除鹽水系統(tǒng)混床進(jìn)水布水管堵塞原因分析及處理

梅武豐

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

0 引 言

混床，全稱混合離子交換器，就是將陰、陽樹脂按一定的比例均勻混合裝在同一個交換器中，水通過樹脂層時同時完成陰、陽離子交換過程的除鹽水設(shè)備。混床的本體是個圓柱形承壓容器，有內(nèi)部部件和外部管路系統(tǒng)。混床內(nèi)部部件有上部進(jìn)水部件、下部集水部件、堿液分配部件、進(jìn)酸部件及壓縮空氣進(jìn)口部件，在陰、陽樹脂分界處設(shè)有中間排液部件?；齑仓扑牟僮鞣浅：唵危恍璐蜷_上部的進(jìn)水閥和下部的出水閥，即可完成除鹽處理。由于混床陰、陽樹脂在同一個交換器內(nèi)工作，再生前需將2種樹脂分離，制水前需將2種樹脂重新均勻混合，因此混床一個運(yùn)行周期包括反洗分層→再生→樹脂混合→正洗→制水5個步驟。

1 混床布水繞絲管篩孔堵塞問題

海洋石油富島有限公司（簡稱富島公司）二期化肥廠脫鹽水裝置混床陰、陽樹脂按照1∶1（體積比，下同）的比例進(jìn)行裝填，陽樹脂為D003NJ型，陰樹脂為D203NJ型?；齑策\(yùn)行方式為三開一備，單套設(shè)計流量為180m3／h，主要是對一級除鹽水、蒸汽冷凝液和透平冷凝液進(jìn)行精制處理，所得精制水作為富島公司二期化肥廠、甲醇廠的鍋爐補(bǔ)水，精制水水質(zhì)指標(biāo)為電導(dǎo)率≤0.2μS／cm、SiO2≤20μg／L、制水批量為50000m3。2019年6月，混床D0506C制水時進(jìn)、出口壓差偏高，檢查發(fā)現(xiàn)混床布水繞絲管篩孔被紅褐色絮狀物、細(xì)碎樹脂堵塞，樹脂卸出至體外樹脂槽后，樹脂槽水面漂浮著一層粘有細(xì)碎樹脂的紅褐色絮狀物；與此同時，4套混床制水時均出現(xiàn)進(jìn)、出口壓差偏高的問題，反洗時甚至出現(xiàn)流量提升不上去及床體憋壓的情況。

2 原因分析

從4套混床的檢查情況來看，混床進(jìn)水布水繞絲管篩孔堵塞是由于紅褐色絮狀物和細(xì)碎樹脂共同作用的結(jié)果，要想解決繞絲管篩孔堵塞的問題，先得了解紅褐色絮狀物和細(xì)碎樹脂究竟是怎么產(chǎn)生的？

2.1 紅褐色絮狀物的產(chǎn)生

冷凝液中的含鐵化合物組成比較復(fù)雜，常常是各種含水氧化鐵的混合物，受污染的冷凝液的顏色是紅褐色，且設(shè)備腐蝕越嚴(yán)重，冷凝液的顏色越深。分析認(rèn)為，進(jìn)入混床的鐵主要來自于富島公司二期化肥廠合成氨裝置和尿素裝置的蒸汽冷凝液、透平冷凝液，雖然含鐵冷凝液進(jìn)入混床前經(jīng)過腈綸棉除鐵過濾器處理，但這種除鐵過濾器只能除去冷凝液中的懸浮鐵，不能去除冷凝液中的Fe2＋，而Fe2＋進(jìn)入混床后會氧化成Fe3＋繼而形成Fe（OH）3絮狀沉淀沉積在樹脂表面，同時還會吸附水中的其他懸浮雜質(zhì)；混床制水時這些含鐵絮狀物會增大水流阻力，造成混床進(jìn)、出口壓差偏高，混床反洗時這些絮狀物會從樹脂顆粒上洗脫下來，由于水力作用聚集在進(jìn)水布水部件上，甚至進(jìn)入繞絲管篩孔內(nèi)引起堵塞。

2.2 細(xì)碎樹脂的產(chǎn)生

離子交換樹脂在使用過程中，老化、摩擦、擠壓、周期性轉(zhuǎn)型使其體積脹縮以及高溫、氧化等原因，都有可能造成樹脂顆粒破裂。

（1）樹脂老化。富島公司二期化肥廠脫鹽水裝置混床樹脂自2009年4月大修更換至今已有11a，樹脂使用時間長，已步入加速老化期，部分樹脂老化后顏色變深、強(qiáng)度下降，無法抵抗頻繁膨脹收縮帶來的交變應(yīng)力而破碎。

（2）高溫。離子交換樹脂熱穩(wěn)定性差，使用時若水溫過高，會降低樹脂的強(qiáng)度，引起樹脂碎裂。例如，富島公司二期化肥廠脫鹽水裝置回收的蒸汽冷凝液和透平冷凝液，溫度較高，影響混床樹脂，特別是耐熱性能差的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂的使用壽命受到影響。

（3）摩擦、擠壓等。生產(chǎn)過程中，離子交換樹脂會因反復(fù)的機(jī)械摩擦（如經(jīng)常反沖洗、快速水力輸送、交換流速過大、空氣擦洗等）而破碎。例如：混床樹脂再生后需通入壓縮空氣進(jìn)行攪拌混合，若操作壓力過大，會使樹脂受到摩擦、擠壓；此外，離子交換樹脂有時在高壓力、高流速狀態(tài)下運(yùn)行，進(jìn)、出口壓差太大，也會使樹脂受到擠壓而碎裂。

（4）樹脂周期性轉(zhuǎn)型。在離子交換器制水和再生的過程中，樹脂離子型反復(fù)變化會引起樹脂顆粒的不斷膨脹和收縮，由此導(dǎo)致樹脂顆粒機(jī)械強(qiáng)度降低，甚至產(chǎn)生裂紋、破裂，這是樹脂使用過程中無法避免的問題。

3 混床堵塞問題的應(yīng)對

3.1 堵塞時的應(yīng)對措施

目前針對混床進(jìn)水繞絲管篩孔堵塞問題制定了以下兩方面的應(yīng)對措施：①反洗分層時，一旦出現(xiàn)反洗流量提不上去和床體憋壓的情況，用10～15m／h的流速正沖15～20min，然后開啟充水閥、排氣閥，控制30～40m3／h的充水量使懸浮在樹脂層上部水墊層的細(xì)碎樹脂、懸浮物通過排氣管逐步排出；②混床進(jìn)水繞絲管堵塞情況嚴(yán)重時，拆掉進(jìn)水布水繞絲管，進(jìn)行小反洗操作（小反洗操作時沖洗水流量視情況而定，流量過小清洗效果差，流量過大會導(dǎo)致樹脂被大量帶出），直至排放水中不含細(xì)碎樹脂、懸浮物為止，拆卸下的繞絲管使用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，以清除篩孔內(nèi)的細(xì)碎樹脂、絮狀物。

3.2 日常操作維護(hù)

（1）控制進(jìn)水溫度。雖然回收的蒸汽冷凝液進(jìn)行了換熱降溫處理，且進(jìn)入混床的一級脫鹽水與冷凝液（蒸汽冷凝液、透平冷凝液）約按1∶1的比例進(jìn)行了混合，但混床進(jìn)水溫度仍有40℃左右，為防止溫度過高降低樹脂的強(qiáng)度，在確保水箱不溢流的情況，應(yīng)提升一級脫鹽水的占比，以達(dá)到降低混床進(jìn)水溫度的目的。

（2）控制進(jìn)水鐵含量。進(jìn)入混床的鐵主要來自于富島公司二期合成氨裝置、尿素裝置的蒸汽冷凝液、透平冷凝液，而生產(chǎn)中并未分析冷凝液的鐵含量。因此，要控制進(jìn)水中的鐵含量，應(yīng)嚴(yán)格控制冷凝液電導(dǎo)率在20μS／cm以內(nèi)；此外，化肥裝置開車初期冷凝液中的鐵含量往往較高，應(yīng)做到電導(dǎo)率不合格的冷凝液堅決不回收。

（3）嚴(yán)格控制樹脂再生劑的品質(zhì)。嚴(yán)格控制樹脂再生劑——鹽酸的品質(zhì)，確保鹽酸濃度≥31%、鐵含量≤0.01%；再生時可考慮適當(dāng)增加鹽酸的用量，以提高H＋洗脫樹脂內(nèi)鐵離子的能力；此外，還應(yīng)嚴(yán)格控制酸、堿再生劑內(nèi)的雜質(zhì)含量，避免雜質(zhì)進(jìn)入混床后被懸浮鐵吸附而沉積在樹脂表面。

（4）氣量、水量的控制。反洗前松動樹脂、再生后陰陽樹脂混合等使用壓縮空氣時，應(yīng)先排放掉部分水，并對進(jìn)氣管泄壓，之后再緩慢開啟進(jìn)氣控制閥調(diào)整進(jìn)氣壓力在0.1MPa以下，避免直接通入壓縮空氣對進(jìn)水布水部件造成沖擊而致細(xì)碎樹脂、含鐵絮狀物擠壓進(jìn)繞絲管篩孔內(nèi)；反洗時沖洗水流量宜控制在設(shè)計流量（120m3／h）的約1／2，避免反洗強(qiáng)度大導(dǎo)致進(jìn)水布水繞絲管篩孔被細(xì)碎樹脂、含鐵絮狀物堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致反洗排水不暢。

4 除鐵技改思路

上述應(yīng)對措施落實后，混床進(jìn)、出口壓差已控制在0.1MPa以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期目的，但要想從根本上解決細(xì)碎樹脂、紅褐色絮狀物等堵塞進(jìn)水繞絲管篩孔的問題，需更換混床樹脂和提高冷凝液回收系統(tǒng)的除鐵效率。

2019年4月系統(tǒng)大修前，冷凝液電導(dǎo)率在10μS／cm以內(nèi)，大修后一直在15μS／cm左右，從混床內(nèi)出現(xiàn)大量紅褐色絮狀物來看，這一變化主要由冷凝液含鐵量增高導(dǎo)致，因此，僅僅更換樹脂未必能達(dá)到預(yù)期效果，更需通過以下幾個方面的技改加強(qiáng)除鐵。

（1）去除冷凝液中的懸浮鐵。近兩年來，腈綸棉除鐵過濾器進(jìn)、出口壓差一直比較低，故腈綸棉除鐵過濾器濾芯更換周期較長，但實際情況是混床內(nèi)懸浮鐵含量明顯較以往高，這表明腈綸棉除鐵過濾器除鐵效果并不理想。因此，應(yīng)考慮選用過濾孔徑恰當(dāng)?shù)碾婢]棉濾芯，或縮短濾芯更換周期（如3～6個月定期更換），以提高除鐵過濾器的除鐵率。

（3）去除樹脂顆粒表面的吸附鐵?；齑卜聪捶謱忧埃瑥牡撞客ㄈ雺毫?.1MPa、流量800 m3／h的壓縮空氣，不僅可以讓壓實的樹脂層充分膨脹，還可以使附著在樹脂表面的含鐵絮狀物結(jié)構(gòu)松散并從樹脂顆粒上脫落，進(jìn)而通過反沖洗達(dá)到去除的目的。

（4）樹脂復(fù)蘇。混床中陽樹脂對Fe3＋的親合力強(qiáng)，吸附后陽樹脂不易再生，成為不可逆離子交換，因此，當(dāng)每100g樹脂中含鐵量達(dá)到150mg時，就要進(jìn)行復(fù)蘇處理：可用4%連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）溶液浸泡樹脂4～12h，也可配用EDTA、三乙酸銨和酒石酸等絡(luò)合劑對樹脂進(jìn)行綜合處理；對于樹脂內(nèi)部積結(jié)的鐵化合物，可用10%～15%的高濃度鹽酸浸泡樹脂5～12h，至溶液酸度和鐵含量基本不變?yōu)橹埂?/p>

5 結(jié)束語

目前采取的應(yīng)對措施，僅僅是為確?；齑策B續(xù)運(yùn)行的暫時應(yīng)對方法，后續(xù)還是應(yīng)擇機(jī)更換混床樹脂，并落實相關(guān)除鐵技改以解決冷凝液含鐵量偏高的問題。畢竟進(jìn)水布水繞絲管篩孔堵塞是各混床普遍存在的問題，一旦現(xiàn)有應(yīng)對措施處理效果不佳影響混床正常制水，就會導(dǎo)致精制水供應(yīng)中斷，繼而影響富島公司二期化肥廠、甲醇廠的正常生產(chǎn)，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失就太大了。