逆流离子交换器的故障分析及检修

逆流离子交换器的故障分析及检修

杨强

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司

摘要:针对鄂尔多斯煤制油分公司热电中心制水车间离子交换器在运行中出现的故障，对故障设备构造和检修方法进行具体的分析，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。

关键词：离子交换器；中间排水装置；树脂；集水装置；进水装置

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，现在使用最广泛的化学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检修质量安全稳定。

1.工艺流程和原理

逆流离子交换器是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。离子交换器制水时，水是从床体的顶部十字绕丝支管进入，与树脂层进行离子交换，经石英砂垫层和穹形孔板等配水装置流入由弧形板等集水装置汇集，再从床体的底部流出；再生时，酸（碱）等再生液从底部集水装置进入，与树脂进行等离子交换后，在经中间排水装置绕丝支管流出。

2．设备构造和检修方法

2.1离子交换器的构造

2.1.1离子交换器壳体

离子交换器的壳体为了观察床层的运行工况，在离子交换器壳体的上下部均设置窥视孔。壳体内壁为衬胶或衬玻璃钢。

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进水配水装置

进水配水装置设在交换器的顶部，其作用是均匀分配水和消除进水水流对树脂表层的冲动。该装置的形式有多种，常用的有：挡板式、十字支管式、穹形板式、漏斗式四种。我们厂的逆流再生离子交换器采用的是十字支管式。将进水管扩大成五通管接头，采用法兰连接的方法，将四根支管装在其上，使之成十字形。

2.1.3集水装置

交换器的底部设有集水装置，以便运行时能均匀地收集离子交换后的水，并阻留离子交换树脂，防止漏到水中；反洗时能均匀配水，充分清洗离子交换树脂。该装置的型式是穹形孔板上平铺石英砂垫层式。这是最通用的一种集水装置。该装置的结构是将穹形多孔板固定在底部出水口的上方。多孔板的直径通常为500~800mm（一般为交换器直径的1/3~1/4）。孔板除中心部位（略大于出水口的面积）不开孔外，其余部分均钻有小孔，其总截面积（孔径为20~25mm）为出水管截面积的2~3倍。

因穹形板承受的压力较大，故应用10~12mm厚的衬胶钢板制作，割成两块，放入器内后用不锈钢螺栓固定。

穹形板板口装在下封头中心的出水口上方，并与交换器壳体保持同心，以使均匀集水。穹形孔板的上方分层装有不同粒径的石英砂垫层，由下而上粒度分级减小，其总高度为950mm，具体厚度和级配如下表：

表1 石英砂垫层的厚度和级配（mm）

2.1.4中间排水装置

中间排水装置安装在离子交换树脂的表层和压实层的中间，它除在再生过程中用以排除废再生液和顶压空气或水的混合物外，还在小反洗的分配和小正洗时用作废再生液的排放。由于该装置在再生和反洗时要承受较大的托力，特别是在大反洗时，因被压实且流动性较小的树脂聚然膨胀，瞬间托力就更大；同时该装置在运行过程中还承受较大的压力（特别在入口水浊度较大的情况下）。因此，要求该装置必须具有足够的强度，从设计、安装、检修到运行操作都要切实重视这一问题。否则，将导致母支管严重变形或断裂，影响安全供水。

中间排水装置采用鱼刺式母支管型式，该装置的结构如图3所示。母管一端直接引出床体，另一端用U型卡固定在母管支耳上；支管对称地用法兰与母管连接，并用U型卡固定在槽钢上；母管、支管及连接用的螺栓、螺母、垫片材质均为1Cr18Ni9Ti不锈钢。因系统采用硫酸再生工艺，所以母管与支管间的垫圈为δ3厚的四氟乙烯垫圈。

表2 逆流再生离子交换器中排支管规格表

2.2.1检修顺序

阴、阳离子交换器的检修一般应在运行周期终了（失效）并反洗后进行。检修前，首先要检查离子交换树脂的表层情况，必要时取样化验，并记录树脂层的高度，以便掌握树脂的消耗情况。然后按下列顺序开工检修，大修前检查准备好对应的阳树脂清洗罐（或阴树脂清洗罐），保证清洗罐系统完好可用。

（1）确认放完交换器内的水后，打开上部人孔，在树脂表层铺上胶皮和木板，检查进水装置情况，拆下进水支管并清理支管内部赃物、检查支管绕丝间隙情况，检查进水总管及五通衬胶情况，必要时进行补胶处理。

（2）装上上部人孔门，将交换器内的树脂通过卸树脂口以逆进水方式向树脂清洗罐内输送。

（3）树脂输送完毕后，排掉交换器内的水，打开上、下人孔门，用临时胶皮管通水，将中排装置和床体内壁冲洗干净。

（4）用胶皮和麻袋等物盖住石英砂垫层，并搭内部脚手架。

（5）检查并拆下中间排水装置的母支管和槽钢支架，清理中排支管内部赃物、检查支管绕丝间隙情况，检查槽钢及支耳衬胶情况，必要时进行补胶处理。

（6）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。

（7）掏出石英砂垫层（如干净、完整，并确认底部出水穹形板装置完好时可不进行此项工作），并分级存放，或在床内酸洗。

（8）拆下并检查、修理底部出水穹形板装置（如不掏出石英砂垫层可不进行此项工作）。

（9）拆下压力表，送热工室校验。

（10）检查清理流量计表管，检查清理对应的电磁阀柜。

（11）拆检本体阀门。

（12）拆检各种水质监测表计。

（13）根据树脂检查情况，对树脂进行清洗、复苏。

（14）复原的顺序一般为拆卸的逆顺序。

2.2.2 石英砂垫层的处理和装入

（1）石英砂应严格按级配分层铺撒，已混杂的旧石英砂要经过筛分，并须将可能混入的砖、瓦、石、土和混凝土小块以及螺栓等杂物彻底清除干净。

（2）石英砂在装入前，要充分用水冲洗干净，并在交换器下封头内画上各层定高的水平线。装入时要用小桶轻轻倒入，以免碰坏胶版。

（3）石英砂分层铺好后，合上下部人孔，注入8%左右的盐酸，浸泡24h后将酸排出，再用水冲洗至中性。若是新石英砂，应用8%~15%盐酸浸泡一昼夜，然后用水冲洗干净。

2.3技术要求和标准

2.3.1 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。

2.3.2 集水装置和中间排水装置应较直，并进行喷水试验，喷水应均匀。支管和多孔板应保持水平，其偏差应≤3mm。支管与母管的垂直偏差应≤3mm。相邻支管的中心距偏差应≤±2mm。

2.3.3 交换器筒体应垂直，偏差不超过其高度的0.25%。

2.3.4 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。

2.3.5 不锈钢绕丝应完整无变形，绕丝缝隙均匀。

2.3.6 穹形孔板应放正，并用不锈金刚螺丝固定结实。

2.3.7 气动阀门开关灵活，密封隔膜严密不漏，阀门指示正常。

2.3.8 树枝应干净、无结块和碎粒，粒度不小于50目，交换容量无明显下降。

2.3.9 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。

2.3.10 检修后的交换器应表计准确、漆色完整、标志齐全。

2.3.11 水压试验0.75Mpa ，5min不泄露为合格。

3．阴阳离子交换器的故障分析及处理

3.1集水装置变形损坏，并泄漏树脂

3.1.1原因分析

a.在进水时，进水阀门开度过大水流过激产生过大的水压，使弓形板变形。两块弓形板集合处裂缝增大。

b.长时间的运行两块弓形板的连接处螺栓松弛以及螺母被腐蚀，使得弓形板的连接处裂缝增大。

c.弓形板的边缘长期被水冲刷，衬胶损坏使弓形板的边缘腐蚀较严重。

3.1.2处理方法

a.在离子交换器进水时，进水阀门开度不能过大。这样可以减小水流速度降低离子交换器进水的瞬间压力。

b.在每次的大修中应该检查弓形板的连接螺栓。如果破损严重应立即更换

c.检查到集水装置弓形板的边缘以及其他部位防腐被损坏或有腐蚀严重的地方应立即做好防腐措施。

3.2压差大而流量上不去

3.2.1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，包住了进水装置的绕丝支管，致使流量不能带大，并有可能因压差大而使进水装置变形，泄漏树脂。

c．底部石英砂乱层，使得最上层的细石英砂漏到弓形板上堵塞。

3.2.2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，在每次的小修时应该拆下进水装置反洗交换器内的碎树脂，以及清洗进水装置，保持进水装置的畅通。

c．在大反洗时进水压力应该适当，不能使集水装置的石英砂乱层。

3.3进水装置变形泄漏树脂

3.3.1原因分析

a．进水装置的支管没有牢固地固定而变形。

b.进水压力过大或是交换器反洗水压过大使进水支管T型绕丝变形以及支管加强筋变形。

c．进水装置母管与支管垫片过偏或是垫片损坏法兰压不住。

3.3.2处理方法

a.进水支管松动时就会使树脂从法兰处泄露。如果发现进水支管松动应该立即紧固法兰螺栓以及支管与交换器连接处。

b.调节进水流量以及反洗时的内部压力，如果有进水支管T型绕丝变形应立即纠正，损坏严重时应及时更换。

c．法兰垫片应装在法兰接触面的中心接触面上，如果有被腐蚀的垫片无法修复应该立即更换。

3.4中间排水装置变形

3.4.1原因分析

a．中间排水装置支管松动，泄露树脂。

b.中间排水装置支架槽钢松动以及槽钢下沉。

c．中间排水装置母管松动。

d．中间排水装置支管T型绕丝变形导致漏树脂。

3.4.2处理方法

a．中间排水支管松动时就会使树脂从法兰处泄露。如果发现进水支管松动应该立即紧固法兰螺栓和支管与交换器连接处以及固定支管的U型卡子。

b.检查支架槽钢的防腐情况并使支架槽钢调在一定的水平位置，固定牢固不能有松动。

c．紧固中间排水装置母管的法兰以及母管尾部的支耳与本体支座的连接。

d．加固中间排水支管变形，在必要时应立即更换中间排水支管。

3.5中间排水装置支架及支耳损坏

3.5.1原因分析

a.中间排水装置支架与支耳的紧固螺栓松动导致连接处防腐破损。

b.中间排水装置支架防腐层有气孔酸液进入气孔内导致支架及支耳被腐蚀损坏。

c.中间排水装置支架与支耳链接的螺栓被腐蚀断裂划破支架及支耳防腐导致支架及支耳损坏。

d.离子交换器内有杂质在高速进水的冲击下导致支架及支耳防腐被损坏。

3.5.2处理方法

a．先拆除支耳及支架，清楚支架原有被防腐的防腐层。

b. 制作不锈钢（316L）支耳焊接在离子交换器本体上。

c．补焊被腐蚀的支架，补焊后并进行打磨，最后重新做防腐。

d．最后把做好防腐的支架与焊接在离子交换器本体上的（316L）支耳链接起来。

3.5.3降本效果

一台离子交换器中间排水装置支耳改造节约4255.71元，具体为：离子交换器两个中间排水装置支耳交由外包单位补焊并防腐价格为4400元，我们自己改造费用为1盒不锈钢焊条市场价为380（粗细：2.5mm 2.5公斤 60根）此次焊接支耳共计消耗一盒焊条焊条为380元。阳离子交换器树脂正常7年更换一次，每个月的平均使用价值为：（330×45）÷（7×12）=176.79元，而阳离子交换器内进入Fe³+时3年更换一次树脂，每个月的平均使用价值为：（330×45）÷（3×12）=412.5元。本月#6阳离子交换器中间排水装置支耳改造共节省=412.5-176.79+4400-380=4255.71元。

4．提高检修质量的指标

在检修过程中应该提高检修质量指标，对检修的工艺、检修周期、检修质量、检修效率、检修过设备的使用寿命等指标发现异常、认真分析、找出原因、及时消除并提高检修质量指标，保证离子交换器的安全稳定运行。

5.小结

通过这篇离子交换器故障分析及检修论文的内容，我们可以简单总结一下，离子交换器主要是为了置换出水中的各种离子为锅炉补水不结垢。而离子交换器在运行过程中会出现各种各样的故障，这篇论文就讲述了如何迅速分析出离子交换故障的原因，分析出原因后要在最短的时间内消除故障，为离子交换器的稳定运行作了保障并要做到降本增效的效果。

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