固（gù）定床離子交換除（chú）鹽係統出現問題原因分析和解決措施
2025-12-01 10:23公司第一套大化肥裝置，是以天然（rán）氣為原料年產30萬噸合成氨、52萬（wàn）噸尿素的（de）大型化肥裝置，其配套鍋爐用水由兩級固定床離子交換除鹽係統供給。一級固定床除鹽係統包括2台陽雙室固定床（chuáng）離子交換器、1台脫碳塔和2台陰單室固定床離子交換器，製水（shuǐ）能力約為105m3／h，陰陽離子交（jiāo）換器均采用的是對流再生的方式，再生液分別為NaOH溶液和HCl溶液。
一、固定床離子（zǐ）交換除鹽係統出現的問題（tí）
1.製水周期縮短
該裝置的一級除鹽係（xì）統采（cǎi）用的是母管製製水的方式，陰陽離子（zǐ）交換器的失效分別判斷，陰陽離子交換器失效後亦分別再生。陽離子交換（huàn）器的失效是以其出水的Na+含量以及監控對應陰離子交換器出水在線電導率來判斷，陰離子交換器的失效是以其出水的（de）二氧化矽含（hán）量以及監控其出水的在線電（diàn）導率來判斷。
根據係統原始（shǐ）設計數據以及實際的運行經驗，規（guī）定陰陽離子（zǐ）交換器批量製水達2100m3時，不（bú）管運行（háng）陰陽離子交換器（qì）出水的（de）水質（zhì）是否有變化均對其停運再生，即正常負荷下，陰陽離子交換器的製水周期為20h。
在該套裝置運行的前十幾年裏，一級除鹽係統的2套陰陽離子交換器幾乎都能達到規定的製水周期，可是近幾（jǐ）年，頻繁出現陰陽離子交換器提（tí）前失效，達不到製水周期的現象。
2007—2012年一級除鹽係統離子交換器運行周期統計見（jiàn）表（biǎo）1。
表1 2007—2012 年一級除（chú）鹽（yán）係統離子（zǐ）交換器運行周期統計
受一級除鹽係統陰陽離子交換器頻繁出現（xiàn）周期縮短的影響，陰陽離子交換（huàn）器再生的次數也相應（yīng）的增加，為了保（bǎo）證除鹽水的合格供應，調整了陰陽離（lí）子交換器再生時再生液的（de）用量，造成了（le）一級除鹽係統再生液耗量以及再生自耗水量的增長。見表2。
表2 2009—2012 年除鹽係統酸堿及原水（shuǐ）單耗（hào）
1.原水的溫度低
據統計發（fā）現，裝置一級除鹽係統陰陽離子交換器運行周期縮短的現象大多發生在冬季。該（gāi）除鹽係統采用的是離子交換除（chú）鹽，離子交換的過程（chéng）是樹脂顆粒與水溶液接觸時，陰陽離子進行擴（kuò）散和（hé）交換的過程。在一定（dìng）範圍內，提高原（yuán）水溫度，能（néng）提（tí）高離子和分子的熱運行速度，降（jiàng）低水的黏度，加快液膜擴散和孔道擴（kuò）散速度。所以，將原水溫度保持在（zài）20~40℃，會（huì）使離子交換反應速度更快，離子交換反應更加（jiā）徹底。而裝置一級除鹽（yán）係統的原水為水廠直接過來的生產原水，冬季（jì）最低溫（wēn）度隻有（yǒu）4℃左右（yòu），低溫不利於（yú）離子交換反應的進行。
2.再生液溫度低
再生效果對（duì）離子交（jiāo）換器運行周期影響很大。提高再生液溫度會加快再生時離子擴散速度，對再生有利。如果把再生液HCl溶液預熱至40℃來再生陽離子交換樹脂，就（jiù）能改善樹脂中鐵及氧化物的清（qīng）除效果；把再生液（yè）NaOH溶液預熱後來再生陰離子交（jiāo）換樹脂，對於矽酸性陰樹脂的再生效果更顯著。試驗證明，當再生液溫度隻有16℃時，陰離（lí）子交換樹脂矽酸洗脫（tuō）率隻有50%，當把再生（shēng）液（yè）加熱至35℃時，矽酸洗脫率（lǜ）接近100%。而裝置的再生液均為常溫，夏季最高可達32℃左右，而冬季最低隻有4℃左右，低（dī）溫不利（lì）於離子交換器的再生。
3.陰離子交換器無頂壓（yā）操作
裝置陰（yīn）離子交換器為逆流再生的單室固定床，其運行時原（yuán）水水（shuǐ）流至（zhì）上而（ér）下流（liú）動，再生時再生液則（zé）自下而上（shàng）流動。再生和置換時離子交換樹脂不發生亂層是保證逆流再（zài）生效果的關鍵，再生時采用氣（qì）頂壓的方式（shì）是（shì）保障該離子交換器再生時不亂層（céng）的重要手段。但裝置由（yóu）於硬件條件的（de）限製，導致其（qí）設計的氣頂壓設施多年未投入使（shǐ）用。
4.再生（shēng）操作不規範
裝置一級除鹽係統的再生（shēng）采用的是手動再生的方式，不同的操作工（gōng）之間對再生液的濃度以及再生每一步的時間的（de）把（bǎ）握存在差異，對於離子交換器的再（zài）生（shēng）不利。
三（sān）、解決措施
1.提高原水的溫度
增加了1台冷凝（níng）液換（huàn）熱器，使進陽離子交換器前的原（yuán）水與除鹽係統回（huí）收（shōu）的主裝置冷凝液進行換熱，提高原水的溫度。表3為2015年1—8月原（yuán）水經過換熱前後的溫度數據，由表3可知，即使在冬季原水經過換熱（rè）後水溫仍可（kě）達20℃以上（shàng），達到了離子（zǐ）交換反（fǎn）應較理想的工（gōng）作溫（wēn）度。
表3 2015 年1—8 月除鹽係統原水（shuǐ）換（huàn）熱前後溫度對比
2.1.提高再生（shēng）稀釋水的溫度
除鹽係統（tǒng）再生稀釋水泵用水為精除鹽（yán）的（de）除鹽水，裝置製備合格的除（chú）鹽水分裝在2個不同的除鹽水箱（xiāng）中，水箱A中的除鹽水來自於純原水（shuǐ）製備，其溫度隻比環境溫度高約2℃，水箱（xiāng）B中的除鹽水來自於（yú）原（yuán）水製備（bèi）和冷凝液製備，冬季（jì）最低溫度都在25℃左右。改造（zào）為除鹽係統再生稀釋（shì）水泵新增進水管線（xiàn），用水（shuǐ）箱B中的（de）除鹽水作為離（lí）子交換器再生（shēng）時的稀釋（shì）水，從而達到提高進（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（de）NaOH溶液（yè）經過除鹽水稀釋後進行再生，為進（jìn）一步提高陰離（lí）子交換器再生效果，對堿儲槽以及堿管線改造增加低壓蒸汽伴（bàn）熱管線，通（tōng）過低壓蒸汽對NaOH溶液進行加熱提溫，既避免冬季極冷氣溫下NaOH溶液結晶（jīng），又提高了NaOH溶液再生陰離子交換樹脂時矽（guī）酸的（de）洗脫率，保（bǎo）證了陰離子交換（huàn）樹脂的再生效果。
3.增加頂壓操作
裝置陰離子交（jiāo）換器原始設計的頂壓進氣閥門為隻有開關2個閥（fá）位的氣動閥，頂壓的進氣量無法調節，當（dāng）外（wài）界工廠空氣管網壓（yā）力（lì）波動的時候，使得再（zài）生時頂壓壓力不穩定，影響離（lí）子交（jiāo）換器（qì）再生（shēng）時進再生液的（de）濃度和速（sù）度，以至（zhì）於長期不能投用。
改造為（wéi）在原（yuán）頂（dǐng）壓進氣氣動（dòng）閥前增加手動閥（fá）門，對離子交換器再生時需要的頂壓工廠空（kōng）氣壓力（lì）和空氣量進行（háng）調節，通過調試保證頂壓（yā）的效果。
4.優化離子交換器再生操作
1.1.建（jiàn）立再生智能監（jiān）控係統（tǒng）
安裝再生智（zhì）能（néng）監控係統（tǒng），該係統主要是對再生液的流速、濃度進行（háng）智能監控和（hé）優化，確保再生時不會出現樹脂循環（huán）分層現象（xiàng），並改變傳統單一濃度再生（shēng）方式，保持（chí）濃度梯度，有效緩（huǎn）解二次（cì）汙染，同時合理分配再生液用量（liàng），減（jiǎn）少再生過程中的浪（làng）費。每次再（zài）生離子（zǐ）交換器時隻需啟動（dòng）智能再生操作平（píng）台，便可通過該係統的中央服務器，對每一次再生進行實時監測，監測再生液的（de）濃度，進再生液的時間等重要參數，並通過數據反饋（kuì），及時對再生液濃度，時（shí）間等參數進行調整，實現再生濃度的梯度分布，達到智能再生的目（mù）的。
1.2.恢（huī）複離子交換器的自動再（zài）生操（cāo）作
清理離子交換器附屬的氣動閥，對長期故障或位置信號不到位（wèi）而影響自（zì）動程（chéng）序運行的閥門進行維修或更換。
在建立再生智能監控係統的基礎上，對離子交（jiāo）換器自動再生程序進行（háng）優化（huà）和調試，調整了陽離子（zǐ）交換器（qì）再生時反洗、放水和置換的時間。將（jiāng）陰離子交換器再生時的大反洗操作改為小反洗操作，同時增加頂壓（yā）操作，調整了排水和置換（huàn）的時間，見表4、表5。
表4 陽離子交（jiāo）換器再生參數優化
表5 陰離子交（jiāo）換器再生參數優化
近幾年，通過對裝置持續的改造，一級（jí）除鹽係統得到了一定的優化，陰（yīn）陽離子（zǐ）交換器基本上都能達（dá）到既定的周期，而且（qiě）再生酸（suān）堿的消（xiāo）耗以（yǐ）及原水的消耗都有不同程度的下降（jiàng），相比於2011—2012年的平均值，鹽（yán）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 年平均酸堿單耗對比
在離子交（jiāo）換水處理係統中，離子交換樹脂不可避免的會受到汙（wū）染或老化，致使樹脂（zhī）的性能下降，進而造成離子交換器的製（zhì）水周期（qī）縮短，再生消（xiāo）耗（hào）高（gāo），出水水質不好等一係列（liè）的問題。針對這種情況，除（chú）了定期複蘇離（lí）子交（jiāo）換樹脂，定期增補新樹脂的方法外，還應從離子交換器日常（cháng）的再生工作（zuò）上入手，優化離子交換器的再生操作，為（wéi）再生提（tí）供更合理、更（gèng）合適的條件，使離子交換樹脂保持較高的再生度，進而（ér）保證（zhèng）每一次（cì）離子交換器的再生效果。
