B樹脂保持了較高且均勻下降率水平。

圖1　　陰樹脂強型基團28天實驗

幾種樣品的85℃耐溫考核實驗體積交換容量與強性基團交換有相同趨勢，28天85℃下，5種樹脂樣品的體積交換容量下降率均未低于一般推薦的10%。

圖2　　陰樹脂體積交容量28天實驗

圖3　　陰樹脂強型基團交換容量28天實驗

由圖2、圖3可見：A1樹脂的體積交換容量初始值低，85℃1周以后，體積交換容量略有下降。A5、A7的體積交換容量基本維持在各自的原有水平。B樹脂隨時間延長，體積交換容量與強型基團交換容量的下降有完全相同的趨勢，均勻下降。

體積交換容量的下降率除了B（550A）樹脂以外，其他樣品均出現(xiàn)高低不規(guī)律數(shù)據(jù)，見圖4。其主要原因是：除B樹脂外其他樣品的粒度都有問題，造成實驗過程中取樣代表性差，取出樣品的粒度大小直接影響到強型基團和體積交換容量的結(jié)果，甚至造成下降率出現(xiàn)負(fù)數(shù)的現(xiàn)象。

幾種樣品的耐溫考核實驗的磨后圓球率：

圖5　　陰樹脂磨后圓球率

由圖5可見：幾個樣品的磨后圓球率，經(jīng)過耐溫實驗后都有所下降。B樹脂磨后圓球率最好，初始值高達97%以上，耐溫實驗后下降幅度最小。A5初始值95%，耐溫實驗后下降幅度大。C、A7、A1初始值91%，耐溫實驗后A7和C較A1下降幅度大。

幾個樣品的其他理化指標(biāo)：含水量、濕真密度、濕視密度變化，有一樣的變化趨勢。

2.3綜合結(jié)果討論

經(jīng)過28天85℃的耐溫考核實驗，B樹脂綜合指標(biāo)優(yōu)于其他幾個樣品。強型基團下降率6.01%，且第三第四周不變。體積交換容量下降7.09%，不超過10%，仍然可滿足運行水質(zhì)要求；A1樹脂在28天85℃的耐溫考核實驗中，除本身強型基團交換容量低、體積交換容量低，實驗取得的強型基團交換下降率高、體積交換容量下降率高以外，標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能實驗、實驗室28天耐溫考核實驗兩個實驗過程中都不停產(chǎn)生氣泡；A7樹脂經(jīng)過耐溫考核實驗后，磨后圓球率下降突出，由于實驗條件的局限性，樹脂本身未進行反復(fù)離子交換，所受外力強度遠小于運行現(xiàn)場的外力，因此必須考慮對樹脂滲磨圓球率的要求；A5樹脂強型基團和體積交換容量的起始數(shù)據(jù)在A1與A7之間，其下降率與A7接近，磨后圓球率比A7樹脂好。綜合指標(biāo)考慮A5樹脂占優(yōu)。

3　結(jié)語

通過對9種陰樹脂耐溫性能試驗研究表明，當(dāng)凝結(jié)水最高溫度在85℃時，可以選用國產(chǎn)耐高溫樹脂解決凝結(jié)水精處理用離子交換樹脂的問題，但所選用的樹脂需要在粒度范圍和強度方面進行優(yōu)化，否則在投入生產(chǎn)后，可能出現(xiàn)精處理混床因壓差大而無法運行，陰陽樹脂再生分離混合效果不好，破碎樹脂進入熱力系統(tǒng)造成系統(tǒng)污染等一系列嚴(yán)重問題，都將導(dǎo)致機組無法運行。

選用進口樹脂作為85℃以下運行溫度的凝結(jié)水精處理用離子交換樹脂，其綜合指標(biāo)優(yōu)于其他樹脂。但是與其他國產(chǎn)樹脂相比差價較大。在實際應(yīng)用過程中，每年在供熱期都要定期更換陰樹脂，因此在成本方面，電廠還要做經(jīng)濟分析和評價。

由于本實驗為實驗室靜態(tài)實驗，與現(xiàn)場的實際樹脂承受壓力、水力沖刷、反復(fù)再生等情況還存在一定差距。同時實驗時間僅為28天，而通常供熱機組每年供熱期為140天，這些會影響樹脂的應(yīng)用周期。因此無論選用什么樹脂，運行年度要密切關(guān)注水汽品質(zhì)，累積運行經(jīng)驗，以保證樹脂的正常使用。

［1]王廣珠.國產(chǎn)電廠水處理用離子交換樹脂現(xiàn)狀綜述［J］.中國電力，2003，36（1）：28-30.

［2]吳清恒.電廠離子交換樹脂復(fù)蘇案例的研究［J］.山西電力，2014 （6）：67-69

［3]郝樹紅.耐高溫離子交換樹脂性能測試與比較［J］.工業(yè)水處理，2007，27（8）：54-56

［4］DL/T 519—2014發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］DL/T 771—2014發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂選用導(dǎo)則［S］.

［6］DL/T 953—2005水處理用強堿性陰離子交換樹脂耐熱性能測定方法［S］.

［7］GB/T 12598—2001離子交換樹脂滲磨圓球率、磨后圓球率的測定［S］.

4　結(jié)語

建立齒輪傳動雙轉(zhuǎn)子彎扭振動模型，通過計算分析了齒輪嚙合剛度、齒輪傳動比、軸承剛度及其他齒輪參數(shù)對齒輪—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎振、扭振固有頻率的影響。研究發(fā)現(xiàn)齒輪嚙合剛度增大，能提高扭振固有頻率，尤其是1階扭振固有頻率，但對彎振固有頻率沒有影響；傳動比增大，能提高主動轉(zhuǎn)子的彎振同步正向渦動固有頻率，減小同步反向渦動固有頻率，但對系統(tǒng)扭振固有頻率和被動轉(zhuǎn)子的彎振固有頻率沒有影響；軸承剛度增大，能提高系統(tǒng)的彎振固有頻率，但對扭振固有頻率沒有影響；在傳動比不變的條件下，齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、重合度、厚度等因

Temperature Resistance Performance of the Anion Exchange Resin

HOU Yaqin，WU Zhongjie，SONG Lisha，GAO Jian
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The performance of anion exchange resin was influenced by the condensate water treatment system with the temperature of 80℃，and the performance of anion exchange resin was changed significantly.Two experimental methods （standard temperature tolerance test，28 days temperature resistance performance test）were introduced for 9 kinds of standard samples.Four samples were disabled under standards，and residue five samples were experimented for temperature resistance.The result of resin temperature resistance was obtained and suggestions of the operation mode were proposed.

anion exchange resin；temperature resistance experiment；operation mode

TK223.5+1

B

1007-9904（2016）06-0060-05

2016-04-10

侯亞琴（1977），女，從事化學(xué)水分析及水處理工作。輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、重合度、厚度改變對齒輪—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率影響很小。