礦區供熱系統水處理裝置工作流程及常見故障分析

任華偉

摘要：沒有經過凈化處理的水中含有許多雜質，特別是鈣鎂離子，這些雜質如果不經任何處理隨給水進入換熱器內，懸浮物、膠體、無機鹽受熱或超過其飽和濃度時，就會沉降析出形成水垢、泥渣、導致金屬腐蝕，降低換熱器的傳熱效率，增加能耗。對熱交換器運行時的效率和安全性存在很大隱患。本文主要介紹礦區換熱站全自動水處理裝置工作原理、設備組成、控制方式、工作流程、經濟運行分析、操作注意事項以及運行中常出現的故障分析。

關鍵詞：工作原理;傳熱效率;經濟運行;故障分析

1.引言

目前平朔礦區共有換熱站34座，熱水制備站8座，擁有各類型水-水板式換熱器83臺，由于水中含有溶解度較小的鈣、鎂鹽類，這些鹽類有共同特性，其溶解度隨著水溫升高而下降，且變成難溶的鹽類，這種鹽類的存在，將導致換熱器由于水垢的存在傳熱效率下降，同時水垢附在傳熱面上難于清除，不僅增加檢修費用，而且會使受熱面受到損傷或發生腐蝕，降低換熱器壽命，嚴重時甚至會堵塞換熱器流通截面，使換熱器不能正常運行，因此換熱器流體水質要求非常重要，在運行管理中，必須利用全自動水處理裝置對礦區供熱用水進行軟化處理，確保水質達到《城鎮供熱管網設計規范》不高于0.6mmol/L的標準，防止換熱器結垢或腐蝕，延長換熱器使用壽命。

2.全自動水處理裝置介紹

2.1. 全自動水處理裝置工作原理

礦區換熱站主要水處理設備是全自動水處理裝置，該裝置利用鈉離子交換法，將水中的Ca2+及Mg2+的鹽類，利用置換的原理，將水中的Ca2+、Mg2+用Na+離子置換，這樣水中的Ca2+及Mg2+就會很少，鈉型樹脂在一定溫度下與溶液中鈣離子的交換反應可簡寫成：

當含有硬度離子的原水通過交換器內樹脂層時，水中的鈣、鎂離子便與樹脂吸附的鈉離子發生置換，樹脂吸附了鈣、鎂離子同時鈉離子進入水中，這樣從交換器內流出的水就是去掉了硬度的軟化水。

當樹脂吸附一定量的鈣鎂離子之后，樹脂內部吸附的鈣、鎂離子達到飽和就必須進行再生，再生過程通俗的講就是用鹽箱中的食鹽水沖洗樹脂層，把樹脂上的硬度離子再置換出來，從專業角度來說就是利用鈉離子將樹脂中的鈣、鎂離子置換出來，然后鈣、鎂離子隨再生廢液排出罐外，然后樹脂恢復初始軟化交換功能。

2.2. 全自動水處理裝置設備組成及控制方式

全自動水處理裝置主要由控制器、樹脂罐、鹽罐、強酸性鹽離子樹脂及其附屬管件組成。不同型號全自動水處理裝置其控制器型號、樹脂罐、鹽罐容積等都有一定區別。

根據控制器的控制方式全自動水處理裝置分為流量型全自動水處理裝置（即時再生型）和時間型全自動水處理裝置（延時再生型）兩種。具體選用哪種型號及控制方式的全自動水處理裝置，視每個換熱站耗水量大小及用水規律而定，當用水規律性較強時，可采用時間型控制方式;當用水不規律且原水較差時，采用流量控制方式。由于礦區供熱情況相對復雜，跑冒滴漏現象較為普遍，所以大部分換熱站選用流量型全自動水處理裝置。

3.全自動水處理裝置工作流程分析

軟化水設備工作流程有工作（產軟水）、反洗、吸鹽（再生）、慢沖洗（置換）、快沖洗、注水六個過程。

3.1. 反洗過程

當樹脂失去再生能力以后，樹脂罐出水硬度會變高，為了保證再生的效果，需對樹脂進行反洗，反洗的目的一是使壓實的樹脂層充分膨脹，再生更容易進行;二是沖洗掉在樹脂層上交換時截流下的雜質，反洗時間的長短可根據再生效果通過改變定時器上銷子的數目相應的改變反洗時間的長短。

3.2. 再生過程

當樹脂罐出水水質超過標準（大于0.6mmol/L）后，就需要進行再生。所謂再生過程，就是用一定量的適當濃度的再生劑（礦區只使用工業鹽），慢速流過樹脂使其恢復交換能力的過程。該過程不僅直接影響到樹脂的交換容量、出水質量和水處理經濟性，而且是保證樹脂能夠反復使用的關鍵性操作過程。這個過程一般需要30分鐘左右，實際時間受用鹽量、樹脂質量、樹脂容量的影響。 運行人員可通過單個運行周期內產水量的大小判斷再生時間的長短，再生時間過長會造成大量的工業鹽浪費。

3.3. 慢洗過程

鹽水流過樹脂以后，用原水以同樣的流速慢慢將樹脂中的鹽全部沖洗干凈的過程叫慢沖洗，此沖洗過程中仍有大量的功能基團上的鈣鎂離子被鈉離子交換，再生過程結束后慢洗馬上開始，這個過程一般與吸鹽時間相同，即30分鐘左右。

3.4. 快洗過程

用正洗水沖洗樹脂層，其目的在于洗凈殘余的再生劑和再生后產物及一些雜質，實際操作時大都采用短時間高流速清洗，快洗過程中大量的廢水從排污管快速流出。正洗時間以出水水質合格為止。用工業鹽做再生劑，出水硬度要合格，同時要求出水中的氯根含量與清洗水的氯根含量接近。軟化水氯根含量過高，會引起鍋爐或換熱器板片腐蝕。一般情況下，快沖洗過程為4-16分鐘。

3.5. 注水過程

硬水由閥門入口流入設備，向上流入注水器然后通過鹽水閥門再注入鹽罐，以備下次再生使用，注水時間一般6-10分鐘。

3.6. 工作過程（交換過程）

離子交換器的交換過程，實際上指交換器的運行過程，生水以一定的流速通過樹脂層，水中的鈣鎂離子和樹脂中的鈉離子進行交換，生產出合格的軟化水。

4.全自動軟化水裝置的經濟運行分析

為便于對鈉離子型全自動軟化水裝置經濟運行分析，可通過以下公式計算再生一次用鹽量，通過計算數據和實際鹽耗對比分析單耗是否在合理范圍之內：

由以上公式可知，交換器內樹脂體積、原水的總硬度、從開始運行到軟水硬度升高到0.03mmol/L時，通過離子交換器的水量、運行一個周期軟化水量、軟化水殘余硬度這些參數都是計算鹽耗的重要參數。而在實際運行當中，交換器內樹脂體積、運行一個周期軟化水量、通過離子交換器的水量等這些重要參數往往都不做統計，化驗員全憑經驗加鹽，甚至為了保證水質合格，往鹽罐內一次加入50-150KG工業顆粒鹽，雖然保證了水質，但是工業鹽單耗超出正常水平幾十倍以上，而且化驗員加鹽工作強度大。

礦區不同區域水質硬度存在一定差異，運行人員應根據區域自來水硬度、需求軟水硬度、周期軟化水量計算鹽耗。運行當中按正確的操作順序和嚴格的水質監督，遵循科學的理論計算數據，將鹽耗減小到最小，保證換熱器中水垢較小甚至做到沒有水垢。

5.全自動軟化水裝置運行操作要求

1）慢慢地打開進水閥至1/4開啟處，此時可以聽到空氣從排污管排出的聲音;待空氣排凈后，全部開啟進水閥，但進水壓力不能高于0.6MPa，否則可能造成樹脂罐開裂或機頭與樹脂罐脫扣;

2）首次運行時用水管向鹽罐內加水，并按要求加入再生用大顆粒鹽;

3）接通電源，旋轉手動再生旋鈕，啟動一次再生;

4）自動再生完成后，從取樣閥取水樣進行水質分析，合格后即可投入使用;按照操作要求設定時間或流量的再生周期。

6.全自動軟化水裝置故障分析及處理

6.1. 樹脂被污染

樹脂最常見的是Fe3+中毒。供水管道腐蝕后管道中的Fe3+進入樹脂罐會造成樹脂中毒，樹脂中毒后顏色會逐漸加深，顏色由淺黃色至棕紅再至褐色。鐵中毒的樹脂散失了交換能力，需要用10%鹽酸清洗樹脂進行復蘇，然后再用10%的食鹽水按再生的要求再生樹脂，恢復樹脂交換能力。

6.2. 樹脂流失

樹脂流失也是導致周期制水量逐漸下降的原因之一，反洗強度過大或布水器破損后，樹脂會在水流的沖擊下從布水器流出，導致樹脂短時間內大量的流失。此時需要相應的調整反洗時間或重新更換新的布水器。

6.3. 出水不達標

出水不達標可能的原因有以下幾個方面①沒有關閉自來水旁路閥;②.鹽罐中沒有加入鹽;③.注水器篩網堵塞;④.流入鹽罐的水量不足⑤.水罐內存有硬質離子⑥.分布器內管子泄漏;⑦.內部調節閥泄漏⑧樹脂罐中心管與機頭脫落等等。

采取的措施：①.關閉旁路閥;②.往鹽罐中加鹽，并保持鹽的高度;③.清洗注水器篩網;④.檢查鹽罐注水時間，如果鹽管路堵塞及時清理;⑤.根據需要反復沖洗水罐;⑥.確保分布器沒有破裂，檢查O型環和管口;⑦.更換密封環和墊片（或活塞）：⑧拆下機頭重新安裝中心管。

6.4. 軟化水設備再生程序紊亂

軟化水設備再生程序紊亂出現的原因主要是由于設備意外斷電或者是手動再生輪轉動速度過快，導致程序輪指示狀態與實際運行狀態不符，設備再生程序紊亂后重新調整的步驟如下：

1）手動逆時針撥動再生輪，使設備進入再生狀態;

2）停頓5秒鐘待多向閥平移到位后觀察出水狀態，判斷實際再生狀態（工作、反洗、吸鹽、慢洗、快洗、鹽罐注水6步中的某一步）;

3）設備斷電（拔下電源插頭）;

4）手動緩慢撥動程序輪，使程序輪指針對準控制器實際狀態;

5）設備重新上電，驗證程序是否正常，如不正常，重復以上步驟進行校正，直至設備程序正常。

7.結論

綜上可知，全自動水處理裝置在礦區換熱站中起著舉足輕重的作用，在運行管理中，如果重視不夠，不注意掌握水質標準，不準確進行水質處理，不嚴格執行水質監督，只注重出水水質不進行鹽耗分析，必然會造成鹽耗大軟水成本高、設備結垢或腐蝕，甚至影響到礦區正常供熱，增加換熱器清洗成本，縮短設備使用壽命。

參考文獻

[1] 馬志彪，譚翠萍.供熱系統調試與運行.中國建筑工業出版社，2018.

[2] 許興煒.工業鍋爐防垢除垢.中國勞動社會保障出版社，2017.

[3] 馮敏等.工業鍋爐水處理技術.海洋出版社，2017.

[4] 程寶華，李先瑞.板式換熱器及換熱裝置，中國建筑工業出版社，2018.

[5] 劉華波，何文雪.西門子S7-300/400 PLC.機械工業出版社，2017.