浮动床离子交换器的故障分析及检修.docx

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浮动床离子交换器的故障分析及检修

浮动床离子交换器的故障分析及检修

摘要

　　针对大唐长山热电厂浮动床离子交换器在运行中出现的故障，对故障结合设备构造和运行方式进行具体分析，采取理论与实际相结合的方法，分析故障产生的原因，提出了迅速解决故障的具体方法和技术要求，提出了检修的具体方法和检修的技术要求，保证离子交换器的安全稳定运行。

主题词：

离子交换器；阳浮动床；阴浮动床；树脂；集水装置

   目前，国内高参数大容量发电机组发展很快，对给水品质要求也很严。

因此对锅炉补给水必须进行高度纯化，现在使用最广泛的纯化处理方法是离子交换除盐，为了保证锅炉补给水的水质，必须保证离子交换器的安全稳定运行。

1、工艺流程和原理

    浮动床是60年代后期兴起的先进离子交换设备。

它属于对流式工艺，实质上也是逆流再生，但其流程却与逆流再生离子交换器相反。

浮动床离子交换器制水时，水是从床体的底部进入，经石英砂垫层和穹形孔板等配水装置流入树脂层进行离子交换，而后由弧形管等集水装置汇集，再从床体的顶部或顶侧部流出；再生时，酸（碱）等再生液从顶部集水装置进入，与树脂进行等离子交换后，再流经石英砂垫层后从床体的底部引出，浮动床在运行制水时，床体内的树脂呈托起压实状态；停床再生时，树脂落下呈自然压实状态。

也就是说，浮动床在运行和再生过程中，树脂好似一个活塞柱作上下少许起落，每个周期树脂起落一次，以完成其制水和再生工艺。

2、设备构造和检修方法

2.1、浮动床的构造

2.1.1、浮动床壳体

    浮动床的壳体为了观察床层的运行工况，在浮动床壳体的上下部均设置窥视孔。

壳体内壁一般衬胶或衬玻璃钢。

    壳体的检修主要是检查防腐层的完整状况，若有裂缝鼓包和气孔等缺陷，则应进行修补。

同时还要检查窥视孔的有机玻璃板，若有变形和裂缝等，应予更换。

此外，还应检查壳体的垂直度，若偏差超过标准就应在支脚处加垫调整。

2.1.2、下部进水分配装置

    下部进水分配装置有两个作用：

a  运行时均匀分配水流；b排水落床时防止泄漏树脂。

进水分配装置的型式有穹形孔板加石英砂垫层式，平板滤网式和平板水帽式等三种。

其中平板滤网式的结构比较复杂，因此采用得不多。

    石英砂垫层式进水分配装置，穹形多孔板不仅直径和开孔面积较大，而且必须固定结实，以适应高速托床的需要。

穹形孔板的开孔面积通常为进水管截面积的3～5倍，为使配水均匀，在穹形孔板的中心区域（略大于进水管的直径）不开孔，或在穹形孔板下再装一个略大于进水管的水平挡水板，并用不锈钢螺丝将穹形板、挡水板与离子交换器壳体的下封头牢牢固定，以免高速托床时将穹形孔板移位而泄漏垫层。

    平板水帽式进水分配装置，其平板厚度在20mm左右，叠摞焊在筒体上，其上装有双头滤水帽。

    长山热电厂采用的进水装置为平板水帽式。

2.1.3、床层和水垫层

    下部进水分配装置的上面为水垫层和床层。

床层即离子交换剂层。

在运行状态时，床层在上部，水垫层在下部；在再生状态时，却相反。

    由于浮动床的流速较高（通常为40～50m/h）压降较大，故要求树脂应具有耐磨损、高强度和大粒度的性能，最好用16～30目的大孔型树脂。

    树脂的装填决定于出入口水质的好坏，树脂工作交换容量的大小，运行周期的长短和自动化水平的高低等因素。

其高度通常为2.5～3.0m。

过高的树脂层，将影响流速的提高。

    树脂转型时体积要发生变化。

强型树脂当用酸碱再生时，体积要膨胀，但投入运行后体积又逐渐缩小。

据此，当装填新的强型树脂时，应自然充满；当装填失效的强型树脂时，应留膨胀高度，以免树脂因挤压而碎裂。

其具体高度应根据树脂转型膨胀率确定。

弱型树脂转型时的膨胀收缩却与上述相反，因此其装填高度也与上述相反。

    水垫层是由于树脂体积的收缩而形成的，其中既包括树脂转型时的收缩，又包括树脂在受机械挤压时的收缩。

正确高度的水垫层是有益的，它可使水和再生液均匀分配。

并在床层体积变化时起缓冲作用。

水垫层过高，过低都会产生不利的影响。

过高，在成床和落床时，都会乱层（乱床），并在高速托床时以较大的冲击力冲击集水装置，致使其变形损坏；过低，由于树脂没有足够的缓冲高度，致使其受压而破碎，这不但加大损耗，而且增加运行阻力。

    每次检修时，除对树脂进行直观检查外，还应进行其性能的理化分析。

污染严重的树脂应进行复苏；被沉积物粘成块的树脂可用5%～10%的盐酸清洗；老化降解严重和含水量超过标准的阳树脂应予更换；另外，每次检修时，还必须对树脂进行彻底擦洗，必要时用压缩空气吹洗，以便彻底去除细碎树脂和沉淀污物。

2.1.4、集水装置

    在床层的顶部设有集水装置，它的作用除阻留树脂和均匀地收集交换后的水流外，还大都兼作再生液分配装置。

    集水装置有平板滤网式（多孔板式），平板水帽式，水平多孔管式（包括鱼刺多孔管）、立插多孔管式、弧形多孔管式和环形多孔管式等多种，直径在1500mm及其以下的浮动床，多采用平板滤网式和单管立插多孔管式的集水装置。

直径在1500mm以上的浮动床，多采用用后四种集水装置。

长山热电厂采用平板水帽式。

    不论采用哪种集水装置，为保证高流速运行，其开孔总面积是进水管截面积的10倍以上。

    平板水帽式集水装置与平板水帽式进水分配装置相同；环形多孔管式集水装置结构复杂，难于推广应用，其余三种集水装置分述于下。

2.1.4.1、水平多孔管式。

    此集水装置是由母管和水平多孔支管组成的，为便于维修，通常采用组装式。

为了均匀集水，并提高树脂的利用率，通常将支管放在母管上方布置，通过带法兰的三通管与母管连接。

    该集水装置的支管是悬空敷设的，强度较低，为防止变形损坏和碰伤床壁的防腐层，应采用槽钢支架支撑，并用U形卡子固定。

在支架中部还需用立杆顶住封头，立杆要做成可卸式的，用M20以上的螺丝固定，以便维修。

    为了及时排除水平多孔管以上的空气，应在立插引出管的最高点，加装带滤网的多孔管排气管或滤水帽。

2.1.4.2、弧形多孔管式。

      此集水装置是由母管和弧形多孔支管组成的。

支管布置在母管的上方，通过带法兰的三通管与母管连接。

由于弧形管是按封头的弧度成型的，具有不同的曲率半径，能够紧贴于封头内壁，因而强度较高。

但由于弧形管两端与其中部的标高以及中间弧形管与边沿弧形管的标高，均有较大的差别，因而作为保护层的树脂高度势必增大，这就降低了树脂的利用率。

也由于上述原因，当其兼作再生液分配装置时，在孔眼流速较低的情况下，不可能做到均匀配液，前一个缺点不易克服，后一个缺点可通过带压再生和加装倒置U型管的方法予以减轻。

尽管它有上述缺点，但由于它还具有能够经得住高速成床时对其冲击的突出优点，因而得以广泛的应用。

为了保护滤网，在弧形管与封头之间应衬上两个用塑料管或耐酸胶皮管做成的环形衬圈，并固定在弧形管上。

2.1.4.3、立插多孔管式。

    此集水装置是由外置母管（双母管或环形母管）和立插多孔支管组成的。

为使集水均匀，在封头中心和周围同心圆上开孔，垂直焊上若干管座（通常中心1个，周围8-12个），插入多孔立插管，并通过弯头与母管连接，以便检修时拆卸。

为减小阻力和提高强度，插管端部做成锥形。

为使插管能够方便地插入管座内，并防止树脂堵塞，插管与管座的管径最好相差2～3个规范级。

为了绑扎好塑料网，插管的根部应焊上一个直径为3～5mm的不锈钢丝圈（对聚氯乙烯插管，应焊上同质的用塑料焊条制作的塑料圈），或用车床加工成深1～1.5mm、宽10～12mm的环形沟槽。

为保证多孔管的有效通流面积，插管插入封头内的平均深度应不小于150～200mm。

    这种外置母管立插多孔管式的集水装置能直接检查和修补塑料滤网，维修很方便。

它是上述所有集水装置中强度最高的，可以承受高速成床时的瞬间托力，甚至在床内排空的情况下，也能经得住高速成床时柱状干树脂的瞬间撞击。

    上述三种集水装置的开孔情况基本一样，都是在支管壁的四周等距开孔，孔径为10～14mm。

    为了降低集水装置的阻力，可将水平多孔管和弧形多孔管上的孔眼打在事先加工好的轴向直槽或螺旋槽中，以便网下形成水流通道。

轴向直槽的条数由孔的排数决定，螺旋槽的螺距由孔距决定。

槽的宽度应略大于孔的直径，槽的深度为1～2mm（由管壁厚度确定）。

为防止损伤塑料滤网，槽边的锐角必须消除。

    为了防止碎树脂污堵塑料滤网，一些厂矿在离子交换树脂的上边，加装200mm左右的一层隋性树脂（白球）。

通常选用的品种是用可发性聚苯乙烯材料经低发泡工艺制成的球体（粒径为1.5～2.5mm）。

由于这些球体的视密度很小（0.25～0.40g/ml），能够经常浮在床层的顶部，将树脂和集水装置隔离，从而消除了碎树脂堵滤网的弊端，提高了树脂的利用率。

    惰性树脂选用的粒径范围为1.5～2.5mm。

当装用惰性树脂时，还可以将滤网的目数减少，以减小运行阻力。

    集水装置的材质，母支管都用不锈钢管，虽然聚氯乙烯管的耐蚀性好，但强度较差，故浮动床不宜采用。

    浮动床的集水装置，应特别注意其强度，否则将引起严重的变形和损坏。

在运行过程中，由于水流速度波动而致使压力突变所形成水锤的破坏力也很大。

这就是集水装置必须加固的道理。

    为了防止集水装置变形损坏，必须将母管固定好。

其方法是将角形顶板置于母管端部的上方并与床壁焊死，再用M20的U形卡子卡住母管。

另外，集水装置的引出管通过封头中心引出，也是加固集水装置的重要措施。

因为引出管竖向敷设，强度较高，起了立顶的作用。

同时，这种引出方式还具有较好的水力特性，有利于均匀集水。

2.2、检修项目和顺序

    在正常情况下，浮动床每年小修一次，每两年大修一次。

但对于石灰凝聚预处理的钠型和氢型浮动床，每年应大修一次。

小修的重点项目是：

就地检查集水装置，特别要注意法兰和管箍是否松动，滤网是否完整，与母支管接触的防腐层是否磨损，并消除阀门和管系等外部设备缺陷。

2.2.1、大修项目

a.清洗、筛选或更换石英砂垫层。

b.注意封头部位防腐层的完整状况，发现缺陷及时消除。

c.全面解体检查修理交换塔和再生清洗塔内的所有装置。

d.检查修理塔外管道和阀门。

e.检查和清理进出口捕砂器。

f.检验流量计和水质监测表计。

g.检查和修补塔内防腐衬里层。

h.检测和复苏树脂。

i.检查修理所有浮球阀和导向杆及更换密封垫。

j.检查和清理窥视孔的有机玻璃。

k.检查和修理程控装置、电磁阀和气源管缆。

2.2.2、检修顺序

    检修时应等树脂失效后再开工。

解体前应首先记录树脂层的高度，以便掌握树脂的消耗情况，然后按下述顺序进行检修：

    a.用底部进水的浮动方法，将床内的树脂卸到擦洗器中；

    b.打开正洗和顺洗排水阀，放尽床内存水

    c.拆开气动阀门的气源管缆，并挂上标签；

    d.打开床体上下人孔门，并用胶皮管通水，将集水装置和床体内壁冲洗干净；

    e.用胶皮和麻袋等物盖住石英砂垫层，并搭内部脚手架；

    f.拆下集水装置多孔管的固定卡子和螺丝，小心地取下多孔管，（对立插多孔管，应先拆下弯头，再取出立插管）。

    g.取出垫层上的遮盖物，清理垫层表面残留的树脂，并装袋存放；

    h.掏出石英砂垫层（如干净，完整，可不进行此项工作），并分级存放，或在床内酸洗；

    i.拆检外部阀门和表计。

2.2.3、技术要求和标准

a.集水装置的支架和卡子，必须牢固，可靠；

b.多孔管滤网的底网应架起，其材质最好采用14～16目的不锈钢网；

c.穹形孔板应放正，并用不锈钢螺丝固定结实；

d.集水装置的支管与封头间要衬上软物，以保护滤网和防腐层；

e.泵的扬程宜在40m以下，并选用大孔型树脂。

f.进水配水装置应保持水平，其偏差应≤4mm，并与交换器同心，其偏差应≤5mm。

当用溢水法检验漏斗的水平度时，四周应均匀溢水。

g.集水装置和中间排水装置应校直，并进行喷水试验，喷水应均匀。

支管和多孔板应保持水平，其偏差不得超过4mm。

支管与母管的垂直偏差应≤3mm。

相邻支管的中心距偏差应≤2mm。

h.交换器筒体应垂直，偏差不超过其高度的0.25%。

i.母支管上的卡子和支架必须固定好，支架两端的螺栓垫圈齐全，规格符合要求。

它们与塑料套网接触的部位应垫上耐酸胶皮。

j塑料滤网的耐酸性和目数应符合要求。

套网完整、缝线针眼距离均匀，且无小孔，绑线扎紧，带要捆紧。

k.气动阀门开关灵活，密封隔膜严密不漏，阀门指示正常。

l.树脂应干净、无结块和碎粒，粒度不小于50目，交换容量无明显下降。

m.防腐层完整，没有龟裂、鼓包、脱层和气孔等缺陷，电火花检验无漏电现象。

n.检修后的交换器应表计准确、漆色完整、标志齐全。

3、浮动床离子交换器的故障分析及处理

3.1、阴浮动床出水的硬度

3.1.1、原因分析

阴浮动床出水有硬度的主要原因是：

a.阳浮动床正洗未合格就转入短暂的顺洗而投运，致使含有硬度的水进入阴浮动床

b.在公用再生系统中，阳浮动床进酸门不严，生水或清水漏入出水中而进入阳浮动床。

3.1.2判断和处理方法

a.阳浮动床正洗要保证足够的时间和流速，直到正洗合格，没有硬度时方可转入顺洗。

b.检查阳浮动床进酸门的严密性，发现泄漏，应立即更换。

3.2阴浮动床出水中钠含量大量超标

3.2.1原因分析

阴浮动床中钠含量大量超标，使PH值和电导率升高的主要原因是：

a.阴浮动床中混进了阳树脂。

b.阳浮动床因进酸门不严，生水或清水漏出口水中。

c.阴树脂被腐殖酸等有机物污染。

3.2.2判断和处理方法

a.检验阴树脂中是否混入了阳树脂。

若混入阳树脂，应卸出阴树脂，在带锥体和装有空气搅拌装置的擦洗器中用20%～25%的火碱溶液进行分离，分离后阳树脂积聚在锥体中，可从底部放出收集起来。

b.检查阳浮动床进酸门的状况。

若进酸门不严，则应立即更换。

c.若系阴树脂污染，则应用碱性食盐水等予以复苏。

3.3阴浮动床出水中硅酸根含量较高

3.3.1原因分析

a.碱液中含有较多的杂质，或长期饥饿再生。

b.再生液和入口水的温度较低。

c.氧化硅在床层中析出。

d.阴树脂被有机物或胶体硅污染。

3.3.2判断和处理方法

a.检查碱液质量，若其中含有较多的和，则应另先优质碱液。

b.核实再生碱液用量，若低于理论量的1.5倍，则应增加再生用量。

c.检查再生液和入口水的温度，若达不到要求，应进行调整。

d.检查阴树脂的质量，若被有机物或胶体硅污染，应用碱性食盐水等进行复苏。

污染严重者，应予更换。

3.4阴阳浮动床总工作交换容量下降

3.4.1原因分析

a.树脂被铁、铝、锰等金属及其氧化物和有机物污染。

b.再生时进酸碱量不够或浓度较低。

c.树脂脏污，夹杂粘泥和悬浮物。

d.阳树脂老化或氧化降解。

e.再生过程中置换不充分就转入顺洗，致使废酸碱返上，又将再生好的树脂污染。

3.4.2判断和处理方法

a.化验水源水中铁、铝、锰、铜等重金属的含量，并加强预处理的控制和监督工作

b.检验盐酸、和液碱等再生剂的质量，防止污染树脂。

c.核算再生时进酸碱的数量和浓度，避免长期饥饿再生。

d.加强树脂的擦洗工作，充分洗净树脂和洗掉破碎的树脂。

e.当树脂氧化降解或污染严重时，应进行复苏工作。

f.置换时间必须足够，必要时检查排水的酸度和碱度或钠含量。

若排水质量较差，应调整程序，延长置换时间。

3.5集水装置变形损坏，并泄漏树脂

3.5.1原因分析

a.在树脂沥干的情况下高速成床，将集水装置顶坏，滤水帽压坏或掉下。

b.集水装置的母支管没有牢固地固定而变形，并将塑料网磨破。

c.多孔管的孔眼较大，孔口没有倒角，在高压差下将孔口的塑料网割破。

d.多孔管管卡的胶皮垫未固定好，将管卡胶皮垫处的塑料网磨破

3.5.2处理方法

a.在树脂沥干的情况下，应先小流量将床体灌满，然后再高速成床，并选用ABS材质的滤水帽。

b.集水装置的母支管必须加强地固定起来，其母管的端部和中间宜采用上顶的固定方式，保证成床的瞬间不位移。

c.若塑料网经常磨破，则每根多孔管上应选几点，垫好胶垫与顶壁接触。

d.若多孔管眼处的塑料网被割破，则应采取孔数多，孔径小的防护措施，且孔口要有倒角。

3.6压差大而流量上不去

3.6.1原因分析

a.设计欠妥，选型较大，不能保证高流速运行。

b.随意接带负荷，经常低流速运行

这实际等于小反洗，而将破碎树脂集中到床体顶部，包住了多孔管或滤水帽，致使流量不能带大，并有可能因压差大而割破塑料网，泄漏树脂。

3.6.2处理方法

a.经常保持高流速运行。

b.根据水位成床和落床，但尽可能避免频繁起停床。

4加强运行指标的监督

应加强除盐系统运行指标的监督，对水质指标、运行周期、周期制水量、自用水率、再生时的酸、碱耗等指标发现异常、认真分析、找出原因、及时消除，保证离子交换器的安全稳定运行。