脫鹽水系統(tǒng)異常工況下的判斷與處理

張 喆

(中海石油華鶴煤化有限公司, 黑龍江鶴崗 154100)

1 脫鹽水系統(tǒng)工藝流程

中海石油華鶴煤化有限公司脫鹽水系統(tǒng)工藝流程見圖1。生消水經(jīng)過中水多介質(zhì)預處理后作為脫鹽水來水的水源,與尿素水解水混合后經(jīng)活性炭過濾進入一級除鹽(A套/B套)離子交換器處理成中性水。中性水與回收的冷凝液混合,經(jīng)過3臺混合離子交換器處理后進入脫鹽水箱。回收的冷凝液由工藝冷凝液和透平冷凝液兩部分組成,回收的冷凝液經(jīng)一、二級換熱器回收到冷凝水箱,通過精密過濾器過濾后送混合離子交換器處理,產(chǎn)水至脫鹽水箱,隨后通過脫鹽水泵外送,供2路用戶使用：一路由 DN200 脫鹽水管線送至流化床鍋爐冷渣機,換熱進入鍋爐除氧器后,送至尿素蒸汽冷凝液槽(V06901)補水降溫,然后回收至冷凝液系統(tǒng);另一路由 DN300 脫鹽水管線送至合成變換工段進行預熱,送入鍋爐除氧器后,經(jīng)高壓鍋爐給水泵送合成段快熱后送至鍋爐產(chǎn)汽。同時,通過中、低壓鍋爐給水泵將除氧器中的水送全合成變換工段中、低壓廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽,并入中、低壓蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)。

圖1 脫鹽水系統(tǒng)工藝流程

2 脫鹽水系統(tǒng)異常工況下的現(xiàn)象

(1) 回收的工藝冷凝液和透平冷凝液電導率異常上漲,超過規(guī)定指標(10 μS/cm)。

(2) 冷凝泵運行過程中有不明原因的進氣現(xiàn)象,且頻繁跳泵。

(3) 精密過濾器運行周期縮短,更換頻繁。

(4) 混合離子交換器(A/B/C/D)的運行批量縮短,工作交換容量下降,再生投運后,再生效果差,電導率上漲快,硅失效嚴重,分層效果差且不易分層。

(5) 精制水外送電導率變化異常。

3 脫鹽水系統(tǒng)異常工況的數(shù)據(jù)排查和原因分析

3.1 數(shù)據(jù)排查

檢查生消水制備脫鹽水是否異常,一級除鹽系統(tǒng)(A套/B套)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 一級除鹽系統(tǒng)(A套/B套)分析數(shù)據(jù)

由表1可以看出生消水制脫鹽水指標情況：電導率小于10 μS/cm,二氧化硅質(zhì)量濃度小于100 μg/L,鈉離子質(zhì)量濃度小于50 μg/L;從2022年3月8日開始一級除鹽系統(tǒng)(A套/B套)在批量范圍內(nèi),運行過程指標均合格。由此可以判斷精制水外送電導率高,與生消水制脫鹽水系統(tǒng)無關(guān)。

檢查冷凝液制備脫鹽水是否異常,精制水、工藝冷凝液、透平冷凝液的分析數(shù)據(jù)見表2～表4。

表3 工藝冷凝液分析數(shù)據(jù)

表4 透平冷凝液分析數(shù)據(jù)

由表2～表4可得：從2022年3月8日開始,精制水外送電導率異常增長,且數(shù)據(jù)變化大?；厥盏墓に嚴淠汉屯钙嚼淠簲?shù)據(jù)異常后,由于受一級除鹽系統(tǒng)制水量限制,不能將回收冷凝液的超標水切除排放,內(nèi)循環(huán)后導致精制水外送電導率異常。

3.2 原因分析

工藝冷凝液從2022年3月8日開始電導率逐漸升高,二價鐵離子含量不斷增加,氨氮質(zhì)量濃度指標逐漸升高,且其中含有微尿;透平冷凝液電導率升高,二價鐵離子含量未明顯增加,氨氮質(zhì)量濃度指標也增加,但微尿指標不明顯。工藝冷凝液電導率突然升高至31.00 μS/cm后又降至17.37 μS/cm左右,后續(xù)加樣分析工藝冷凝液電導率為56.00 μS/cm,微尿質(zhì)量濃度為2.60 mg/L,脫鹽水外送指標加樣微尿質(zhì)量濃度為3.10 mg/L。經(jīng)了解發(fā)現(xiàn),2022年3月6日尿素裝置開車,其中二價鐵離子含量升高,可能是開車后,由前期管線夾帶的。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)分析,氨氮的來源主要有2種情況：一是尿素裝置氨泄漏,氨泄漏會水解產(chǎn)生一些帶電的離子或物質(zhì),導致冷凝液槽中電導率有上漲現(xiàn)象,尿素裝置蒸汽冷凝液收集槽(V6901)的冷凝液最終送至工藝冷凝液系統(tǒng)中;二是鍋爐水系統(tǒng)通過添加氨水調(diào)節(jié)給水 pH,氨水加入過量會使除氧器中的電導率上工漲,從而影響整個脫鹽水系統(tǒng)。鍋爐在除氧器底部定期加入氨水,主要是為了控制給水,防止水系統(tǒng)酸腐蝕。為維持正常給水 pH 指標,氨水加入量增加后將氨水量控制在之前水平后,電導率、氨氮質(zhì)量濃度均出現(xiàn)下降,由此證明,冷凝液中氨氮質(zhì)量濃度高的主要原因為系統(tǒng)中的酸性物質(zhì)增多,被迫攝入過量的氨水,而并非鍋爐本身系統(tǒng)原因。

低壓廢鍋與工藝氣換熱后副產(chǎn)蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)中,主要用戶為鍋爐除氧器,如工藝氣中的酸性氣H2S、CO等氣體進入除氧器后,會導致鍋爐給水pH降低,故采用較多攝入氨水的方式來維持指標,導致冷凝液中的氨氮質(zhì)量濃度超標,電導率異常升高。

4 脫鹽水系統(tǒng)異常導致的后果

(1) 冷凝泵運行過程中有不明原因的進氣現(xiàn)象,冷凝泵頻繁跳泵。

2022年3月9日13：53：00,冷凝液B泵運行電流波動3 min后恢復,18：53：00至次日06：56：00又繼續(xù)波動了6次,隨即將該情況匯報生產(chǎn)管理部。在冷凝液水箱頂部呼吸口檢測CO體積分數(shù)為163×10-6,H2體積分數(shù)為0.92%,硫質(zhì)量濃度為0.02 mg/L,而甲醇、硫化氫、甲烷未檢出。

分析冷凝泵運行過程中有不明原因的進氣現(xiàn)象,且頻繁跳泵的原因可能是冷凝液中含有不明氣體。

(2) 精密過濾器運行周期縮短,更換頻繁。

精密過濾器是臥式柱狀設(shè)備,采用耐腐蝕的304不銹鋼材質(zhì)外殼,每臺設(shè)備內(nèi)裝7支1.016 m的均孔聚丙烯(PP)噴熔濾芯,采用卡口定位方式。該精密過濾器的過濾精度為5 μm,目的是截留來水帶來的大于5 μm的顆粒和鐵銹,防止混入混合離子交換器污染樹脂,損壞樹脂的脫脂脫鹽性能。當該精密過濾器進出口壓差大于0.1 MPa時,應更換濾芯。在回收水質(zhì)異常情況下,精密過濾器濾芯壽命由原來的5 d縮短到3 d,大大縮短濾芯過濾周期。分析濾芯運行周期短的原因為回收冷凝液中鐵含量高。

(3) 混床的運行批量縮短。

經(jīng)過對混床數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),混床批量逐漸下降,二氧化硅質(zhì)量濃度應小于20 μg/L,但統(tǒng)計二氧化硅質(zhì)量濃度偏大,均超標,混床離子交換器再生正洗水中氨氮質(zhì)量濃度升高,且再生過程中,酸堿再生液氨味大,而工藝冷凝液、透平冷凝液中均發(fā)現(xiàn)含有氨氮。在冷凝液無法切除的情況下,混床離子交換樹脂運行過程受到污染,導致混床運行批量縮短,再生效果不好。

經(jīng)過對床內(nèi)樹脂的分析,樹脂顏色變黑。由于工藝冷凝液中鐵含量嚴重超標,導致混床樹脂受到?jīng)_擊,樹脂中毒交換容量下降。外送脫鹽水中含有微尿,溫度低不會影響脫鹽水的外送指標。在送到合成界區(qū)換熱后溫度升高,在160 ℃條件下受熱分解產(chǎn)生氨氣同時變?yōu)榍杷?導致熱脫鹽水指標惡化。脫鹽水4套混床樹脂在污染前的運行周期還能保持在42 000 m3左右,但在3月尿素停車期間縮短得尤為嚴重,平均運行周期為9 500 m3,運行周期只能達到正常批量的20%。

混合離子交換器內(nèi)樹脂表面顏色已發(fā)黑,有機物污染嚴重,這些有機物進入樹脂孔徑內(nèi)部,堵塞孔道,覆蓋活性基團,使得離子不能很好地在樹脂內(nèi)部擴散以及與同活性基團進行交換,使得周期制水量減少、出水水質(zhì)下降、清洗水耗高。

5 脫鹽水系統(tǒng)異常工況下采取的措施及達到的效果

根據(jù)冷凝液異常的情況,采取如下措施：

(1) 申請對回收的冷凝液部分回收排放,查找原因,盡快切除異常水質(zhì)。

(2) 在現(xiàn)有制水量基礎(chǔ)上,加大生消水制脫鹽水的制水產(chǎn)量,可以突破管道200 m3/h的承載限制,短時間大流量運行,加大對不合格水質(zhì)的置換。

(3) 對于到達壓差的精密過濾器及時進行更換,減輕對混床樹脂的污染壓力。

(4) 混床出現(xiàn)失效時,立即切除再生,進行處理。

(5) 再生堿由質(zhì)量分數(shù)為30%的堿更換為質(zhì)量分數(shù)為40%的堿,再生用量由原來的正常量改為倍量。

(6) 在條件允許的情況下,對混床樹脂進行復蘇處理。

通過上述措施,保證外送的水質(zhì)是合格的,不會對鍋爐產(chǎn)出的蒸汽品質(zhì)造成影響。

對于被鐵污染的樹脂,可采取混床樹脂進行復蘇處理,對樹脂進行酸泡、堿泡后,倍量再生,加大生消水除鹽制水量,不斷置換不合格水質(zhì),保證外供水水質(zhì)。通過與生產(chǎn)中心匯報,合成漏點于2022年3月13日切除,水質(zhì)不斷變好。用高濃度鹽酸的處理辦法來獲得復蘇,一般可采用10%～20%的鹽酸進行浸泡處理;接著用2倍的再生藥劑量對樹脂進行再生。

6 結(jié)語

在脫鹽水系統(tǒng)運行過程中會發(fā)生很多異常情況,而發(fā)生過程處理很是棘手,需要耐心地對樹脂進行處理,以保證樹脂的離子交換容量。