凝結(jié)水精處理陽樹脂硫酸再生系統(tǒng)優(yōu)化分析

畢會鋒

（博萊克·威奇北京工程設(shè)計有限公司，北京 100012）

1 前言

越南沿海三期擴建為超臨界機組，精處理系統(tǒng)包括2′50%管式過濾器、3′50%高速混床系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)（包括管式過濾器旁路、高速混床旁路、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)旁路）和1 套體外再生系統(tǒng)（包括酸、堿貯存及計量設(shè)備）。體外再生系統(tǒng)為典型的“三塔”（樹脂分離塔，陰樹脂再生塔和陽樹脂再生/樹脂存儲塔）配置。考慮到越南當?shù)卣畬U水排放的氯離子的要求及濃鹽酸在運輸和存儲過程中存在的弊端，陽樹脂采用硫酸再生。

2 陽樹脂體外再生技術(shù)

當高速混床運行出水：Na＋＞3μg/L、SiO2-＞10μg/L、陽離子電導(dǎo)率（25℃）＞0.15ms/cm 或制水流量累積達額定值或進出口母管壓差大于0.35MPa，這些條件任意一個達到時，判斷混床中的樹脂失效，需要將失效樹脂送至分離塔內(nèi)進行陰、陽樹脂分離，并分別將陰陽樹脂輸送到陰、陽再生塔內(nèi)。從分離塔分離好的陽樹脂通過進陽脂門導(dǎo)入陽樹脂再生塔后，通過底部進氣閥門及底部進水閥門出水進行空氣擦洗和水反洗把樹脂清洗干凈，然后，從樹脂上部進酸閥進酸再生、置換、漂洗，漂洗至電導(dǎo)率合格。

3 陽樹脂再生調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題

3.1 稀酸管道顫動及發(fā)熱問題

2019 年5 月，系統(tǒng)調(diào)試過程中，陽樹脂第一次再生時，發(fā)現(xiàn)混和三通后稀酸出口管道顫動很厲害，而且伴隨著發(fā)熱（大于50℃）。第一次陽樹脂再生濃酸稀釋的參數(shù)設(shè)置為：稀釋水進水流量為7.5t/h，濃酸計量泵出口流量為500L/h，稀酸出口酸濃度記錄為6%，再生時間控制在2500s 左右。考慮到濃硫酸（密度比水大）有進入到稀釋水管道的風險，原設(shè)計混合三通采用濃酸底部進，稀釋水上部進，稀酸中部出的布置方式，管道采用襯PTFE 防腐。分析原因應(yīng)該是濃硫酸在稀釋過程中會放出大量的熱，而稀釋水水量較少，熱量無法被及時帶走，造成稀釋水在稀酸管道的二次蒸發(fā)，稀酸管道中存在的汽水混合物造成了管道的顫動，并且稀酸管道發(fā)熱。而且稀酸管道比較小（DN50），管道支吊架設(shè)置距離不合理，也可能是造成管道顫動的原因。

3.2 稀酸管道顫動及發(fā)熱問題解決方案

對于稀酸管道支吊架位置及距離的不合理，在陽再生塔稀酸進口位置增加了管道支架。同時，在保持濃硫酸計量泵出力不變（500L/h）的情況下，對于不同稀釋水流量下進行了驗證試驗。分別記錄稀酸濃度，并且用紅外測溫槍測量稀酸管道表面溫度，具體參見表1。

表1 不同稀釋水流量下驗證試驗

從上述表格中，我們可以看出，當稀釋水流量大于等于9t/h 時，稀酸管道顫動得到了有效的緩解，管道表面溫度小于或等于50℃，考慮到樹脂再生對稀酸濃度（4%～8%）的要求，因此，通過稀釋水進水手動球閥調(diào)節(jié)進水流量為10t/h，此條件下稀酸出口濃度為4.7%滿足再生要求，同時，稀酸管道表面溫度大約42℃。為了保證再生效果，同時，延長了再生步序中再生時間，控制再生時間大于3500s，另外，稀釋水管道管徑設(shè)計比較小（DN50）可能也是散熱不及時的影響因素，為了更好地保證足夠的稀釋水量，建議把稀釋水（除鹽水）管道更換成大管徑管道(DN65)。

4 陽樹脂再生多次后中發(fā)現(xiàn)的問題

4.1 混合三通泄露及部分管件燒毀問題

精處理系統(tǒng)運行1 年半后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)襯塑混合三通(管件⑦)和襯塑大小頭（管件）的連接法蘭處開始泄露，進行檢查后，發(fā)現(xiàn)混合三通進濃硫酸段以及和大小頭連接處燒毀。

4.2 混合三通燒毀問題解決方案

通過現(xiàn)場的檢查，我們可以確定是混合三通布置不合理造成了殘留的濃硫酸和稀釋水的反應(yīng)放熱積累，進而燒毀部分襯塑管件，因此，對現(xiàn)場濃硫酸稀釋管道進行了重新布置，改造后的布置圖參見圖1。同時，更換了混合三通、大小頭，延長了陽樹脂再生步序中進酸完成后的水沖洗時間，保證了在混合三通位置沒有稀釋水的殘留。

自完成改造以來，已經(jīng)運行了半年多，管道沒有發(fā)生過泄漏和“燒管”現(xiàn)象，這也印證了這次改造的合理性。

5 濃硫酸存儲及計量系統(tǒng)產(chǎn)生酸泥

2020 年8 月，陽樹脂再生時啟動酸計量泵后，發(fā)現(xiàn)管線流量低，檢查發(fā)現(xiàn)泵入口過濾器內(nèi)有少量酸泥，而且再生用酸計量箱內(nèi)部有酸泥。

圖1 改造后的混合三通管道布置圖

5.1 酸泥產(chǎn)生原因分析

經(jīng)過取樣化驗，酸泥成分主要是Fe2(SO4)3,其中含有部分的FeCl3分析產(chǎn)生酸泥的主要原因如下：（1）與系統(tǒng)設(shè)備反應(yīng)形成。低位濃硫酸儲罐、酸計量箱罐體以及濃硫酸管道為碳鋼;碳鋼材質(zhì)中含有Fe2O3等雜質(zhì)，根據(jù)以上材質(zhì)，在濃酸儲罐中可能存在Fe2O3和H2SO4反應(yīng)，形成酸泥。（2）硫酸雜質(zhì)中氯離子促進酸泥形成。再生系統(tǒng)用濃硫酸為越南當?shù)夭少彛捎诋數(shù)毓I(yè)水平有限，所供濃硫酸某些雜質(zhì)如氯離子超標，超標的氯離子進入濃硫酸存儲系統(tǒng)，促進了酸泥的形成。現(xiàn)場運行人員經(jīng)過對濃硫酸的二次化驗，確定了此結(jié)論。

5.2 酸泥產(chǎn)生的避免及消除

根據(jù)工程經(jīng)驗，筆者建議，適當提高硫酸儲罐及計量箱的出口標高，避免底部沉積的酸泥進入計量泵系統(tǒng)，同時，對入廠濃硫酸的質(zhì)量進行監(jiān)督，保證再生用濃硫酸各項雜質(zhì)滿足系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計要求。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

（1）凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽樹脂使用濃硫酸再生時，如果稀釋水量較小，不能把稀釋放熱及時帶走，存在稀酸管道內(nèi)的汽水混合物造成了管道的不規(guī)則顫動。（2）設(shè)計濃硫酸稀釋時，在滿足再生用稀硫酸一定的濃度（4%～8%）要求下，合理且足夠的稀釋水量能保證濃硫酸稀釋時產(chǎn)生的熱量能夠及時被帶走。（3）混合三通的布置不合理造成了部分濃硫酸和稀釋水的殘留，因此，持續(xù)的放熱累積引起了混合三通部分“燒管”。（4）凝結(jié)水精處理系統(tǒng)混床再生用酸計量泵啟動后管線流量低，是由于入口過濾器酸泥堵塞引起，酸泥的主要成分是硫酸鐵，且不溶于濃硫酸。

6.2 建議

（1）凝結(jié)水精處理系統(tǒng)陽樹脂使用濃硫酸再生時，合理布置混合三通的位置，推薦稀釋水進口和濃硫酸進口垂直布置。（2）適當增大濃硫酸稀釋水進水管道的管徑，提高稀釋水進水流量，保證足夠的稀釋水量，能保證濃硫酸稀釋時產(chǎn)生的熱量能夠及時被稀釋水帶走。（3）對濃硫酸稀釋放熱建議監(jiān)測，因此，在稀硫酸出口管道增加在線溫度探頭，監(jiān)測濃硫酸稀釋后的溫度。（4）將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)低位濃酸貯槽及酸計量箱的出口管道接口位置提高，保持與底部沉積的酸泥有足夠距離，避免濃硫酸傳輸時吸入酸泥，同時，加強對儲罐、計量箱、計量泵進口過濾器的定期清洗。