一起雙室浮床意外失效事件分析及防范

靳晉陵

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

1 設備概況

某電廠鍋爐補給水源為泉水，根據水源水質特點，設計處理流程為預處理+一級除鹽+二級除鹽，其中一級除鹽設備采用雙室雙層浮床，周期制水量2 400 t，設計壓力0.5 MPa，直徑2 200 mm，內部設有上、中、下三塊濾水隔板將筒體分為上下兩室，其中陽床上室填充001×7 強酸樹脂，層高2 000 mm，下室填充D113 弱酸樹脂，層高1 200 mm，每室上部填充浮床專用惰性樹脂，層高200 mm。

一級除鹽系統共4 套，單元式布置，程控運行，程序為：陽床清洗(15 min)→陽床投運→除碳風機、中間水泵投運→陰床清洗→陰床投運(導電度＜5 μs/cm)→設備運行→設備失效(陰床出水導電度＞5 μs/cm)→設備再生。

2 事件概述

2019 年進入4 月份以來，1 號、2 號列一級除鹽設備周期制水量突然減少，1 號列降至1 800 t，2 號列降至2 100 t，時隔不久，又發生了一起在投運1 號列一級除鹽設備過程中導致2 號列一級除鹽突然失效停運的事件。具體過程如下。

2019-05-15，2 號列一級除鹽設備處運行狀態，陽床床體壓力：0.4 MPa，陰床出水導電度：0.245 μs/cm。10:40，開始程控投運1 號列一級除鹽，清洗陽床約10 min 時，2 號陰床出水導電度開始出現增大趨勢，在1 號陽床清洗結束，投運除碳風機及中間水泵進行陰床清洗3 min 后，2 號陰床出水導電度上漲至5 μs/cm，導致2 號列一級除鹽失效，設備程序停運退出運行。13 min 后，1 號陰床出水導電度降至4.8 μs/cm 清洗合格，1號列一級除鹽投運開始制水，這時電腦顯示2 號列一級除鹽設備僅制水1 158 t。

現場檢查情況：1 號陽床上室樹脂大幅減少，2 號陽床下室樹脂大幅增多，幾乎占滿整個床室；1號陽床上室樹脂輸出門故障卡澀，2 號陽床下室樹脂輸入門故障卡澀。

3 原因分析

3.1 樹脂混雜直接原因

樹脂輸出(入)門卡澀是樹脂混雜的直接原因。1 號陽床上室樹脂輸出門、2 號陽床下室樹脂輸入門故障卡澀是造成兩室連通、樹脂混雜的直接原因。

設備為雙室雙層浮床，由于浮床沒有反洗空間，不能對樹脂進行有效擦洗，必須將樹脂移至專門的設備進行定期擦洗。對于該浮床，其上室和下室樹脂設計為通過樹脂輸送總門切換將上、下室樹脂分別經樹脂輸送管道送至陽樹脂擦洗罐，進行樹脂的擦洗工作。樹脂輸送總門為手動L 型三通閥，對上室樹脂轉移時關斷下室通道，對下室樹脂轉移時關斷上室通道，以此來實現樹脂的精準轉移防止出現樹脂混雜。現場檢查時，1 號陽床樹脂輸送總門保持上室和樹脂輸送管路相通，2 號陽床樹脂輸送總門保持下室和樹脂輸送管路相通。在設備閥門正常時，沒有什么影響。但是當1 號陽床上室樹脂輸出門和2 號陽床下室樹脂輸入門故障卡澀關不嚴時，會造成1 號陽床上室和2 號陽床下室連通，當兩設備間存在壓力差時，在壓差的驅動下，就會造成兩室樹脂的相互轉移混雜。1 號、2 號陽床陽樹脂轉移輸送如圖1 所示。

圖1 1 號、2 號陽床陽樹脂轉移輸送示意

3.2 樹脂混雜間接原因

2 列陽床存在著壓力差是樹脂混雜的間接原因。1 號陽床運行壓力高于2 號陽床是造成樹脂混雜，設備失效的間接原因。

一級除鹽系統為單元制設置，在陽床出口設置有中間水箱調門，用以保證中間水箱液位。該調閥為氣動閥門，由于2 號陽床中間水箱調門本身質量存在問題，當閥門關小到一定程度時，氣缸內壓力不足以維持其狀態，無法繼續關小，導致閥芯在水壓和氣壓的相互作用下打滑，進而引起閥桿劇烈振動，嚴重時常造成閥桿斷裂、閥門損壞。經試驗，當該床體壓力維持在0.4 MPa 時，可消除上述現象，為此，運行人員通過2 號陽床入口手動門調節控制維持壓力，以此來保證設備和調門的安全運行。這樣的設置，在設備及閥門正常運行的狀態下是沒有問題的，但是當2 號列一級除鹽運行、1 號列一級除鹽投運時，由于1 號列壓力高于2 號列，造成1 號陽床上室樹脂在壓力驅動下進入2 號陽床下室，同時進入的還有1 號陽床成床時的部分清洗水，由于這部分水導電度巨大(經采樣化驗達到1 781 μs/cm)，嚴重污染中間水箱水質，最終導致2 號陰床出水超標，設備失效退出運行。

3.3 樹脂混雜程度不同的內在原因

床體狀態及其壓力隨機變化是樹脂混雜程度不同的內在原因。床體狀態及其壓力隨機變化是造成樹脂混雜程度不同的內在原因。床體狀態不同，壓力就不同，由此引發樹脂混雜的程度也不同，主要表現有以下幾種情況(假設1 號陽床壓力為P1，2號陽床壓力為P2)。

(1) 1 號陽床備用、2 號陽床投運及運行（P1=0，P2=0 →0.4 MPa），投運初始，由于P1＜P2，2 號陽床下室的弱陽樹脂在壓力驅動下開始進入1 號陽床上室，這種情況會一直持續到P1=P2=0.4 MPa，由于時間不長，只會造成少量弱陽樹脂進入1 號陽床上室的強陽樹脂中；2 號陽床運行階段，由于始終P1=P2=0.4 MPa，不會發生樹脂移動現象。

(2) 2 號陽床備用、1 號陽床投運及運行（P2=0，P1=0 →0.5 MPa），投運初始，由于P2＜P1，1 號陽床上室的強陽樹脂在壓力驅動下開始進入2 號陽床下室，這種情況會一直持續到P1=P2=0.5 MPa，同樣，由于時間不長，只會造成少量強陽樹脂進入2 號陽床下室的弱陽樹脂中；1 號陽床運行階段，由于始終P1=P2=0.5 MPa，也不會發生樹脂移動現象。

(3) 1 號陽床運行、2 號陽床投運及運行（P1=0.5 MPa，P2=0 →0.4 MPa），投運初期，由于P2 ＜P1，1 號陽床始終會有部分出水經通道進入2 號陽床下室參與2 號陽床的成床和運行，直至1 號列或2 號列設備制水失效停運。由于這部分水是經1 號陽床弱陽樹脂處理等同于2 號陽床成床運行后其弱陽樹脂出水，水質較好，所以整個過程中不會對2 號陽床的投運及運行產生任何影響。

(4) 2 號陽床運行、1 號陽床投運及運行（P2=0.4 MPa，P1=0 →0.5 MPa），投運初始，由于P1 ＜P2，1 號陽床會有部分出水進入2 號陽床下室。和③不同的是，由于這時進入的是1 號陽床成床的清洗水，水質很差，嚴重影響了2 號陽床的出水水質，使中間水箱水質超標，進而造成2 號陰床出水導電度超標，導致2 號列一級除鹽失效。本次事件就屬于這種情況。

需要說明的是，在后兩種情況中，如果1 號陽床成床運行時，其上室的強陽樹脂底層低于出樹脂門，則該處樹脂會經通道隨水流一起進入2 號陽床下室，直至樹脂流失到該樹脂底層高于出樹脂門為止。以上4 種情況中，前兩種情況只會造成少量樹脂發生轉移，如果停運設備有排空門內漏的現象，則這種現象會加重；發生大量樹脂移動的現象均出現在后兩種情況中。又由于一級除鹽設備的運行啟停由機組補水量決定，所以以上4 種情況都會發生，隨機性很大。最終造成的后果就是：1 號陽床上室強陽樹脂中混入部分弱陽樹脂，2 號陽床下室弱陽樹脂中混入部分強陽樹脂；1 號陽床上室樹脂大幅減少，2 號陽床下室樹脂大幅增多。

3.4 周期制水量下降的直接原因

樹脂混雜是造成1 號列、2 號列一級除鹽設備周期制水量下降的直接原因。

由于弱陽樹脂的密度要小于強陽樹脂，在設備長期的運行中，對于混入1 號陽床上室強陽樹脂中的弱陽樹脂，雖然其從上室底部進入，但在反復投運成床和失效落床的過程中，逐漸移動到樹脂層頂；同理，對于混入2 號陽床下室弱陽樹脂中的強陽樹脂，雖然從下室頂部進入，但在反復投運成床和失效落床的過程中，也會逐漸移動到樹脂層底部。樹脂混雜后1 號、2 號陽床內部樹脂分布狀態如圖2所示。

圖2 樹脂混雜后 1 號、2 號陽床內部樹脂分布狀態

強弱型樹脂發生混雜后，因為它們的離子交換性能不同，對于混入強陽樹脂中的弱陽樹脂，運行時因水中的反離子濃度很高而不能發揮作用；對于混入弱陽樹脂中的強陽樹脂，再生時因再生液濃度較低不能有效再生。最終直接影響設備的出水水質，制水量減少，經濟性變差。

4 防范措施

通過分析可知，多種因素并存導致了此次事件的發生。因此，需要從以下幾方面入手，做好必要的防范措施。

4.1 做好樹脂清洗轉移的閥門操作工作

樹脂閥門為球型閥門，這種閥門具有阻力小、密封可靠等特點，發生故障卡澀的幾率并不大，但是在閥芯附近存在樹脂或雜質顆粒的情況下，閥門在開關過程中，會有少量雜質被攜帶到閥芯和閥體的接合面，造成閥芯或閥體內表面劃傷。這些劃傷雖然輕微細小，但當長時間的運行會讓劃痕增多、加深，進而引起更多更大顆粒的夾雜。劃痕的增多、加深會造成閥門的內漏，而顆粒的夾雜會增加閥門動作的阻力，當阻力增大到一定程度時，閥門便發生開關遲滯卡澀，出現開關不到位的現象。一般只有在樹脂輸送過程中或輸送發生堵塞時才會出現閥門附近大量樹脂存在的情況，所以在這兩種情況下盡量不要操作相關閥門，減少閥門劃傷的機會，延長閥門的使用壽命。

4.2 做好陽床的運行調整工作

在一級除鹽設備的運行過程中，常有通過調整陽床入口手動門來控制陽床運行狀態的操作，比如上述運行人員利用陽床入口手動門來調整陽床運行壓力的方式來保證中間水箱調門的安全運行，這是不正確的。因為陽床在運行時，樹脂交換下來的H+會與水質的HCO3-反應，產生大量過飽和CO2，由于床體保持正壓，這些CO2會溶入水中，不會對陽床的運行產生不利影響。當設備經入口手動門調整降壓后，這些過飽和的CO2會從水中逸出，并在床層中產生大量氣泡，這些氣泡會阻礙水的流動，破壞水流均勻性，嚴重時，會造成設備強烈震動。

另外，設備在降壓的同時也會引起流量的降低，影響設備正常出力，對于浮床設備，還會影響成床效果和出水水質。

4.3 做好異常現象的分析判斷工作

任何設備事故的發生，都有一個從量變到質變的過程，都要經歷從設備正常、隱患出現再到事故發生這三個階段，如果能在設備隱患發生質變前及時發現和處理設備隱患，就可以有效防止事故的發生。在此之前，運行人員也曾發現2 號陽床下室下層有少量強陽樹脂，卻不能正確研判出樹脂閥門發生故障內漏，反而認為這是由樹脂清洗工作過程中樹脂輸送不徹底形成的。由于運行人員未能對早期出現的異常情況進行正確的分析判斷而采取有效措施，導致異常的擴大、事故的發生。

4.4 做好設備的技術改造工作

技術改造是消除設備隱患的一種常見方式，上述床與床之間和樹脂擦洗系統之間僅靠樹脂出入口閥門來進行隔離，當閥門存在故障后極易造成樹脂流失，因此需要采取一定的措施，對設備進行必要的改進。比如在樹脂輸送總門后加裝手動門(見圖3），該閥門僅在進行樹脂清洗輸送工作時打開，其余時間保持關閉狀態。對于制水設備來說，樹脂輸送總門的二選一功能避免了輸送樹脂過程出現誤操作導致的床體強弱型樹脂的混合，實現了強、弱型樹脂的有效物理隔離；增設的手動門可避免樹脂輸入、輸出閥門卡澀內漏引起的樹脂流失，實現制水設備樹脂系統的安全有效隔離。這就從兩方面徹底杜絕樹脂混雜和流失的可能，保證系統的安全。

4.5 做好設備部件的管理工作

管理工作做好了，就可以保證設備穩定運行，并將設備隱患扼殺在搖籃里。首先，要了解掌握設備的基本參數及適用環境，從設備結構分析設備存在的缺點及容易出現的問題，總結相應的解決辦法及注意事項；其次，對存在問題的設備盡早做好設備的采購計劃，做到設備無法使用時可以有足夠的備件替代；最后，對存在隱患的設備部件該改則改，該換則換，避免后續引起更大的問題等。如果對存在質量缺陷的2 號中間水箱調門和故障卡澀的樹脂輸出、輸入門及早進行更換，也不會有本次事件的發生。

圖3 加裝閥門后系統布置

4.6 做好設備的巡檢工作

巡回檢查制度是及時發現設備缺陷、設備運行異常的有效手段，也是確保設備安全經濟運行的重要環節。運行人員應在具備扎實的理論知識和豐富的工作經驗基礎上，按照規定的巡視路線和次數進行認真、細致的巡檢工作。檢查時，應攜帶所需的工具如手電筒、聽棒等，做到眼看、耳聽、手摸、鼻嗅等；對特殊方式運行的設備應增加巡檢的次數和項目，對發現的問題應詳細記錄在日志中，并及時填寫缺陷報告單等。只有運行人員將巡檢工作做實、做細，才能確保設備的安全運行。