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离子交换纯水系统树脂老化导致的问题及其处理方法

2014/12/17 19:15:40点击:
某电厂化学补给水系统为离子交换纯水系统,设计出力为80t/h,阴床树脂为201×7,投运至今已持续运行近14a,此期间阴床只补充过1t阴树脂。 2000年开端,阴床运行6周期后,失效再生,持续再生3次无法还原彻底,用10%的碱液浸泡1d,出水水质仍不合格,电导率为 0.6~0.8μs/cm,二氧化硅为150~200μg/L。造成电厂制除盐水极其艰苦,要挟到机组的正常运行。 
1 原因分析 
  阴床再生不好离不开以下五个方面的原因:一是人员操作毛病;二是交换器内设备及再生系统故障;三是阴树脂有问题;四是原水水质有污染物;五是再生剂质量不好[1]。
 经检查,阴床的再生符合规程请求,操作步骤也正确;再生系统无故障;再生应用的碱液符合国家标准。原水的 铁:0.11mg/L,CODMn:1.8mmol/L,铁及有机物含量低。从故障阴床取出树脂,分辨用10%的食盐水、15%的盐酸浸泡以检验有机物污 染和铁污染[2]。实验表明:浸泡的食盐水色彩清亮,阴树脂酸浸泡后色彩未变淡,溶出的铁含量为0.021mg/g干树脂,阐明阴树脂未受有机物及铁的污 染[3]。
  打开阴床人孔,全面检查其内部装置。进水装置无损坏,未变形,中排母支管没有松动,未变形,支管开孔也未堵塞,中排保持了较好的程度,罐体的衬胶完好。支管的包网孔眼未堵塞。
交 换器内未创造异物,但创造明树脂色彩变黑,破碎严重,中排以上的树脂有的已呈粉末状,中排下的树脂强度很低,用手一捏部分树脂即碎,检查还创造局部树脂有 结块现象,为此,在中排以下200mm处按均分原则分6个区采样,注意采集结块的样品。从阴床6个区采集的阴树脂进行再生度分析,其成果见表1。 

表1 阴脂的再生度分析
检测项目 1区 2区 3区 4区 5区 6区
外观 结块、有碎树脂 结块、有碎树脂 不结块、碎树脂少 不结块、碎树脂少 结块不严重、有碎树脂 未结块、有碎树脂
再生度/% 45.7 47.6 80.1 80.2 69.4 73.2
  表1明确地显示结块的树脂再生度很 低,未结块的再生度高,1、2、5、6区为交换器靠近筒体壁部分的树脂,结块现象相对严重,碎树脂多,再生度低,相反交换器中部的3、4区结块、碎树脂少 些,再生度自然高。该厂阴树脂运行时间长,已步入加速老化期,树脂的色彩变深,强度降落,无法抵抗频繁的膨胀压缩带来的交变应力而破碎。破碎的树脂在交换 剂层积累,且其比表面大,吸附力强,易抱团结块,结块的树脂碱液难以进入,并使交换剂层的阻力不均匀,再生液偏流,即再生度差,结块树脂再生度低必将影响 阴床的出水水质,这就是该厂阴床再生异常的原因。交换器中部结块少可能与交换器中心流速稍大,且大反洗时交换器中心部分的碎树脂去除较多有关。 
交 换器内未创造异物,但创造明树脂色彩变黑,破碎严重,中排以上的树脂有的已呈粉末状,中排下的树脂强度很低,用手一捏部分树脂即碎,检查还创造局部树脂有 结块现象,为此,在中排以下200mm处按均分原则分6个区采样,注意采集结块的样品。从阴床6个区采集的阴树脂进行再生度分析,其成果见表1。 

表1 阴脂的再生度分析
检测项目 1区 2区 3区 4区 5区 6区
外观 结块、有碎树脂 结块、有碎树脂 不结块、碎树脂少 不结块、碎树脂少 结块不严重、有碎树脂 未结块、有碎树脂
再生度/% 45.7 47.6 80.1 80.2 69.4 73.2
  表1明确地显示结块的树脂再生度很 低,未结块的再生度高,1、2、5、6区为交换器靠近筒体壁部分的树脂,结块现象相对严重,碎树脂多,再生度低,相反交换器中部的3、4区结块、碎树脂少 些,再生度自然高。该厂阴树脂运行时间长,已步入加速老化期,树脂的色彩变深,强度降落,无法抵抗频繁的膨胀压缩带来的交变应力而破碎。破碎的树脂在交换 剂层积累,且其比表面大,吸附力强,易抱团结块,结块的树脂碱液难以进入,并使交换剂层的阻力不均匀,再生液偏流,即再生度差,结块树脂再生度低必将影响 阴床的出水水质,这就是该厂阴床再生异常的原因。交换器中部结块少可能与交换器中心流速稍大,且大反洗时交换器中心部分的碎树脂去除较多有关。 
2 解决的措施 
 要解决该厂阴床再生的异常现象,根本的方法是阴床调换新的阴离子交换树脂。但由于该厂机组多,且对外供汽,除盐水用量大,除盐系统长期处于满负荷持续运 转的状态,因而很难有调换阴树脂的足够时间。另外,两台阴床调换新树脂费用也很大,约53万元。基于这些情况,寻求低廉的处理方法以解决阴床涌现的再生异 常问题显得十分的紧急而又必要。从引起该厂阴床再生异常现象的原因可以看出,解决此问题的要害在于打消交换剂层的结块,扫除其中的碎树脂。
2.1 大反洗
 将阴床进行彻底的大反洗,清洗至出水清彻,无碎树脂,用正常再生时倍量的碱液再生。处理后阴床出水的二氧化硅为97.4μg/L,电导率为0.85μs /cm,制水量为1950t。阴床再生后虽然出水水质合格,但二氧化硅仍然比正常时高,另外,很快失效,制水量只有1950t,远低于正常值。这阐明大反 洗并不能有效地解决阴床再生异常的问题。 
2.2 碱液空气擦洗
  大反洗不能有效松散树脂层中的结块物,重要是树脂抱团后不易浮到树脂 层的面上。为此采用先通入少量的碱液,再进行压缩空气擦洗,空气从阴床的底部进入,目标是让那些结块后深度失效的树脂在擦洗中得到初步的还原,同时破碎的 树脂在碱液中更轻,易从树脂层中脱出。考虑到阴树脂在碱液中易上浮,且树脂强度很低,因而压缩空气的压力把持低些,碎树脂通过大反洗除去。具体步骤为:小 反洗→进碱→空气擦洗→正洗→大反洗→再生。
  小反洗:按正常工艺操作,松动及扫除树脂层的污物等,以利于碎树脂上浮,防止中排装置受压弯曲,请求清洗至水清。
进碱:将阴床的水放尽,通过再生系统把碱液送入阴床内,碱液的浓度把持在3%~5%,流量不可过大,不要超过正常再生流量的80%,阴床碱液的液位把持在树脂层上200~400mm。
 空气擦洗:一般的离子交换器底部无空气擦洗装置,需加装。该厂两台阴床在石英砂垫层上有“十字”型的空气管,即由两条φ32开有小孔的不锈钢管制成,呈 十字型安排,管外有两层包网,若无此装置可将空气母管装在底部的树脂装卸孔处。由于擦洗的树脂已近老化,在满足擦洗效果的前提下应尽量降低空气的压力和减 少擦洗时间,请求空气压力把持在0.05MPa左右,擦洗时间2min,空气流量为0.2~0.3m3/(m2·min),压缩空气应无油无杂质,擦洗后 自然沉降5min,让碎树脂上浮,若树脂层不稳固阐明碎树脂未完整分别,应适当延伸沉降时间。空气擦洗后若让液面升高可明显看到碎树脂与未破碎树脂的分层 现象。
  正洗:5~10min,把碱液浓度降低至0.1%以下,其目标是防止上浮的碎树脂抱团及已转型的阴树脂在大反洗的初期跑掉。
  大反洗:去除污物和碎树脂,由于阴床中仍有少量的碱液且部分已转型,因而大反洗的初期流量把持小些,缓慢增大流量,直到反洗无碎树脂。大反洗后按规程再生。
 通过上述方法处理后,阴床出水的SiO2为45.6μg/L,电导率为0.62μs/cm,制水量为6945t,制水量恢复到以前的程度。考虑到阴树脂 破碎无法避免,为防止碎树脂的积累,将本来运行15个周期后大反洗一次缩短为10个周期大反洗一次,大反洗操作采用碱液空气擦洗。采用这些措施后两台阴床 运行近两年未涌现相类似的再生异常现象,出水水质、制水量稳固,保证了安全供水。 

3 结语 
  离子交换树脂步入快速老化期, 其强度降落,破碎增多,在树脂层中易结块,造成再生液分配不均匀,结块的树脂无法得到再生,长期处于过度失效,导致阴床运行到必定周期后无法再生,用碱液 空气擦洗法能有效解决此问题,延缓调换新树脂的时间。当然,离子交换树脂步入快速老化阶段应考虑调换新树脂,这是根本解决问题的方法。
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