空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率升高的原因分析與處理措施

張娟娟，王立萍

（金川集團(tuán)股份有限公司動(dòng)力廠，甘肅　金昌　737100）

空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率升高的原因分析與處理措施

張娟娟，王立萍

（金川集團(tuán)股份有限公司動(dòng)力廠，甘肅金昌737100）

空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)是保證系統(tǒng)運(yùn)行的重要手段。針對循環(huán)水電導(dǎo)率升高的現(xiàn)象，主要從空氣質(zhì)量、水池排污、過濾器故障及軟化水制作系統(tǒng)故障等方面進(jìn)行了原因分析。在對各項(xiàng)原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出來相應(yīng)的處理措施，達(dá)到控制循環(huán)水電導(dǎo)率在合理范圍的目的。

循環(huán)水；電導(dǎo)率；離子交換器；陽離子交換樹脂

1　概述

金川集團(tuán)股份有限公司 （以下簡稱金川集團(tuán)）空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)，主要由冷卻塔、水池、風(fēng)機(jī)、離心水泵、旁濾器及全自動(dòng)鈉離子交換器等設(shè)備組成，其循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)量是依靠全自動(dòng)鈉離子交換器制作軟化水進(jìn)行補(bǔ)充。其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡圖如圖1所示：

圖1　全自動(dòng)鈉離子交換器系統(tǒng)簡圖

空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)的主要作用，一是冷卻壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，降低空分系統(tǒng)能耗；二是冷卻壓縮機(jī)潤滑油，保證潤滑油系統(tǒng)正常工作；三是冷卻大型壓縮機(jī)電機(jī)，保證電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；四是在空氣預(yù)冷系統(tǒng)，降低高溫壓縮空氣的溫度，洗滌除去空氣中灰塵、硫化物及易使分子篩中毒的化合物。因此，循環(huán)水系統(tǒng)是空分裝置的血液，管理好循環(huán)水系統(tǒng)，是保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

循環(huán)水電導(dǎo)率越高對冷卻設(shè)備的腐蝕就會(huì)越嚴(yán)重，電導(dǎo)率反應(yīng)循環(huán)水中含鹽量的多少，鹽含量越高金屬的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)強(qiáng)烈。且循環(huán)水中Cl-的增加，加強(qiáng)金屬的絡(luò)合反應(yīng)，使化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)。引起壓縮機(jī)冷卻器列管表面的點(diǎn)蝕及局部腐蝕，造成其管壁穿孔或爆裂。同時(shí)，鹽含量越高就會(huì)造成碳酸鈣、水溶性無機(jī)鹽的析出，出現(xiàn)“熱結(jié)垢”和“冷結(jié)垢”的現(xiàn)象，降低冷卻器換熱效率，堵塞管道、換熱器及噴頭等。

2　循環(huán)水電導(dǎo)率升高的原因分析

2.1空氣中SO2、CL2、CO2及灰塵的影響

金川集團(tuán)主要是開采鎳硫化礦，加工生產(chǎn)電鎳的企業(yè)。由于生產(chǎn)工藝的原因，廠區(qū)空氣中含有SO2與CL2這兩種強(qiáng)腐蝕性氣體。而空裝置循環(huán)水系統(tǒng)采用的是開放式冷卻塔結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣體與灰塵進(jìn)入水中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

形成以上所示離子，使軟化水中離子數(shù)量增加，引起電導(dǎo)率升高。

2.2循環(huán)水水池沒有連續(xù)排污或排污量不足

通常在冷卻水池采用表面排污或上部連續(xù)排污，主要是排除水中的含鹽量和含硅量。由于空分裝置循環(huán)水的蒸發(fā)量主要由預(yù)冷系統(tǒng)水冷塔污氮?dú)怙柡驼舭l(fā)、冷卻塔風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)蒸發(fā)、開放式冷卻塔自然蒸發(fā)組成。設(shè)備運(yùn)行期間蒸發(fā)量不斷增大，使循環(huán)水中鹽不斷濃縮，離子濃度不斷增加。如果水池沒有連續(xù)排污或排污量不足，就會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率的不斷上升。

2.3循環(huán)水系統(tǒng)旁濾器故障的影響

循環(huán)水旁濾器的作用是將一部分循環(huán)水，連續(xù)通過過濾介質(zhì)，控制過濾速率，在一定時(shí)間內(nèi)，把全部冷卻水都過濾一遍。其原理就是通過連續(xù)濾除水中的污垢來保持水的清潔。但如果旁濾器出現(xiàn)故障不工作、過濾量不足或不反洗的情況，都會(huì)造成水質(zhì)變差，引起循環(huán)水電導(dǎo)率升高現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4原水過濾器與稀鹽水過濾器故障的影響

循環(huán)水系統(tǒng)原水過濾器與稀鹽水過濾器是針對自來水與稀鹽水中的泥沙、機(jī)械雜質(zhì)及漂浮物進(jìn)行物理過濾的設(shè)備。當(dāng)自來水與稀鹽水由入口進(jìn)入，首先經(jīng)過粗濾網(wǎng)濾掉較大顆粒的雜質(zhì)，然后到達(dá)細(xì)濾網(wǎng)。在過濾過程中，細(xì)濾網(wǎng)逐漸累積水中的臟物、雜質(zhì)，形成過濾雜質(zhì)層，由于雜質(zhì)層堆積在細(xì)濾網(wǎng)的內(nèi)側(cè)，因此在細(xì)濾網(wǎng)的內(nèi)、外兩側(cè)就形成了一個(gè)壓差。當(dāng)過濾器的壓差達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，將開始自動(dòng)清洗。一旦原水過濾器與稀鹽水過濾器出現(xiàn)濾網(wǎng)破損或不反洗故障，自來水與稀鹽水中雜質(zhì)進(jìn)入交換器，就會(huì)造成陽離子交換樹脂被泥沙包裹或中毒，使交換器的制水量減少，增加再生頻次，導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率升高。

2.5軟化水制作系統(tǒng)故障的影響

空分裝置循環(huán)水系統(tǒng)配套安裝軟化水制作裝置，是通過鈉離子交換器，利用NaCL溶液中的Na+離子，置換水中的Ca2+、Mg2+生成軟化水，來補(bǔ)充系統(tǒng)循環(huán)水蒸發(fā)量。主要設(shè)備包括全自動(dòng)鈉離子交換器、源水過濾器、鹽水過濾器、濃鹽池、稀鹽池、鹽泵等。軟化水制作設(shè)備故障有交換器閥門泄露造成再生鹽液進(jìn)入循環(huán)水池導(dǎo)致軟化水電導(dǎo)率升高的影響。和交換器單臺(tái)產(chǎn)水量減少，再生頻次增加，帶入軟化水中的離子數(shù)量增加，導(dǎo)致軟化水電導(dǎo)率升高的影響。

1）交換器出水氣動(dòng)閥門泄露。交換器出水閥是閥板及密封襯膠的氣動(dòng)兩位閥，在軟化器做水過程中處于常開位置，而再生過程時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。交換器在長期運(yùn)行過程中，閥門經(jīng)常開關(guān)，閥板及閥門密封老化，可能出現(xiàn)無法完全密封的狀態(tài)。陽離子交換樹脂再生時(shí)由于閥門泄露，大量的再生鹽液進(jìn)入循環(huán)水池，造成循環(huán)水電導(dǎo)率升高。

2）鈉離子交換器筒體或中排襯膠脫落。交換器筒體與中排都是采用碳鋼襯膠作為防腐措施，但在設(shè)備長期運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)襯膠層脫落的現(xiàn)象。當(dāng)碳鋼與水長期接觸后就會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕，即發(fā)生鐵作為負(fù)極，鐵中雜質(zhì)作為正極的原電池反應(yīng)。其反應(yīng)方程式為如下所示：

當(dāng)水的pH值大于2.5時(shí)，F(xiàn)e2+會(huì)被氧氣再次氧化為Fe3+，其方程式為如下所示：

生成的Fe3+一方面與陽離子樹脂緊密結(jié)合使樹脂失效，另一方面Fe（OH）3膠體會(huì)吸附在樹脂表面堵塞陽離子交換通道，導(dǎo)致陽離子交換樹脂徹底失去Ca2+、Mg2+離子交換能力。交換器生成軟化水的量減少，系統(tǒng)軟化水補(bǔ)充不及時(shí)導(dǎo)致電導(dǎo)率的升高。

3）交換器內(nèi)陽離子交換樹脂量減少。交換器內(nèi)離子交換樹脂是帶有官能團(tuán)（有交換離子的活性基因）、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物。其外形通常是一種直徑為0.4～0.6mm的球形顆粒物。由于交換器筒體內(nèi)中排魚骨紗網(wǎng)破損或樹脂磨損粉化造成交換器內(nèi)樹脂量減少后，則單臺(tái)軟化器產(chǎn)水量減少，此時(shí)交換器的再生頻次增加，軟化水電導(dǎo)率升高。

4）交換器再生程序中各步驟的執(zhí)行時(shí)間不合理?？辗盅b置循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)過長期統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，軟化器制水量的減少，除了樹脂泄露、磨損、粉化及Fe3+中毒失效導(dǎo)致的原因外，還有樹脂再生過程中各步驟時(shí)間設(shè)計(jì)不夠合理的原因。

（1）反洗時(shí)間設(shè)計(jì)過短：交換器再生的第一步即反洗，反洗分為小反洗與大反洗。小反洗是打開小反洗閥，通過軟化器中排進(jìn)水，沖洗中排以上樹脂表面。大反洗是打開大反洗閥，向軟化器底部進(jìn)水，對軟化器內(nèi)所有樹脂進(jìn)行清洗。但設(shè)計(jì)這步驟的執(zhí)行時(shí)間為小反洗3min，大反洗10min。由于生水中的雜質(zhì)、有機(jī)物、硅膠體、鐵膠體、鐵銹顆粒及細(xì)菌等被樹脂吸附后，會(huì)使樹脂中毒。因此，反洗過程必須有足夠的時(shí)間，使樹脂得到徹底的洗滌。如果離子交換樹脂反洗不完全，則會(huì)導(dǎo)致交換器的制水量減少，再生頻次增加，軟化水電導(dǎo)率升高。

（2）浸泡時(shí)間設(shè)計(jì)過短。浸泡過程是樹脂的再生過程，其化學(xué)反應(yīng)過程如下：

如果反應(yīng)過程不充分，樹脂再生不徹底，則會(huì)嚴(yán)重影響單臺(tái)軟化器制水能力，增加制水頻次，導(dǎo)致軟化水電導(dǎo)率上升。但設(shè)計(jì)這步驟的執(zhí)行時(shí)間45min。經(jīng)長期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)45min不能使樹脂再生徹底。

（3）正洗時(shí)間設(shè)計(jì)過短。正洗過程是將置換液中形成的Ca2+、Mg2+、CL-及殘存的少量Na+、CL-清洗干凈，徹底排放掉。如果該步驟運(yùn)行時(shí)間過短，置換液沒有被徹底排放干凈，則殘留的離子在制水過程中便會(huì)進(jìn)入水池，直接導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率升高。而軟化器程序設(shè)計(jì)這步驟為小正洗3min，大正洗15min。經(jīng)過長期運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)前后18min不能使各種離子得到徹底排放，即正洗時(shí)間過短。

3　降低空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率的處理措施

金川集團(tuán)生產(chǎn)加工工藝決定了廠區(qū)空氣質(zhì)量短時(shí)間內(nèi)無法改變，因此，要解決空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率升高的問題必須從水池排污、過濾器故障與軟化水制作系統(tǒng)故障等方面針對性的解決問題。

3.1加強(qiáng)水質(zhì)管理，規(guī)定水池排污頻率

循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔采取的是敞開式混凝土結(jié)構(gòu)，循環(huán)水在冷卻過程中大量蒸發(fā)引起的鹽濃縮，不可避免會(huì)造成的其電導(dǎo)率的升高。因此，要做好循環(huán)水日常監(jiān)測，時(shí)時(shí)監(jiān)督水質(zhì)運(yùn)行情況，當(dāng)水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，積極查找原因，及時(shí)給與解決。同時(shí)，必須通過規(guī)定循環(huán)水池定期、定量排水，來降低水池中金屬離子及弱酸根離子濃度。隨時(shí)監(jiān)測循環(huán)水旁濾器的工作狀況，保證其穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格控制循環(huán)水電導(dǎo)率在3000μS/cm以下。

3.2及時(shí)檢查交換器結(jié)構(gòu)及陽離子交換樹脂

定期打開交換器人孔，首先，檢查陽離子交換樹脂床層是否下降過多，如有下降，檢查中排魚翅紗網(wǎng)是否破損，修復(fù)后及時(shí)補(bǔ)充樹脂；其次，檢查樹脂是否有大量變色、被泥沙包裹的現(xiàn)象，如有變成鐵銹紅的跡象，說明筒體或中排襯膠層破損，碳鋼被腐蝕，檢查筒體及中排腐蝕情況，進(jìn)行防腐處理。如有大量樹脂被泥沙雜質(zhì)包裹現(xiàn)象，說明原水過濾器或稀鹽水過濾器出現(xiàn)故障，檢查過濾器運(yùn)行情況及時(shí)檢修保證其正常運(yùn)行。通過以上措施保證單臺(tái)交換器的軟化水制作量，避免因交換器再生頻次增加而造成的循環(huán)水電導(dǎo)率升高。

3.3及時(shí)檢查交換器閥閥門

定期檢查交換器附屬各氣動(dòng)閥門密封狀況，一旦發(fā)現(xiàn)有內(nèi)漏嚴(yán)重的閥門，更換為可靠的氣動(dòng)蝶閥，避免因閥門泄漏，再生鹽水漏入送水管道進(jìn)入循環(huán)水池，而造成循環(huán)水電導(dǎo)率的升高。

3.4調(diào)整軟化器再生程序中關(guān)鍵步驟的執(zhí)行時(shí)間

陽離子交換樹脂再生過程中，由于反洗、浸泡及正洗的執(zhí)行時(shí)間不合理，造成樹脂內(nèi)的雜質(zhì)清洗不干凈、樹脂離子置換不徹底、各種離子帶入軟化水池等。因此，通過多次試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，將反洗時(shí)間由原來的13min，調(diào)整為25min；將浸泡時(shí)間調(diào)整由原來的45min，調(diào)整為70min；將正洗時(shí)間由原來的18min，調(diào)整為30min。使軟化器樹脂中殘留淤泥被徹底沖洗干凈，保證離子置換時(shí)間充分，使樹脂能夠進(jìn)行良好接觸、完全交換的，使單臺(tái)軟化器產(chǎn)水量增加至原來的2.5倍，達(dá)到降低循環(huán)水電導(dǎo)率的目的。

4　效果及效益

空分裝置循環(huán)水電導(dǎo)率超標(biāo)的原因有多種，當(dāng)發(fā)生電導(dǎo)率超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)，原因可能有一種，也可能有多種。通過分析采取相應(yīng)措施，單臺(tái)離子交換器的制水能力，提升為原來的2倍。而且將循環(huán)化水電導(dǎo)率控制在了3000μS/cm以下。

這不僅降低了軟化器再生時(shí)的NaCL消耗量，減少離子交換樹脂的補(bǔ)充量，即節(jié)約了設(shè)備檢修材料費(fèi)用。同時(shí)，循環(huán)水電導(dǎo)率的降低，減輕循環(huán)水對設(shè)備冷卻器、管道、閥門及噴頭的腐蝕程度，避免設(shè)備冷卻器泄露造成設(shè)備事故，延長冷卻器、管道、閥門及噴頭的使用壽命，節(jié)約了設(shè)備檢修備件費(fèi)用。

［1］ 龍荷云.循環(huán)冷卻水處理［M］.第三版.江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［2］ 謝飛.循環(huán)水水處理技術(shù)及生產(chǎn)控制［J］.民營科技，2014 （09）：90.

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