水处理离子交换器运行维护策略研究

水处理离子交换器运行维护策略研究

王鹏

中国铝业山东有限公司热电厂 山东省淄博255000

摘要：交换器月平均大修台次仅占交换器月平均检修总台次的20%，但大修费用占到了交换器月平均检修总费用的85%，这不符合热电厂对化学车间“经济”地为炉机系统供应合格除盐水的要求，减少交换器大修台次迫在眉睫，故选择该课题进行攻关。

关键词：离子交换器；运行；维护；

1、离子交换器结构及工作原理

1.1离子交换器结构

图1为阴阳离子交换器结构图；

图2为混合离子交换器结构图；

表1：热电厂化学车间水处理现有交换器情况

1.2离子交换器的工作原理

1.2.1工作原理：离子交换。

　　运行时：阳树脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)

　　阴树脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)

　　其中M+为金属离子，X-为阴离子。

　　再生过程为其逆过程。

　1.2.2检测和控制原理

　　强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R为树脂基团）：

　　An+ +nRH=RnA+n H+

　　HCO3- + H+ =H2O+CO2↑

　　强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）：

Bm- +mROH=RmB+mOH-

2离子交换器检查内容和分析

2.1检修内容：

2.1.1 小修

A 检查树脂层污堵情况，补充部分树脂。B检查修整进液装置。C 检查中排状况，消除漏树脂现象。D 清扫窥视孔玻璃。

2.1.2 大修

A包括小修全部内容。B 解体检查内部各装置。C卸出树脂，进行清洗筛选。D全面检查，整修防腐衬里层。E 检修设备连接管道。F 检修所属各阀门。G 检修、校验出入口压力、流量计等计器。

我们对2019年10月～2020年1月水处理交换器检修总台次、大修台次及交换器检修费用和大修费用进行了统计分析，如下表2：

表2：

对上述统计表中数据绘图进行分析如下图3月平均维修费用比例图：

图3

2.2现状调查

为了找到高温混床存在的共同问题，我们又对2019年10月～2020年1月期间五台高温混床大修记录的原因进行统计分析如下表3：

表3

由以上数据可以看出，进碱困难是高温混床进行大修的主要原因，占到总因素的73%，由此我们判定：高温混床进碱困难是造成交换器大修台次多的症结，也是我们小组接下来需要重点解决的问题。

3维护策略研究

3.1目标制定依据：

A、我们调阅统计了2018年7月～2019年3月期间即2017年QC小组活动之后一段时间内交换器大修记录，记录如下表4：

表4

上表可见，2018年7月～2019年3月交换器月平均大修台次仅为2.4， 其中高温混床月平均大修台次仅为2，分别为现值的48%和57%，甚至在2018年8月出现大修台次为零的情况，根据以上优良水平可知交换器月平均大修台次高是可以解决的。

。

B、同样，我们统计了2018年7月～2019年3月期间高温混床交换器大修原因记录，如下表5：

表5

由上表可见， 2018年8月、9月、10月和2019年2月都没有因进碱困难进行的高温混床的大修工作，由此可知进碱困难是可以解决的。

根据现状调查，高温混床月平均大修台次占交换器月平均大修台次的70%，而高温混床进碱困难占高温混床全部大修因素的73%，通过计算可得高温混床进碱困难对交换器月平均大修台次的影响度为：70%*73%=51.1%。

3.2设定目标值：

根据目标制定依据，结合小组成员解决类似问题能力经验及症结——高温混床进碱困难对交换器月平均大修台次的影响度51.1%，小组成员最终将此次活动的目标值设定为：降低水处理交换器月平均大修台次50%。，即由现在交换器月平均大修5台次减少至2.5台次。

3.3原因分析

末端因素：筛网绕丝间隙小

表6

3.3.1   2020年4月6日～8日各台高温混床的筛网绕丝间隙现场测量记录。

表7

对比筛网绕丝实际尺寸和树脂粒径可知，严重破碎的树脂可通过筛网排出交换器外，轻微破损树脂以及正常树脂均不能通过筛网排出，反洗时卡涩在绕丝间隙的树脂在正洗和正常运行时会被水流冲回交换器内，但在反洗时却会引起交换器内压力轻微升高。

3.3.2  为确认筛网绕丝间隙小对进碱困难的影响程度，2020年4月6日～8日作极端试验，即拆除高温混床的反排筛网恢复以往进水方式，现场记录进碱情况。

表8

由以上试验数据可知，高温混床筛网绕丝间隙过小，且对高温混床进碱困难影响程度大，为要因。

通过分析确认，小组成员确认了高温混床进碱困难的主要原因如下为：

筛网绕丝间隙小。

3.4对策制定

针对以上要因，我们制定如下对策：

表9

3.5对策实施

针对高温混床筛网绕丝间隙小这一要因，我们采取了2项措施：

1）重新定做绕丝间隙为0.6mm的筛网。我们根据加装筛网项目时选择的绕丝间隙，进一步考虑到树脂高温溶胀现象，重新定做绕丝间隙为0.6mm的筛网，并按照新的绕丝尺寸提报筛网的备件计划。

2）逐一更换新绕丝间隙筛网。

新筛网安装过程中，我们记录统计了各高温混床再生时碱计量箱液位的下降速度。

表10

由上表可知，更换新绕丝间隙筛网后碱计量箱液位下降速度至少提高4mm/min，完成目标设定值，证明措施有效。

3.6效果检查

3.6.1全部对策实施后，高温混床仅因罐体泄露进行了1次大修，无进碱困难的情况发生，问题症结得到解决。

表11

3.6.2小组成员统计2020年7月至10月期间交换器大修台次，交换器月平均大修台次由原来的5台次降低70%达到1.5台次，且高温混床也不再是交换器大修台次高的主要原因。

表12

图4

3.6.3经济效益计算

本次QC活动各项措施完成后，交换器月平均大修台次得以显著降低，达到了提高设备运转效率、降低检修费用等目的。减少交换器月平均大修3.5台次，按课题选择环节交换器大修月平均费用3.227万元计算，巩固期节省交换器大修费用为：

3.227万元×4个月=12.908万元

预计年直接经济收益为：

年直接经济收益=年节约大修费用- 5台0.6mm不锈钢筛网费用-约10吨试验消耗碱液费用=3.227*12-50000元-10t÷30%×3500元≈22.1万元