陰離子交換樹(shù)脂耐溫性能試驗(yàn)研究

侯亞琴，吳中杰，宋麗莎，高　　堅(jiān)

陰離子交換樹(shù)脂耐溫性能試驗(yàn)研究

侯亞琴，吳中杰，宋麗莎，高堅(jiān)

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

針對(duì)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)水溫度提高至80℃以上引起陰離子交換樹(shù)脂性能發(fā)生較大變化的情況，使用兩種實(shí)驗(yàn)方法（標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能試驗(yàn)、試驗(yàn)室28天耐溫考核試驗(yàn)）對(duì)9種凝結(jié)水處理用的陰離子交換樹(shù)脂樣品進(jìn)行耐溫性能篩選。在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能試驗(yàn)棄去4種耐溫性能不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的樣品后，對(duì)剩下5種樣品進(jìn)行試驗(yàn)室28天耐溫考核試驗(yàn)，得到樹(shù)脂耐溫性能結(jié)果并提出運(yùn)行方式的建議。

陰離子交換樹(shù)脂；耐溫試驗(yàn)；運(yùn)行方式

0　　引言

離子交換樹(shù)脂中陽(yáng)樹(shù)脂在80℃時(shí)基本不發(fā)生分解，陰樹(shù)脂在低于此溫度時(shí)就開(kāi)始分解，主要分解產(chǎn)物為三甲胺［1］。部分電廠鍋爐經(jīng)過(guò)供熱改造后，供熱期間的凝結(jié)水溫度將提升至80～85℃，為此通過(guò)實(shí)驗(yàn)篩選出可用于供熱工況下凝結(jié)水處理的陰樹(shù)脂是十分有意義的［2］，可為供熱改造后凝結(jié)水精除鹽系統(tǒng)的運(yùn)行方式提供參考。

以國(guó)內(nèi)某樹(shù)脂廠提供的7種實(shí)驗(yàn)室合成的特制耐高溫陰樹(shù)脂編號(hào)為A1-A7，陶氏和漂萊特常用于凝結(jié)水處理的550A和D208分別編號(hào)為B、C兩種陰樹(shù)脂，共9種有代表性的陰樹(shù)脂為實(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)樣品的耐溫性能進(jìn)行了系統(tǒng)性評(píng)價(jià)［3］。

陰樹(shù)脂耐溫實(shí)驗(yàn)采用2種方法：一是標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能實(shí)驗(yàn)；二是實(shí)驗(yàn)室28天耐溫考核實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分3個(gè)步驟：1）對(duì)9種樹(shù)脂樣品進(jìn)行常溫下理化性能實(shí)驗(yàn)；2）對(duì)9種樹(shù)脂樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)耐高溫實(shí)驗(yàn)；3）由標(biāo)準(zhǔn)耐高溫實(shí)驗(yàn)，篩選出3種有代表性的合成樹(shù)脂和陶氏樹(shù)脂、漂萊特樹(shù)脂，對(duì)這5種樹(shù)脂樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室28天耐溫考核實(shí)驗(yàn)。

1　樹(shù)脂耐溫性能的研究過(guò)程

1.1常溫下理化性能實(shí)驗(yàn)

按DL/T 519—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［4］規(guī)定的方法。分別測(cè)定9種樣品主要理化性能：強(qiáng)型基團(tuán)容量、體積交換容量、含水量、濕視密度、濕真密度、滲磨圓球率、粒度范圍、均一系數(shù)。

9種樹(shù)脂樣品理化性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1，與DL/T 519—2014規(guī)定的凝結(jié)水處理用離子交換樹(shù)脂要求對(duì)照得出：9個(gè)樣品的濕真密度全部合格；A1、A5、A6的體積交換容量不達(dá)標(biāo)（1.20 mmol/mL），略微低于交換容量標(biāo)準(zhǔn)；A4樹(shù)脂的濕視密度在下限并且滲磨圓球率極差，只有0.77%，偏離標(biāo)準(zhǔn)圓球率（90%）；A4、A6、A7的均一系數(shù)均略高于標(biāo)準(zhǔn)值1.30。

綜合考慮各樹(shù)脂的理化性能：除A4樹(shù)脂外，其他各樹(shù)脂均可用于正常溫度下的凝結(jié)水處理。

表1　　陰離子交換樹(shù)脂樣品常溫下理化性能（測(cè)定形態(tài)氯型）

1.2陰樹(shù)脂耐溫性能篩選實(shí)驗(yàn)

按DL/T 953—2005《水處理用強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂耐溫性能測(cè)定方法》［5］規(guī)定，在95℃的恒溫水浴中將OH型強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂持續(xù)恒溫100 h后，分別測(cè)定受熱前后OH型離子交換樹(shù)脂的強(qiáng)型基團(tuán)交換容量，并計(jì)算其下降率。

在95℃、100小時(shí)條件下，進(jìn)行耐溫性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表2。

表2　　陰離子交換樹(shù)脂樣品耐溫性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測(cè)定形態(tài)氯型）　%

由表2得出：A1、A5、A6、A7、B、C組6種陰樹(shù)脂能滿足DL/T 771—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂選用導(dǎo)則》［6］第5.2.2條，95℃恒溫水浴中將OH型強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂持續(xù)恒溫100 h后，其強(qiáng)堿基團(tuán)下降率不超過(guò)13%的要求。其中，耐溫性能最好的是樹(shù)脂A5，其次是A6、A7，耐溫能力可與進(jìn)口樹(shù)脂B、C相比。

A2、A3樹(shù)脂的強(qiáng)型基團(tuán)容量下降超過(guò)13%，A4樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)容量為12.78%已非常接近13%，所以A2、A3、A4 3種樣品不再適合長(zhǎng)時(shí)間耐溫實(shí)驗(yàn)。

1.3實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)時(shí)間耐溫考核實(shí)驗(yàn)

考慮到樹(shù)脂應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)的溫度，實(shí)驗(yàn)選擇了85℃，靜態(tài)浸泡在恒溫水浴中28天，每天搖動(dòng)3次以上，每7天取樣分析1次理化性能。根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中離子交換樹(shù)脂理化性能的變化情況，評(píng)價(jià)樹(shù)脂耐溫性能。

根據(jù)耐溫試驗(yàn)結(jié)果可選擇A1、A5、A6、A7、B、C 等6個(gè)樹(shù)脂進(jìn)行試驗(yàn)室長(zhǎng)時(shí)間耐溫試驗(yàn)，其中A6和A7的耐溫試驗(yàn)中強(qiáng)性基團(tuán)下降率很接近且優(yōu)于A1 和B、C 3個(gè)樣品，但是A6樹(shù)脂體積交換容量遠(yuǎn)小于A7，且均一系數(shù)最差；而A1樹(shù)脂雖然耐溫試驗(yàn)中強(qiáng)性基團(tuán)下降率高于A5、A6、A7、B、C，但卻是樹(shù)脂廠試驗(yàn)室第一個(gè)提高耐溫性能犧牲交換容量的典型樹(shù)脂。另外A5和B為凝膠型樹(shù)脂，A7和C為大孔型樹(shù)脂。所以選擇A1、A5、A7、B、C 5個(gè)樹(shù)脂做耐溫實(shí)驗(yàn)。

按DL/T 519—2014進(jìn)行理化性能實(shí)驗(yàn)。其中磨后圓球率測(cè)試方法修改為：取已制備好的樹(shù)脂樣品50 ml于250 ml燒杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自來(lái)水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001［6］中8.1.3、8.1.4操作步驟進(jìn)行測(cè)試。滲磨圓球率測(cè)試方法修改為：已制備好的樹(shù)脂樣品15 ml于250 ml燒杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自來(lái)水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001中8.1.2、8.1.3、8.1.4操作步驟進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)時(shí)間耐溫考核實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　85℃下陰離子交換樹(shù)脂耐熱性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果（測(cè)定型態(tài)氫氧型）

2　　結(jié)果與討論

2.1常溫理化性能測(cè)試和耐溫實(shí)驗(yàn)篩選

經(jīng)過(guò)常溫理化實(shí)驗(yàn)測(cè)試，只有A2、A3、A7、C樹(shù)脂基本符合DL/T 519—2014《發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［4］關(guān)于理化性能的規(guī)定。B樹(shù)脂為進(jìn)口樹(shù)脂，不執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。A1、A5、A6體積交換容量不達(dá)標(biāo)；A4樹(shù)脂的滲磨圓球率極差；C樹(shù)脂有效粒徑差；A5、A6、A7均一系數(shù)不達(dá)標(biāo)；A1～A7樹(shù)脂的上限粒度均不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，其中A1、A4、A6上限粒度極差；A1～A7樹(shù)脂的范圍粒度不好，只有A3樹(shù)脂0.400～0.800 mm范圍內(nèi)的勉強(qiáng)達(dá)到了95.1%。所以7個(gè)樹(shù)脂樣品全部不能滿足DL/T 519—2014的各項(xiàng)規(guī)定。按 DL/T 953—2005［6］的規(guī)定方法，測(cè)定A2、A3、A4 3個(gè)樣品強(qiáng)型基團(tuán)下降率超過(guò)或接近13%的要求，全部淘汰。

2.2長(zhǎng)時(shí)間耐溫考核實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室28天85℃耐溫考核實(shí)驗(yàn)過(guò)程測(cè)定各樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)交換容量下降率，見(jiàn)圖1。1周結(jié)束，A1 和C下降率為6.11%～4.33%，A5、A7、C 3個(gè)樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)交換容量下降率分別為0.98%、0、1.37%，很小。后3周A1基本保持一個(gè)較高的下降率水平；D208強(qiáng)性基團(tuán)下降率平穩(wěn)下降；A5和A7保持了較低且平穩(wěn)的強(qiáng)性基團(tuán)下降率水平；A1和B樹(shù)脂保持了較高且均勻下降率水平。

圖1　　陰樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)28天實(shí)驗(yàn)

幾種樣品的85℃耐溫考核實(shí)驗(yàn)體積交換容量與強(qiáng)性基團(tuán)交換有相同趨勢(shì)，28天85℃下，5種樹(shù)脂樣品的體積交換容量下降率均未低于一般推薦的10%。

圖2　　陰樹(shù)脂體積交容量28天實(shí)驗(yàn)

圖3　　陰樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)交換容量28天實(shí)驗(yàn)

由圖2、圖3可見(jiàn)：A1樹(shù)脂的體積交換容量初始值低，85℃1周以后，體積交換容量略有下降。A5、A7的體積交換容量基本維持在各自的原有水平。B樹(shù)脂隨時(shí)間延長(zhǎng)，體積交換容量與強(qiáng)型基團(tuán)交換容量的下降有完全相同的趨勢(shì)，均勻下降。

體積交換容量的下降率除了B（550A）樹(shù)脂以外，其他樣品均出現(xiàn)高低不規(guī)律數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4。其主要原因是：除B樹(shù)脂外其他樣品的粒度都有問(wèn)題，造成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取樣代表性差，取出樣品的粒度大小直接影響到強(qiáng)型基團(tuán)和體積交換容量的結(jié)果，甚至造成下降率出現(xiàn)負(fù)數(shù)的現(xiàn)象。

幾種樣品的耐溫考核實(shí)驗(yàn)的磨后圓球率：

圖5　　陰樹(shù)脂磨后圓球率

由圖5可見(jiàn)：幾個(gè)樣品的磨后圓球率，經(jīng)過(guò)耐溫實(shí)驗(yàn)后都有所下降。B樹(shù)脂磨后圓球率最好，初始值高達(dá)97%以上，耐溫實(shí)驗(yàn)后下降幅度最小。A5初始值95%，耐溫實(shí)驗(yàn)后下降幅度大。C、A7、A1初始值91%，耐溫實(shí)驗(yàn)后A7和C較A1下降幅度大。

幾個(gè)樣品的其他理化指標(biāo)：含水量、濕真密度、濕視密度變化，有一樣的變化趨勢(shì)。

2.3綜合結(jié)果討論

經(jīng)過(guò)28天85℃的耐溫考核實(shí)驗(yàn)，B樹(shù)脂綜合指標(biāo)優(yōu)于其他幾個(gè)樣品。強(qiáng)型基團(tuán)下降率6.01%，且第三第四周不變。體積交換容量下降7.09%，不超過(guò)10%，仍然可滿足運(yùn)行水質(zhì)要求；A1樹(shù)脂在28天85℃的耐溫考核實(shí)驗(yàn)中，除本身強(qiáng)型基團(tuán)交換容量低、體積交換容量低，實(shí)驗(yàn)取得的強(qiáng)型基團(tuán)交換下降率高、體積交換容量下降率高以外，標(biāo)準(zhǔn)耐溫性能實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室28天耐溫考核實(shí)驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都不停產(chǎn)生氣泡；A7樹(shù)脂經(jīng)過(guò)耐溫考核實(shí)驗(yàn)后，磨后圓球率下降突出，由于實(shí)驗(yàn)條件的局限性，樹(shù)脂本身未進(jìn)行反復(fù)離子交換，所受外力強(qiáng)度遠(yuǎn)小于運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的外力，因此必須考慮對(duì)樹(shù)脂滲磨圓球率的要求；A5樹(shù)脂強(qiáng)型基團(tuán)和體積交換容量的起始數(shù)據(jù)在A1與A7之間，其下降率與A7接近，磨后圓球率比A7樹(shù)脂好。綜合指標(biāo)考慮A5樹(shù)脂占優(yōu)。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)9種陰樹(shù)脂耐溫性能試驗(yàn)研究表明，當(dāng)凝結(jié)水最高溫度在85℃時(shí)，可以選用國(guó)產(chǎn)耐高溫樹(shù)脂解決凝結(jié)水精處理用離子交換樹(shù)脂的問(wèn)題，但所選用的樹(shù)脂需要在粒度范圍和強(qiáng)度方面進(jìn)行優(yōu)化，否則在投入生產(chǎn)后，可能出現(xiàn)精處理混床因壓差大而無(wú)法運(yùn)行，陰陽(yáng)樹(shù)脂再生分離混合效果不好，破碎樹(shù)脂進(jìn)入熱力系統(tǒng)造成系統(tǒng)污染等一系列嚴(yán)重問(wèn)題，都將導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法運(yùn)行。

選用進(jìn)口樹(shù)脂作為85℃以下運(yùn)行溫度的凝結(jié)水精處理用離子交換樹(shù)脂，其綜合指標(biāo)優(yōu)于其他樹(shù)脂。但是與其他國(guó)產(chǎn)樹(shù)脂相比差價(jià)較大。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，每年在供熱期都要定期更換陰樹(shù)脂，因此在成本方面，電廠還要做經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)價(jià)。

由于本實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際樹(shù)脂承受壓力、水力沖刷、反復(fù)再生等情況還存在一定差距。同時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間僅為28天，而通常供熱機(jī)組每年供熱期為140天，這些會(huì)影響樹(shù)脂的應(yīng)用周期。因此無(wú)論選用什么樹(shù)脂，運(yùn)行年度要密切關(guān)注水汽品質(zhì)，累積運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以保證樹(shù)脂的正常使用。

［1]王廣珠.國(guó)產(chǎn)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂現(xiàn)狀綜述［J］.中國(guó)電力，2003，36（1）：28-30.

［2]吳清恒.電廠離子交換樹(shù)脂復(fù)蘇案例的研究［J］.山西電力，2014 （6）：67-69

［3]郝樹(shù)紅.耐高溫離子交換樹(shù)脂性能測(cè)試與比較［J］.工業(yè)水處理，2007，27（8）：54-56

［4］DL/T 519—2014發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］DL/T 771—2014發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂選用導(dǎo)則［S］.

［6］DL/T 953—2005水處理用強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂耐熱性能測(cè)定方法［S］.

［7］GB/T 12598—2001離子交換樹(shù)脂滲磨圓球率、磨后圓球率的測(cè)定［S］.

4　結(jié)語(yǔ)

建立齒輪傳動(dòng)雙轉(zhuǎn)子彎扭振動(dòng)模型，通過(guò)計(jì)算分析了齒輪嚙合剛度、齒輪傳動(dòng)比、軸承剛度及其他齒輪參數(shù)對(duì)齒輪—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎振、扭振固有頻率的影響。研究發(fā)現(xiàn)齒輪嚙合剛度增大，能提高扭振固有頻率，尤其是1階扭振固有頻率，但對(duì)彎振固有頻率沒(méi)有影響；傳動(dòng)比增大，能提高主動(dòng)轉(zhuǎn)子的彎振同步正向渦動(dòng)固有頻率，減小同步反向渦動(dòng)固有頻率，但對(duì)系統(tǒng)扭振固有頻率和被動(dòng)轉(zhuǎn)子的彎振固有頻率沒(méi)有影響；軸承剛度增大，能提高系統(tǒng)的彎振固有頻率，但對(duì)扭振固有頻率沒(méi)有影響；在傳動(dòng)比不變的條件下，齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、重合度、厚度等因

Temperature Resistance Performance of the Anion Exchange Resin

HOU Yaqin，WU Zhongjie，SONG Lisha，GAO Jian
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The performance of anion exchange resin was influenced by the condensate water treatment system with the temperature of 80℃，and the performance of anion exchange resin was changed significantly.Two experimental methods （standard temperature tolerance test，28 days temperature resistance performance test）were introduced for 9 kinds of standard samples.Four samples were disabled under standards，and residue five samples were experimented for temperature resistance.The result of resin temperature resistance was obtained and suggestions of the operation mode were proposed.

anion exchange resin；temperature resistance experiment；operation mode

TK223.5+1

B

1007-9904（2016）06-0060-05

2016-04-10

侯亞琴（1977），女，從事化學(xué)水分析及水處理工作。輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、重合度、厚度改變對(duì)齒輪—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率影響很小。