一起雙室浮床跑樹脂事故的分析及防范

靳晉陵

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

1 雙室浮床運行方式

某電廠鍋爐補給水水源為泉水，其水質屬于碳酸鹽型，硬度高，含鹽量大。根據補給水的水質特點，鍋爐補給水處理系統采用機械澄清、纖維過濾、一級除鹽加混床。具體處理流程為：水源地來水→生水池→生水泵→生水加熱器→空氣分離器→機械攪拌澄清池→澄清水池→澄清水泵→高效纖維過濾器→雙室雙層浮動陽床→除CO2器→中間水箱→中間水泵→雙室雙層浮動陰床→混床→除鹽水箱→機房。經過鍋爐給水處理系統，電廠補給水滿足了電力生產要求。

電廠補給水原水的濁度呈顯著的季節性變化。在降雨量大的7-8月，原水濁度大，這個階段為渾泉期，原水必須經混凝澄清后過濾。其他時間原水的濁度小且濁度穩定，為清水期，原水可不必經過混凝澄清而直接進入過濾器進行過濾。高效過濾器采用纖維濾料，保證了出水濁度滿足雙室浮動陽離子交換器的進水要求。

雙室浮床設備由殼體、管系、進水裝置、出水裝置、再生液分配裝置等組成。雙室浮床設備直徑2 200 mm，筒體內部設有上、中、下3塊濾水隔板，將整個筒體分成上下2個室。每塊隔板上裝有濾水帽，其中中、下隔板的濾水帽為多孔板雙頭水帽，上隔板的濾水帽為多孔板單頭水帽。上室充填001*7強酸樹脂，層高為2 000 mm，下室充填D113大孔弱酸樹脂，層高為1 200 mm。樹脂層的上部充填浮動床專用的惰性樹脂，其充填高度為200 mm。

2 事件經過

2009-09-27T08:30，電廠2號列一級除鹽加混床投運，設備運行正常。運行流量110 t/h，設備壓差0.15 MPa，陽床入口壓力0.4 MPa。16:20，運行人員發現設備流量驟降至60 t/h，中間水箱液位急劇下降，無法維持。現場檢查發現，雙室雙層浮動陽床出口樹脂捕捉器內充滿樹脂，判斷陽床出口裝置發生損壞，導致樹脂從陽床內跑出，隨即停運設備。維護人員打開陽床頂部人孔門后發現，陽床上隔多孔板裝置上有大量樹脂。

經檢查，有一個水帽斷裂脫落。在更換破裂水帽、清除跑出的樹脂后，試運設備。試運后，陽床樹脂捕捉器內很快又充滿樹脂，同時又有一個水帽(不是新更換的水帽)發生破裂脫落。檢修人員打開陽床上室人孔門檢查，上室樹脂濕潤且存在大量水，即陽床內部的水并沒有完全放完。檢修人員將上室樹脂全部掏出進行檢查，大量水從陽床排水管排出，上室樹脂表面存在一個厚度為15 cm左右的破碎樹脂和泥渣層。更換新的水帽后，設備恢復正常。

3 事故原因分析

3.1 多種因素導致陽床聚集破碎樹脂

(1) 在樹脂的制造過程中，由于原料中各組分的聚合速度不同，導致樹脂顆粒的結構不均勻。這種不均勻性使得樹脂在轉型過程中因各部分膨脹和收縮程度不同，產生不均勻的內應力，造成樹脂高分子鏈斷裂、活性基因脫落、結構疏松、強度下降，最終導致樹脂發生裂紋而破碎。

(2) 與固定床相比，樹脂在雙室浮床運行時受到高速水流沖擊而被擠壓的壓力要遠大于在固定床運行時所受到的壓力，使得樹脂破碎率大大增加。另外，雙室浮動床普遍采用體外清洗操作。樹脂在進行體外清洗時，樹脂顆粒間的摩擦、樹脂與管道及設備壁的摩擦以及空氣混合擦洗等，均會加大樹脂的磨損。

(3) 電廠的樹脂擦洗設備運行情況不理想。在進行樹脂的擦洗工作時，破碎樹脂不能有效排出，擦洗工作只是消除了樹脂的結塊、粘連。造成這種情況的主要原因是：樹脂擦洗罐罐體內部上排水管道裝置均設有濾網，對樹脂進行反洗時分離出的大量破碎樹脂隨水流聚集在濾網處無法及時有效排出，時常發生堵塞濾網的現象，嚴重時甚至導致無法出水，使樹脂的反洗工作不能有效進行。最終造成陽床體內的破碎樹脂越積越多，床體差壓不斷增大，設備出力不斷下降。

3.2 破碎樹脂導致水帽破裂脫落

陽床在投運成床時需要較大流量的水。投運瞬間閥門全開，大量帶壓水和樹脂產生巨大的向上沖擊負荷，這種沖擊負荷最終直接作用在陽床的出水裝置上，多孔板和水帽承壓。同時，由于上室樹脂內的破碎樹脂增多，設備壓差不斷增大，多孔板和水帽所承載的負荷更大，多孔板和水帽就可能發生嚴重變形和老化。當水帽承載的負荷超過其所能承載的極限負荷時，就會導致水帽破裂而脫落。

由于在初次檢修時僅僅是對損壞的水帽進行了更換而沒有對破碎樹脂進行清理，也就是沒有消除水帽破裂老化的根本因素，因此水帽破裂脫落的情況可能再次發生。由于隔板上的水帽健康情況不同，老化程度相對嚴重的水帽就會先被壓壞，最終破裂脫落。

有裂紋的樹脂可承受的擠壓力與正常樹脂相比已大為降低。當樹脂可承受的擠壓力降至一定程度時，床體的壓差就可使樹脂破碎。樹脂破碎后，樹脂碎屑會堵塞濾水帽，交換器配液裝置和排液裝置通流面積減小，導致交換器進出口壓差進一步加大，這又加速了樹脂的破碎，如此形成惡性循環，最終導致設備出力降低。嚴重時可能造成浮床因無法達到規定的成床流速而導致成床失敗。

3.3 破碎樹脂層粘連、結塊導致設備放水不徹底

在正常情況下擦洗樹脂，樹脂在水流的篩分作用下破碎樹脂從完整樹脂中分離出來最終排走，罐體內保留了完好樹脂。但由于電廠擦洗設備本身的原因，擦洗的結果僅僅是排出了樹脂內的細小泥沙，而無法排出破碎樹脂。擦洗的最終結果是：樹脂在水力篩分的作用下，在擦洗罐內形成破碎樹脂和完好樹脂分離，如圖1所示。這種分布情況也隨著樹脂在從擦洗罐到陽床的轉移中完整地保持在陽床內，在陽床內形成如圖2的狀態。

汛期來臨時，由于原水中的懸浮物和泥沙含量急劇增加，增加了高效過濾器的負擔，也使得陽床的入口水質變差。當這些雜質進入陽床后，較大的顆粒會被截留在下室內，而相對細小的顆粒在水力作用下會通過完好樹脂間隙進入陽床上室。由于破碎樹脂層的間隙相對于完好樹脂層要小很多，因而細小的顆粒就被截留在陽床上室的破碎樹脂層內。隨著設備運行時間的延長，被截留的泥沙漸漸和破碎樹脂粘連在一起，最終在陽床上室形成了破碎樹脂和泥渣的混合物。

在設備運行時，破碎樹脂層被壓實，近似一個整體留在完好樹脂上層，這也增大了設備壓差，從而導致更多樹脂發生破碎。在設備排空放水時，由于破碎樹脂層的存在，上室內破碎樹脂層以上的水不能有效通過(排走)。隨著陽床內水位的下降，上室內的樹脂下降到中間隔板處后，由于隔板的存在停止下移。這時下室樹脂在下移的過程中，由于破碎樹脂層的存在，使得在下室內的樹脂和中間隔板之間逐漸形成一真空區，使得放水不能繼續，最終出現上室內的水流不走，下室內的水放不完的現象，如圖3所示。檢修人員用鐵鍬去掏樹脂的時候，相當于破壞了相對嚴密的破碎樹脂層，造成破碎樹脂層出現空隙，破壞了陽床下室內的真空，才使陽床內的存水得以徹底排空。

破碎樹脂層僅出現在陽床上室而沒有出現在下室，是因為陽床上室樹脂為凝膠型且量大，而下室樹脂為大孔型，量少。凝膠型樹脂直鏈的苯基體多，抗氧化能力弱，且容易污染老化；大孔型樹脂交聯度高，抗污染力強，機械強度大、耐溶脹，耐磨損，且不易碎裂。

4 防范措施

從以上分析可以得出：大量破碎樹脂的存在是導致這次設備跑樹脂的根本原因。因此如何消除設備內的破碎樹脂，就成了補給水處理的工作重心。對此可從以下幾方面入手，做好防范措施。

4.1 選購合格樹脂

鑒于雙室浮床存在運行流速高、運行阻力大以及反洗時破碎樹脂難以清除等情況，在選購樹脂時要選擇粒度均勻、交換容量大、機械強度高、轉型膨脹率小的樹脂。樹脂的白球粒度在1.5～2.5 mm之間比較適宜用于雙室浮床中，因為密度小、硬度大、化學穩定性好的白球，在運行中能起到很好的疏水、濾水作用。

4.2 控制操作參數，優化運行工況

加強設備巡檢，保證設備壓差≤0.15 MPa。當發現設備壓差增大后，要及時對樹脂進行擦洗，減緩樹脂破碎，延長樹脂使用壽命。

4.3 改造樹脂擦洗罐

樹脂擦洗罐罐體內部上排水管道裝置處裝設的濾網，其主要作用是防止輸送樹脂時樹脂從擦洗罐中跑出，但這也同時阻礙了破碎樹脂的順利排出。

為此，電廠對樹脂擦洗罐(圖4)進行了改造，將上排門1出水裝置處的濾網拆除，保留了上排門2出水裝置處的濾網。改造后，在輸送樹脂時，關上排門1，開上排門2；在反洗時，開上排門1，關上排門2。這樣既可以保證輸送樹脂時不跑樹脂，又可以在反洗時將破碎樹脂排出，大大改善了擦洗效果。

4.4 分析確認水帽破裂原因

一般來說，造成水帽破損的主要原因有以下2個方面。

(1) 由于水帽自身存在質量問題或使用年限長而老化。這種情況之下對水帽進行更換即可。

(2) 由于其他因素影響造成水帽破損，如這次事故中由于破碎樹脂增多、堵塞導致的水帽破損。出現類似情況時除對破損水帽進行更換外，還必須分析水帽破裂的原因，從根本上解決問題。

4.5 加強高效過濾器出入口的水質監測

在清水期間，由于原水濁度低，濁度<2.0 NTU，過濾器出水濁度<1.0 NTU原水可不必經過混凝澄清。在渾泉期間，原水泥沙含量急劇增多，水質變渾，濁度>5.0 NTU，這時需要迅速投運機械攪拌澄清池，并調整加藥量，優化澄清池運行工況，確保設備及早正常運行以凈化原水，保證后續過濾器的正常運行。

4.6 確保高效過濾器正常有效運行

電廠使用的纖維過濾器有較高的過濾效率和截污容量，可以有效去除水中的懸浮物，保證陽床入口水質。當運行壓差>0.15 MPa或出水濁度>2.0 NTU時，要及時投運備用過濾器，并對過濾器進行清洗，以恢復過濾器正常工況。在汛期，要增加過濾器反洗強度和延長反洗時間；在清水期，即使纖維過濾器長期運行不失效，也應該定期對其進行反洗。對于需長時間停運的纖維過濾器，同樣應定期進行反洗，最好用過濾器出水浸泡。

4.7 重視更換水帽的檢修工作

更換水帽時要預先關閉入口手動門，試運時再緩開入口手動門，并觀察設備壓差變化情況，根據壓差情況決定手動門開度。在開啟過程中若發現設備壓差異常增大，應立即停止操作，對設備內部進行詳細檢查，防止再次發生水帽破裂的情況。

1 施燮鈞．火力發電廠水質凈化[M]．北京：水利電力出版社，1990.

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7 喻 軍，張占平，靳晉陵，劉 生，高文峰．三種纖維過濾器在火電廠水處理中的應用[J]．工業水處理，2009，29(4).