陽(yáng)離子交換器中排支管斷裂分析與改造

楊俊杰

摘要：陽(yáng)離子交換器主要用于鍋爐、熱電站、化工等水處理的前道處理，中排繞絲管是罐體內(nèi)進(jìn)出水的重要部件，提升繞絲管的機(jī)械物理性能對(duì)于設(shè)備出力的穩(wěn)定性非常重要。本文通過(guò)對(duì)四平某酒精廠的陽(yáng)床中排管的故障分析，并結(jié)合實(shí)際，提出了改造方案，解決了運(yùn)行中的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：槽鋼規(guī)格;繞絲管;交換器

引言

我公司于2018年末為四平某酒精廠承建的陰陽(yáng)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為Q=80m3/h，引入原有的系統(tǒng)管道，彌補(bǔ)原有水量的不足。本陽(yáng)床設(shè)計(jì)高度4600mm，其中陽(yáng)樹(shù)脂層高度2000mm，中排主管為DN80不銹鋼sus316L無(wú)縫管，支管采用DN50不銹鋼316L繞絲管包網(wǎng)，支持橫擔(dān)采用C8襯膠國(guó)標(biāo)槽鋼。

1問(wèn)題

在工作數(shù)月之后，出現(xiàn)了跑冒樹(shù)脂的現(xiàn)象，同時(shí)出力開(kāi)始下降。運(yùn)行人員立即停止再生。隨后檢修人員在檢修打開(kāi)人孔并清除樹(shù)脂之后發(fā)現(xiàn)槽鋼發(fā)生大幅彎曲變形，部分繞絲管根部斷裂。通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)槽鋼內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，大部分?jǐn)嗔训睦@絲管分布在槽鋼變形的最大處，而單體繞絲管的斷裂處大部分為繞絲管與主管的連接處。

2原因分析

通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)工作人員的溝通，以及對(duì)拆卸物品的研究得出以下結(jié)論：（1）操作人員工藝流程問(wèn)題。陽(yáng)離子交換器的通用常規(guī)操作為運(yùn)行-反洗-再生-置換-正洗，本陽(yáng)離子交換器因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際原因并沒(méi)有采用除鹽水進(jìn)行反洗，在常規(guī)工藝下，使用陰床水進(jìn)行反洗導(dǎo)致樹(shù)脂層上部發(fā)生板結(jié)，阻力逐步增加，最終超過(guò)襯膠槽鋼彎曲強(qiáng)度，導(dǎo)致發(fā)生設(shè)備失效。工藝原因?yàn)楸敬喂收系闹饕颉＃?）槽鋼規(guī)格偏低以及襯膠工藝不合 理。本陽(yáng)離子交換器的規(guī)格尺寸為φ2000，槽鋼選用C8的國(guó)標(biāo)型材，長(zhǎng)度1600mm。槽鋼采用噴塑處理，連接孔處通過(guò)人工挖孔，對(duì)于出現(xiàn)的漏電缺陷采用人工手涂修補(bǔ)料。這種工藝方式的優(yōu)點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)少，外觀好。缺點(diǎn)塑層分布不均勻，局部可能出現(xiàn)塑層厚度小于最小允許厚度，修補(bǔ)質(zhì)量差，漏電現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。通過(guò)對(duì)襯膠槽鋼橫擔(dān)最大變形截面解剖分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)生腐蝕，腐蝕可見(jiàn)明顯的路徑與趨勢(shì)?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：首先因?yàn)橐r膠質(zhì)量原因局部塑層偏薄，在反洗過(guò)程過(guò)程中涂層被反復(fù)摩擦，最終導(dǎo)致漏鐵，腐蝕現(xiàn)象開(kāi)始發(fā)生。由于陽(yáng)床在再生過(guò)程中介質(zhì)為HCL，其對(duì)于Q235B碳鋼的腐蝕速度是非常快的，很快導(dǎo)致截面大部分被腐蝕，而未被腐蝕的部分無(wú)法承擔(dān)反洗所帶來(lái)的壓力，最終導(dǎo)致槽鋼橫擔(dān)變形。（3）繞絲管篩條強(qiáng)度不足與連接方式不可靠，304材質(zhì)的邊條截面寬度2mm，縫隙流通空間1mm，整體外形結(jié)構(gòu)為圓形，端部封閉白鋼板厚度為3mm，四周無(wú)加強(qiáng)筋。連接方式為1.5寸管螺紋，單邊厚度2.5mm。（4）設(shè)備內(nèi)部使用的材質(zhì)不合格。在陽(yáng)床運(yùn)行過(guò)程中，水具有很強(qiáng)的酸腐蝕性，并且水中含有大量對(duì)金屬破壞作用的CL-離子，含有H+、CL-離子的水對(duì)金屬具有很強(qiáng)的腐蝕性，普通不銹鋼材質(zhì)是不符合使用要求的，因此必須使用含有一定比例Cr、Ni、Ti等元素組成的不銹鋼材料制作的零件，例如：1Cr18Ni9ti、316L等耐鹽酸腐蝕的材料制作零部件。在我們進(jìn)行檢查修理過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)許多連接螺絲材質(zhì)不符合要求，腐蝕嚴(yán)重甚至已經(jīng)斷裂，從而使中排系統(tǒng)的局部受到應(yīng)力分布不均勻，而引起整個(gè)中排裝置損壞。（5）陰離子交換器再生原因：運(yùn)行人員未按操作規(guī)程操作，導(dǎo)致 意外情況的發(fā)生，致使中排裝置彎曲變形。

3整改方案

（1）首先在操作工藝上進(jìn)行改進(jìn)，使用反滲透濃水進(jìn)行反洗。濃水含鹽量雖然較高，到濁度保持在1ntu以下，無(wú)肉眼可見(jiàn)雜物，完全符合過(guò)濾器反洗條件，降低樹(shù)脂板結(jié)的可能性。另外對(duì)反洗工藝進(jìn)行改進(jìn)，在五次大反洗以后進(jìn)行一次小反洗，可以避免樹(shù)脂填料板結(jié)。設(shè)備再生和大反洗操作時(shí)，認(rèn)真檢查設(shè)備的當(dāng)前狀況，防止設(shè)備內(nèi)部進(jìn)、排水產(chǎn)生大的壓差。降低再泵的出口壓力。避免同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)水泵針對(duì)一臺(tái)或很少的設(shè)備，防止水頭壓力對(duì)設(shè)備造成沖擊。（2）中間排液裝置必須牢固地固定 在專用的支架上，為防止中排裝置的損壞。對(duì)橫擔(dān)進(jìn)行改進(jìn)，采用C10的國(guó)標(biāo)槽鋼，兩段進(jìn)行機(jī)加工鉆孔。采用傳統(tǒng)襯膠工藝，膠板拼接接口處重疊長(zhǎng)度不低于10mm，以后進(jìn)入硫化罐保持壓力0.4MPa，溫度150攝氏度固

化，2.5小時(shí)后測(cè)試硬度，不低于90HRA。12000V漏點(diǎn)測(cè)試，對(duì)漏點(diǎn)就行補(bǔ)塑，確保最終無(wú)漏點(diǎn)。對(duì)邊角毛刺進(jìn)行處理，降低表面粗糙度。安裝時(shí)輕拿輕放，避免暴力施工。（3）采用新型中排支管。原有支管體積較大， ?易老化開(kāi)裂而造成中排漏料，所使用支管的設(shè)備維修周期較短。近年來(lái)德國(guó)、日本先后采用了插管式支管，它使整個(gè)中排裝置位于壓脂層上部。從而避免了壓脂層壓差過(guò)大對(duì)中排裝置造成的不利影響。由于插管式支管布水性能較差些，近兩年國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用了六邊形不銹鋼繞絲中排支管，該支管通過(guò)不銹鋼絲間的縫隙進(jìn)行濾水，它的受力面積較小繞絲管改為正六邊形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)線加加強(qiáng)筋，同時(shí)軸向每100mm加箍筋一道，箍筋直徑不小于2mm。繞絲管與中排連接方式改為法蘭連接，法蘭公稱壓力1.0MPa。（4）加強(qiáng)人員專業(yè)技能的培養(yǎng)。設(shè)備管理方面：利用大修和日常維護(hù)，做好各個(gè)設(shè)備部件的檢查和檢修工作，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷及時(shí)消除，杜絕設(shè)備帶病運(yùn)行。同時(shí)，為了避免水位低，而運(yùn)行人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，專門(mén)設(shè)置了中間水箱液位低報(bào)警，低于0.7m時(shí)，電腦監(jiān)控畫(huà)面就會(huì)出現(xiàn)提示框，同時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音，提醒運(yùn)行人員調(diào)整中間水泵的出水流量，避免出現(xiàn)液位過(guò)低、中間水泵空泵運(yùn)行和停止中間水泵蓄水事件的發(fā)生。

4改造效果

經(jīng)過(guò)改造的繞絲管，橫擔(dān)在新工藝的指導(dǎo)生產(chǎn)下，使用一年中，再 未出現(xiàn)過(guò)漏料等問(wèn)題，說(shuō)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好。小反洗的使用使中排不再承受更大的沖擊力，從而提高了疲勞強(qiáng)度，增加使用壽命。因此證明改造比較成功。通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維修，并針對(duì)存在的問(wèn)題、故障原因進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了較為客觀的判斷，同時(shí)也借鑒了未出現(xiàn)同類故障相關(guān)設(shè)備，研究分析并提出了改進(jìn)方案，從將中排裝置進(jìn)行加固處理，調(diào)整運(yùn)行方式入手，確保了水系統(tǒng)中排裝置的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行了一系列改進(jìn)后的設(shè)備，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，未出現(xiàn)同類故障，因此改進(jìn)收到了預(yù)期的效果。

5結(jié)論

（1）陽(yáng)離子交換器在長(zhǎng)時(shí)間未反洗運(yùn)行后，填料內(nèi)部受力不均勻，局部發(fā)生板結(jié)，從而導(dǎo)致部分樹(shù)脂不參與運(yùn)行;而板結(jié)的填料又會(huì)對(duì)中排產(chǎn)生壓力，從而導(dǎo)致中排受損。（2）不銹鋼圓形繞絲管在沒(méi)有足夠拉筋的 情況下，抗拉強(qiáng)度不足，在不恰當(dāng)工藝下造成中排變形，最終導(dǎo)致斷裂。（3）運(yùn)行值班人員加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控。提高運(yùn)行人員責(zé)任心，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行小反洗和大反洗操作，防止設(shè)備內(nèi)部樹(shù)脂層出現(xiàn)板結(jié)、絮沉物聚集過(guò)量等問(wèn)題。設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，預(yù)處理設(shè)備存在著較大的缺陷，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行工況不穩(wěn)定時(shí)，常會(huì)造成離子交換器運(yùn)行壓差過(guò)大，如果在運(yùn)行上不加以控制，設(shè)備上不加以管理，技術(shù)上不加以更新改造，很容易使離子交換器中排損壞。（4）對(duì)設(shè)備內(nèi)部使用的螺絲等零部件嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。驗(yàn)檢合格的 零部件才可以使用，防止不合格零部件使用到設(shè)備中。

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