王春芹 李文涛

摘 要：针对能源动力厂化水车间阴阳离子交换器的设计缺陷进行了系统分析，并进行了相应的中排技术改造，较大程度提升了交换器的周期产水量。

关键词：交换器;周期产水量;中排;树脂填充量

1 概述

莱钢能源动力厂化水车间担负着3座130t/h中温中压锅炉所需除盐水的供应工作。系统上采用着过滤+超滤+RO膜+ 一级复床除盐的工艺，其中共有阴阳床各3台采用逆流再生方式。除盐水最大的供应能力为200t/h，阳床实际周期产水为20000t以下，阴床为9000t左右。周期产水量较低，造成了离子交换器失效频繁、职工劳动强度增大的问题。离子交换器在失效前和投运时，水中离子含量较大，交换器的频繁失效对水质有较大的影响。并且增大除盐水过失效水的风险。

2 周期制水量低的原因分析

化学水处理是化学车间的核心， 离子交换器周期产水量是衡量水处理设备运行状况一项重要指示， 它直接反应化学除盐设备的运行水平， 也直接关系到发电成本。能源动力厂型钢化水车间经过多年的努力周期产水量仍存在着一定的问题。

离子交换水处理是通过离子交换树脂，除去水中呈离子态杂质的水处理方法。直接影响着离子交换水处理的水质水平和经济性。能源动力厂型钢化水车间离子交换器为逆流再生阴阳离子交换器，里面分别填充着001×7型强酸性阳离子交换树脂和201×7型强碱性阴离子交换器。强酸型树脂带有磺酸基（SO3H）交换基团与水溶液中的所有阳离子进行交换，交换后产生强酸。交换反应过程： 2RSO3H+MX=（RSO3）2M=2H2X

强碱型树脂带有季胺基[N（CH3）3OH]交换基团和阴离子吸附力也很强，与水溶液中所有阴离子起反应。交换反应过程：  2RN（CH3）OH++MX=RN（CH3）3X+（OH）3

离子交换器的周期产水量直接反映着离子交换器的工作效率。计算公式为：

周期产水量的影响因素主要是树脂的体积、树脂的工作交换容量、水密度、进水离子总含量。其中树脂工作交换容量与许多因素相关，如进水水质、运行条件、终点控制标准、树脂层高、再生剂种类、再生方式、再生剂用量及再生条件等。而进水水质不变，运行条件、终点控制标准、再生的方式及条件均严格按照操作规程进行，在不更换树脂的情况下，树脂的工作交换容量变化很小。现场又做了大量工作， 进行了多次再生进酸、碱浓度， 进酸、碱量的调整试验， 但效果不大。又取阴阳树脂进行了树脂性能测定试验， 没有发现树脂性能有异常， 最后把焦点集中在树脂的体积上。通过打开阴阳床检查，发现离子交换器，中排位置偏低，实际的树脂体积达不到9.8立方米，严重影响这周期产水量。经车间研究分析发现问题解决方法定在床体的中排改造上，增大交换器内树脂的体积。

中排装置对离子交换器的运行效果有较大的影响，对其要求是除了能均匀排出再生废液，防止树脂乱层或流失外，还应有足够的强度。进行中排改造的原因如下。

2.1 中间排水装置的理想结构应为： 对再生液排水要有一定的阻力， 以保证不发生偏流; 开孔应尽可能多， 以达到均匀再生的目的。離子交换器直径达2.8 m， 而罐内树脂实际交换层高度只有1.9 m， 结构呈扁平圆柱状， 树脂的存量不够.在运行过程中树脂中的交换基与生水中的阴阳离子自上而下逐一交换直至失效。然而， 实际运行当中为确保除盐水的质量， 交换器底部树脂在运行当中必需留有一定的保护层， 树脂的实际利用率很低。

2.2 中排水管不仅在再生过程中用于排除废再生液和顶压空气或水的混合物， 而且在小反洗时用作反洗水的分配和小正洗时用作再生液的排放。再生和反洗时要承受致密树脂层、压实层的较大作用力， 特别是大反洗时， 因被压实且流动较小的交换树脂聚然膨胀， 瞬间冲力更大， 极易造成中排管及托架的弯曲、变形和树脂跑漏现象。

针对这些问题有必要对交换器中间排水装置进行技术改造。

3 采取的中排改造措施

针对以上周期制水量低的原因分析， 我们进行了以下的技术改造。

3.1 提高中排支管高度以增加树脂的体积，并加高支撑槽钢，进行防腐处理后方可安装在床体内。将原来的中排连接支管的接口制造时朝上方，支管相应连接后便会提升了高度，根据人孔的位置可以提升310mm的高度，这样在填装树脂时与支管平齐，只保留有效生产交换功能的树脂（省略了压脂层），增加了工作的树脂数量。

提高母管支管的水平位置。如图所示：

改造前，支管分布母管两侧：

改造后支管分布于母管上方：

3.2  尽量减小中排装置所受载荷力，选用中排装置的材料时，选用弹性模量大、强度高的钢材作中排装置， 特别是在阳离子交换器中， 因介质呈酸性， 应选用耐酸不锈钢材。避免造成中排管及托架的弯曲、变形和树脂跑漏现象。

4 改造后产生的效果

中排改造投运后， 化学一级除盐水系统在再生酸碱用量、再生工艺、水源不质不变的前提下，周期制水量都有大幅度提高。如下表：

原每周期产水量（t/台） 现每周期产水量（t/台）

阳床 20000以下 30000以上

阴床 9000左右 18000以上

4.1 提高了树脂使用寿命，由原2年更换一次且平时经常倒运树脂提高到现在至少使用五年。

4.2 保证了中排母管支管使用寿命，大大的降低了检修费用和更换母支管所需要的材料费用。

4.3  改造后大大的提高了除盐水阴阳床的出水量，由原阳床周期出水每台2万吨增加至3万多吨，阴床周期出水量每台由9000吨增加至18000吨以上。保证了对锅炉车间用水的供给。

5 结语

车间对阴阳离子交换器的技术改造在一定程度上消除了自身结构的不足，大大提升了树脂的填充空间，为其周期产水量的提升做出了很大贡献。

参考文献：

[1]《工业水处理技术》第二版 周本省主编 化学工业出版社

作者简介：

王春芹，女，1980年生，2005年毕业于山东潍坊学院机械设计制造及其自动化专业。现为山东钢铁莱芜分公司能源动力厂化水车间的高级工程师，从事设备技术管理工作。