主頁(yè) > 新聞動(dòng)態(tài) > 固定床離子交換除鹽系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化 2021-11-20

固定床離子交換除鹽系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

公司第一套大化肥裝置，是以天然氣為原料年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨、52萬(wàn)噸尿素的大型化肥裝置，其配套鍋爐用水由兩級(jí)固定床離子交換除鹽系統(tǒng)供給。一級(jí)固定床除鹽系統(tǒng)包括2臺(tái)陽(yáng)雙室固定床離子交換器、1臺(tái)脫碳塔和2臺(tái)陰單室固定床離子交換器，制水能力約為105m3／h，陰陽(yáng)離子交換器均采用的是對(duì)流再生的方式，再生液分別為NaOH溶液和HCl溶液。
一、出現(xiàn)的問(wèn)題
1.制水周期縮短
該裝置的一級(jí)除鹽系統(tǒng)采用的是母管制制水的方式，陰陽(yáng)離子交換器的失效分別判斷，陰陽(yáng)離子交換器失效后亦分別再生。陽(yáng)離子交換器的失效是以其出水的Na+含量以及監(jiān)控對(duì)應(yīng)陰離子交換器出水在線電導(dǎo)率來(lái)判斷，陰離子交換器的失效是以其出水的二氧化硅含量以及監(jiān)控其出水的在線電導(dǎo)率來(lái)判斷。
根據(jù)系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定陰陽(yáng)離子交換器批量制水達(dá)2100m3時(shí)，不管運(yùn)行陰陽(yáng)離子交換器出水的水質(zhì)是否有變化均對(duì)其停運(yùn)再生，即正常負(fù)荷下，陰陽(yáng)離子交換器的制水周期為20h。
在該套裝置運(yùn)行的前十幾年里，一級(jí)除鹽系統(tǒng)的2套陰陽(yáng)離子交換器幾乎都能達(dá)到規(guī)定的制水周期，可是近幾年，頻繁出現(xiàn)陰陽(yáng)離子交換器提前失效，達(dá)不到制水周期的現(xiàn)象。
2007—2012年一級(jí)除鹽系統(tǒng)離子交換器運(yùn)行周期統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 2007—2012 年一級(jí)除鹽系統(tǒng)離子交換器運(yùn)行周期統(tǒng)計(jì)

2.再生消耗增加
受一級(jí)除鹽系統(tǒng)陰陽(yáng)離子交換器頻繁出現(xiàn)周期縮短的影響，陰陽(yáng)離子交換器再生的次數(shù)也相應(yīng)的增加，為了保證除鹽水的合格供應(yīng)，調(diào)整了陰陽(yáng)離子交換器再生時(shí)再生液的用量，造成了一級(jí)除鹽系統(tǒng)再生液耗量以及再生自耗水量的增長(zhǎng)。見表2。

表2 2009—2012 年除鹽系統(tǒng)酸堿及原水單耗

二、原因分析
1.原水的溫度低
據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，裝置一級(jí)除鹽系統(tǒng)陰陽(yáng)離子交換器運(yùn)行周期縮短的現(xiàn)象大多發(fā)生在冬季。該除鹽系統(tǒng)采用的是離子交換除鹽，離子交換的過(guò)程是樹脂顆粒與水溶液接觸時(shí)，陰陽(yáng)離子進(jìn)行擴(kuò)散和交換的過(guò)程。在一定范圍內(nèi)，提高原水溫度，能提高離子和分子的熱運(yùn)行速度，降低水的黏度，加快液膜擴(kuò)散和孔道擴(kuò)散速度。所以，將原水溫度保持在20~40℃，會(huì)使離子交換反應(yīng)速度更快，離子交換反應(yīng)更加徹底。而裝置一級(jí)除鹽系統(tǒng)的原水為水廠直接過(guò)來(lái)的生產(chǎn)原水，冬季最低溫度只有4℃左右，低溫不利于離子交換反應(yīng)的進(jìn)行。
2.再生液溫度低
再生效果對(duì)離子交換器運(yùn)行周期影響很大。提高再生液溫度會(huì)加快再生時(shí)離子擴(kuò)散速度，對(duì)再生有利。如果把再生液HCl溶液預(yù)熱至40℃來(lái)再生陽(yáng)離子交換樹脂，就能改善樹脂中鐵及氧化物的清除效果；把再生液NaOH溶液預(yù)熱后來(lái)再生陰離子交換樹脂，對(duì)于硅酸性陰樹脂的再生效果更顯著。試驗(yàn)證明，當(dāng)再生液溫度只有16℃時(shí)，陰離子交換樹脂硅酸洗脫率只有50%，當(dāng)把再生液加熱至35℃時(shí)，硅酸洗脫率接近100%。而裝置的再生液均為常溫，夏季最高可達(dá)32℃左右，而冬季最低只有4℃左右，低溫不利于離子交換器的再生。
3.陰離子交換器無(wú)頂壓操作
裝置陰離子交換器為逆流再生的單室固定床，其運(yùn)行時(shí)原水水流至上而下流動(dòng)，再生時(shí)再生液則自下而上流動(dòng)。再生和置換時(shí)離子交換樹脂不發(fā)生亂層是保證逆流再生效果的關(guān)鍵，再生時(shí)采用氣頂壓的方式是保障該離子交換器再生時(shí)不亂層的重要手段。但裝置由于硬件條件的限制，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)的氣頂壓設(shè)施多年未投入使用。
4.再生操作不規(guī)范
裝置一級(jí)除鹽系統(tǒng)的再生采用的是手動(dòng)再生的方式，不同的操作工之間對(duì)再生液的濃度以及再生每一步的時(shí)間的把握存在差異，對(duì)于離子交換器的再生不利。
三、解決措施
1.提高原水的溫度
增加了1臺(tái)冷凝液換熱器，使進(jìn)陽(yáng)離子交換器前的原水與除鹽系統(tǒng)回收的主裝置冷凝液進(jìn)行換熱，提高原水的溫度。表3為2015年1—8月原水經(jīng)過(guò)換熱前后的溫度數(shù)據(jù)，由表3可知，即使在冬季原水經(jīng)過(guò)換熱后水溫仍可達(dá)20℃以上，達(dá)到了離子交換反應(yīng)較理想的工作溫度。

表3 2015 年1—8 月除鹽系統(tǒng)原水換熱前后溫度對(duì)比

2.提高再生液溫度
2.1.提高再生稀釋水的溫度
除鹽系統(tǒng)再生稀釋水泵用水為精除鹽的除鹽水，裝置制備合格的除鹽水分裝在2個(gè)不同的除鹽水箱中，水箱A中的除鹽水來(lái)自于純?cè)苽洌錅囟戎槐拳h(huán)境溫度高約2℃，水箱B中的除鹽水來(lái)自于原水制備和冷凝液制備，冬季最低溫度都在25℃左右。改造為除鹽系統(tǒng)再生稀釋水泵新增進(jìn)水管線，用水箱B中的除鹽水作為離子交換器再生時(shí)的稀釋水，從而達(dá)到提高進(jìn)入離子交換器再生液溫度的目的。
2.2.提高陰離子交換器再生液的溫度
陰離子交換器用30%的NaOH溶液經(jīng)過(guò)除鹽水稀釋后進(jìn)行再生，為進(jìn)一步提高陰離子交換器再生效果，對(duì)堿儲(chǔ)槽以及堿管線改造增加低壓蒸汽伴熱管線，通過(guò)低壓蒸汽對(duì)NaOH溶液進(jìn)行加熱提溫，既避免冬季極冷氣溫下NaOH溶液結(jié)晶，又提高了NaOH溶液再生陰離子交換樹脂時(shí)硅酸的洗脫率，保證了陰離子交換樹脂的再生效果。
3.增加頂壓操作
裝置陰離子交換器原始設(shè)計(jì)的頂壓進(jìn)氣閥門為只有開關(guān)2個(gè)閥位的氣動(dòng)閥，頂壓的進(jìn)氣量無(wú)法調(diào)節(jié)，當(dāng)外界工廠空氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的時(shí)候，使得再生時(shí)頂壓壓力不穩(wěn)定，影響離子交換器再生時(shí)進(jìn)再生液的濃度和速度，以至于長(zhǎng)期不能投用。
改造為在原頂壓進(jìn)氣氣動(dòng)閥前增加手動(dòng)閥門，對(duì)離子交換器再生時(shí)需要的頂壓工廠空氣壓力和空氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)試保證頂壓的效果。
4.優(yōu)化離子交換器再生操作
1.1.建立再生智能監(jiān)控系統(tǒng)
安裝再生智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是對(duì)再生液的流速、濃度進(jìn)行智能監(jiān)控和優(yōu)化，確保再生時(shí)不會(huì)出現(xiàn)樹脂循環(huán)分層現(xiàn)象，并改變傳統(tǒng)單一濃度再生方式，保持濃度梯度，有效緩解二次污染，同時(shí)合理分配再生液用量，減少再生過(guò)程中的浪費(fèi)。每次再生離子交換器時(shí)只需啟動(dòng)智能再生操作平臺(tái)，便可通過(guò)該系統(tǒng)的中央服務(wù)器，對(duì)每一次再生進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)再生液的濃度，進(jìn)再生液的時(shí)間等重要參數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)反饋，及時(shí)對(duì)再生液濃度，時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)再生濃度的梯度分布，達(dá)到智能再生的目的。
1.2.恢復(fù)離子交換器的自動(dòng)再生操作
清理離子交換器附屬的氣動(dòng)閥，對(duì)長(zhǎng)期故障或位置信號(hào)不到位而影響自動(dòng)程序運(yùn)行的閥門進(jìn)行維修或更換。
在建立再生智能監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)離子交換器自動(dòng)再生程序進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)試，調(diào)整了陽(yáng)離子交換器再生時(shí)反洗、放水和置換的時(shí)間。將陰離子交換器再生時(shí)的大反洗操作改為小反洗操作，同時(shí)增加頂壓操作，調(diào)整了排水和置換的時(shí)間，見表4、表5。

表4 陽(yáng)離子交換器再生參數(shù)優(yōu)化

表5 陰離子交換器再生參數(shù)優(yōu)化

四、實(shí)施效果
近幾年，通過(guò)對(duì)裝置持續(xù)的改造，一級(jí)除鹽系統(tǒng)得到了一定的優(yōu)化，陰陽(yáng)離子交換器基本上都能達(dá)到既定的周期，而且再生酸堿的消耗以及原水的消耗都有不同程度的下降，相比于2011—2012年的平均值，鹽酸單耗下降了11.22%，而液堿的消耗下降了27.08%，見表6。

表6 2014 年酸堿耗與2011—2012 年平均酸堿單耗對(duì)比

五、結(jié)束語(yǔ)
在離子交換水處理系統(tǒng)中，離子交換樹脂不可避免的會(huì)受到污染或老化，致使樹脂的性能下降，進(jìn)而造成離子交換器的制水周期縮短，再生消耗高，出水水質(zhì)不好等一系列的問(wèn)題。針對(duì)這種情況，除了定期復(fù)蘇離子交換樹脂，定期增補(bǔ)新樹脂的方法外，還應(yīng)從離子交換器日常的再生工作上入手，優(yōu)化離子交換器的再生操作，為再生提供更合理、更合適的條件，使離子交換樹脂保持較高的再生度，進(jìn)而保證每一次離子交換器的再生效果。

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固定床離子交換除鹽系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

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