陰浮動床偏流的原因分析與處理

梅武豐

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

1 工藝說明

海洋石油富島有限公司（以下簡稱“富島公司”）二期脫鹽水裝置采用活性炭過濾器預處理+陽浮動床+脫氣塔+陰浮動床+混床全離子交換工藝制取合格的二級脫鹽水，以滿足年產800kt二期尿素裝置和年產600kt甲醇裝置用水需求。其中，活性炭過濾器四開一備，出水控制：余氯＜0.1mg/L；一級復床除鹽系統采取兩開一備的單元制工藝，采用的是強、弱樹脂聯合的雙室浮動床，陽浮動床出水控制：Na+泄漏量＜50μg/L、脫氣塔出水控制：殘余CO2＜5mg/L，陰浮動床出水控制：電導率≤5μs/cm，SiO2≤50μg/L；混床三開一備，出水控制：電導率≤0.2μs/cm，SiO2≤20μg/L。如圖1所示。

圖1 離子交換發脫鹽水工藝流程示意圖

2 目前現狀及存在的問題

富島公司二期脫鹽水裝置于2002年3月建成投運，一級復床除鹽系統A、B系列陽、陰浮動床因樹脂體外擦洗返回不徹底、樹脂泄漏等原因導致樹脂量減少，在2009年3月大修期間按樹脂按設計填裝量的三分之一進行了補加，2019年10月對B系列樹脂進行了整體更換。新增一級復床C系列于2006年2月試車投運，因樹脂失效頻繁、單耗增大，在2015年4月大修期間進行了樹脂整體更換。近半年來，A、C系列多次出現陰浮動床運行壓差偏高、再生清洗水電導率下降緩慢、清洗時間長、再生酸堿耗量增加等情況，檢查發現再生清洗過程中陰浮動床下室存在明顯偏流現象。如表1所示。

表1 一級復床除鹽系統2020年3月某次再生情況

3 陰浮動床偏流的原因分析

3.1 原水預處理情況

來自東方市大廣壩水庫的原水流經下游的高坡嶺水庫引入富島公司凈水廠進行混凝澄清、消毒殺菌處理后，水中懸浮物含量≤5mg/L、余氯：0.5～0.8mg/L，經過凈化處理的原水進入脫鹽水裝置后利用活性炭過濾器進行除濁、除氯處理，以達到離子交換器進水水質要求。觀察發現，活性炭過濾器運行至1 500min左右壓差便達到0.1MPa，運行至2 500～3 000min基本就達到0.2MPa。而正常情況下活性炭過濾器運行一周期3 500min，其壓差基本都在0.1MPa以內。這說明原水預處理效果差，活性炭過濾器處于超負荷運行狀態，懸浮雜質極易穿透濾料層進入后續離子交換器，樹脂層出現局部結塊偏流與原水預處理差存在一定的關聯。

3.2 進水或排水裝置情況

陰浮動床進水、排水裝置采用的是襯膠多孔板配ABS濾水帽的分配裝置，其特點是能夠穩定、均勻的布水、疏水。觀察陰浮動床供水泵運行情況，未發現憋壓，說明去陽離子水通過樹脂層是順暢的，進水、排水裝置未出現堵塞情況。此外，檢查樹脂捕捉器和再生排放廢液均為未發現樹脂泄漏，說明進水、排水裝置的濾水帽未出現損壞。由于進水、排水裝置未堵塞或損壞，所以陰浮動床出現的偏流現象不是因為分配裝置布水、疏水不均勻引起的。

3.3 交換器成床情況

浮動床運行時樹脂層呈浮動狀態，與固定床相比，其對進水流速要求比較高。流速過高，瞬間產生的推力可能損壞床內裝置；流速過低，不能成床或造成樹脂層出現局部偏流。浮動床成床流速一般控制在20～30m3/h為宜，結合本裝置情況成床流量應控制在100～160m3/h較為合適。富島公司二期脫鹽水裝置一級復床除鹽系統運行流量一直都控制在110～120m3/h，所以陰浮動床按正常操作起床是不會引起樹脂層偏流的。

3.4 樹脂再生情況

富島公司二期脫鹽水裝置一級復床除鹽系統采用的是逆流再生式浮動床，即運行時水的流向為下進上出，再生時再生液的流向為上進下出。逆流再生時，若浮動床底部再生廢液排放閥開度過大，或再生液進入床體的量小于再生廢液的排放量，床內樹脂將會出干床現象。干床會導致再生液偏流、再生劑與樹脂接觸時間過短而再生不徹底或失敗，還會引起樹脂層結塊使浮動床運行時出現偏流。就排查情況來看，陰浮動床底部再生廢液排放閥開度是合適的，再生液流量也一直在設計值范圍內，所以再生過程不存在樹脂層干床、局部結塊的情況，陰浮動床再生清洗出現偏流與再生操作無關。

3.5 樹脂體外擦洗情況

為了防止在水流托起樹脂層時發生亂層現象，浮動床上部自由空間僅有2%～5%，雖然設備的空間利用率較高，但缺點是它對進水濁度要求較高且無法在交換器內進行反洗。因此，浮動床應定期或壓差高時進行體外擦洗，以便及時清除樹脂層表面的懸浮雜質，避免影響出水質量和再生效果。近幾個月，富島公司二期脫鹽水裝置陰樹脂擦洗塔因部分閥門閥板出現腐蝕內漏而未排查出來，導致陰樹脂在輸送過程出現泄漏，擦洗工作因此被耽擱，陰浮動床下室樹脂層積累的懸浮雜質未及時清除，堵塞了部分樹脂的交聯網孔，樹脂層出現結塊、偏流現象。

3.6 其他情況

離子交換器內混入雜物、樹脂老化、脫氣塔周圍空氣質量差等因素都會造成陰浮動床樹脂層局部流通受阻引起偏流。2019年5月11日，B系列陰浮動床下室出現偏流現象，經檢查發現下室樹脂中夾雜有兩個薄膜袋，事后對A、C系列檢修時未發現此類現象。此外，A、C系列陽、陰樹脂使用年限已久，部分樹脂出現老化后強度下降、抗污能力減弱，碎樹脂在樹脂層中極易引起抱團結塊。除此之外，對于鼓風式脫氣塔而言，周圍空氣質量差會使陰浮動床進水濁度升高，引起樹脂交聯網孔堵塞、交換器壓力降增加、樹脂層局部結塊偏流。

綜合上述情況，基本可以判斷富島公司二期脫鹽水裝置一級復床除鹽系統A、C系列陰浮動床多次出現偏流主要與原水預處理效果差、樹脂使用年限長部分樹脂出現老化、陰樹脂擦洗塔故障導致陰樹脂未得到有效擦洗等因素有關。

3.7 陰浮動床偏流的處理措施

要解決陰浮動床再生清洗時出現的偏流現象，最有效方法是對A、C系列陽、陰樹脂進行整體更換，但考慮到樹脂更換成本較高且耗時長、除鹽系統處于連續運行狀態不便于對某一系列復床交出檢修，目前防止陰浮動床偏流的最有效措施如下：

（1）嚴格控制原水質量。當水質出現異常波動時，應及時協調凈水廠進行加藥量的調整、做好原水混凝澄清、消毒殺菌工作，確保原水預處理效果，并根據活性炭過濾器壓差情況及時進行反洗，可以在不跑活性炭的情況下，適當提高反洗強度、延長反洗時間，確保反洗效果。

（2）控制好成床流量。陰浮動床由于采用的是泵直接供水，起床時應先開出口閥，再開入口閥，最后關小供水泵出口閥至適當開度，以免泵啟動后出現床體憋壓或高流量沖擊床內裝置。成床后流量不得低于100m3/h，以免因流量過小而無法成床或產生偏流。若成床效果不佳，可以適當提高進水流量，待樹脂層達到最佳成床效果后，再按工藝要求調整至適當流量。運行過程中應避免出現流量頻繁斷崖式波動而引起落床亂層、偏流。

（3）確保每季度進行一次的樹脂體外擦洗操作。體外擦洗時可適當延長樹脂輸出和返回時間，確保樹脂輸送徹底。擦洗操作應按照“先強后弱”的擦洗順序進行，強型樹脂返回后應排空擦洗塔，避免細碎樹脂和擦洗下來的雜質混雜進后續擦洗的弱型樹脂中。空氣擦洗、反洗操作時應控制好氣洗、水洗流量，反洗至排水清澈無懸浮物為止。

（4）嚴格控制再生操作。樹脂失效后應確保樹脂層平穩落床以防止亂層，落床后要及時進行再生，避免落床時間過久導致樹脂層壓實出現局部結塊。再生時再生時間不宜過長，防止樹脂層被壓實。再生后進行循環清洗時，應控制好起床流速，確保樹脂層成床效果。

（5）嚴抓檢修質量關。崗位人員應確保交換器檢修時全程都在監管視線之內，防止檢修過程中出現雜物摻進樹脂的現象發生，一旦出現，應及時糾正。

若日常維護操作嚴格執行以上措施，陰浮動床再生清洗時依舊出現偏流現象致使水質不達標，可以對產生偏流的床室樹脂進行體外擦洗操作，然后按1.5～2倍的再生劑用量進行再生。

4 結束語

在離子交換脫鹽水工藝中，由于工藝技術的不斷改進，現如今很少出現樹脂污染、變質、結塊偏流等情況，只要把握好樹脂再生效果，便可以確保穩定生產。至于本裝置所遇到的陰浮動床再生清洗階段下室樹脂層出現偏流現象，只是幾種客觀因素巧合碰到一起了，從目前的處理效果來看，偏流故障基本消除，再生效果明顯改善。當然一級復床除鹽系統A、C系列樹脂使用年限已到，擇機進行整體更換也是很有必要的。