主页 > 新闻动态 > 除盐水离子交换器的介绍及运行过程中的现象分析和故障排除 2021-11-20

除盐水离子交换器的介绍及运行过程中的现象分析和故障排除

核电站除盐水系统本系统采用供水水源来自厂生产水池，根据本项目的水源特点和目前处理系统的工艺技术状况，将本水处理工艺系统分为三个子系统，即程控超滤预处理系统、反渗透脱盐系统及EDI脱盐系统。预处理系统主要用于去除水中的悬浮物、胶体、有机物和铁锰等杂质，保证出水有机物含量及污染指数（SDI）等指标满足反渗透进水要求。反渗透脱盐系统及EDI系统主要用于去除水中各种溶解固形物即盐份，使产水满足锅炉补充水的水质要求。
一、方家山YA除盐水生产系统介绍
1.除盐水系统进水和出水水质
根据电站的对除盐水水质的要求，需要达到如下指标：
电导率（25℃）<0.15μS/cm
氯化物和氟化物<0.15μg/L
硅<20μg/L
Na+<5μg/L
2.离子交换器系统设备配置及运行方式
经反渗透装置预脱盐处理后的水储存于淡水箱，经淡水泵加压进入离子交换系统，进行进一步除盐。除盐水生产工艺作为全电站的除盐水来源，出于高安全性考虑，在设计上采取冗余设计，离子交换系统分成2列，每列的出力为120m3/h。最大出力为240m3/h，产水进入除盐水箱。离子交换系统包括一级除盐系统（2台阳离子交换器和2台阴离子交换器）和二级除盐系统（3台混合离子交换器）。阳，阴离子交换器采用串联布置，分成两列，一级除盐系统出水进一步经混合离子交换器处理，三台混床并联布置。每列的阴、阳离子交换器同时运行、同时再生。两个系列可以同时运行，也可以一个系列运行，另一个系列再生作备用。
二、方家山YA厂房离子交换器失效判断依据
1.阳离子交换器失效分析
监测阳离子交换器失效的指标主要有两个。
1.1.出水钠含量超标
阳离子交换器内装有H型强酸阳离子交换树脂，按照淡水厂来水中阳离子交换能力的大小，排列顺序为Ca2+>Mg2+>Na+>H+。淡水箱来水中的阳离子与阳树脂进行H+置换反应，Ca2+首先被吸附，然后Mg2+被吸附，Na+最后被吸附。
其反应方程式为（A代表金属阳离子，R为树脂基团）：An++nRH=RnA+nH+在阳床正常运行一段时间后，沿进水方向会形成不同的“离子型”树脂层，根据“分层吸附”原理，最上部为Ca2+层，其次为Mg2+层，再次为Na+层，这些为工作层，最下部为H+层，称之为保护层。当Ca2+层“饱和”之后，由于阳离子活性的不同，Mg2+层树脂会被逐渐置换成Ca2+层，Na+层树脂会被逐渐置换成Mg2+层，离子型树脂层会出现按选择性顺序逐层下移的情况。
当工作层的底部与保护层底部相重合时，Na+首先“穿透”，随着“保护层”的失效，出水中Na+含量会迅速增加，并很快达到与进水中Na+含量相似。为了达到出水指标，一般规定只要阳床出水中Na+超过50μg/L时，即可以认为阳床失效了。
1.2.周期制水量达到系统设定值
离子交换器的周期制水量，是指在产水质量达到要求指标的前提下，在一个周期内的制水量。周期制水量与淡水箱水质情况，离子交换器内树脂工作交换容量，运行流速等等有密切关系。结合每列阴阳床同时再生的原则，每列阴阳床的周期制水量被设定在30000m3。
2.阴离子交换器失效分析
阴离子交换器内装有OH型强碱阴离子交换树脂，按照阳床来水中阴离子交换能力的大小，排列顺序为SO42->Cl->HC03->HSiO3->OH-。
利用这一特性，可以确定阴床的失效点。当阳床产水进入阴床时，SO42-首先被吸附，然后是Cl-，再次是HC03-，最后被吸附的才是HSiO3-。
其反应方程式为（B代表金属阳离子，R为树脂基团）：Bm-+mROH=RmB+mOH-一般规定阴床出水硅表大于50μg/L，即可以认为阴床失效。
三、方家山YA厂房离子交换器运行过程中的现象分析
1.阴床失效时，出水电导率变化
阴床进水是从阳床交换过来的，水中含有大量的强酸(SO42-、Cl-)及弱酸(HSiO3-，及微量的HC03-)，其含量与水中阳离子相同。当阴床正常运行时，水中的酸根离子被树脂吸附，水中的H+与交换下来的OH-生成电解度很低的水，而阳床“漏泄”的微量Na+则与OH-生成微量的NaOH，阴床正常出水电导率应小于1μs／cm。
阴床失效时，HSiO3-首先“穿透”，生成电解度较小的NaHSiO3，由于NaHSi03的导电能力要低于NaOH，此时出水电导率会“略有下降”。
当HSiO3-继续“穿透”，超过Na+含量时，就会生成H2SiO3，由于H+的含量增加且电导率较大，此时阴床出水的电导率又会“略有上升”。
随着阴床失效程度的加剧，以至于HCO3-，Cl-、SO42-也陆续产生“穿透"，这又会使阴床出水电导率急剧上升，由此出现上述现象。
2.阴离子交换器再生效果不佳的原因分析
1.1.再生液温度和时间。维持适当的再生液温度可以帮助洗脱附着在阴树脂上的HSiO3-，降低阴床出水中的HSiO3-含量。过高的再生液温度易使阴离子交换树脂的交换基团分解，降低交换容量和使用寿命。同时，HSiO3-在整个树脂层分布较广，被置换下的速度又比较缓慢，所以需要较长再生时间。
解决方法:碱加热水箱的出水温度大概在80℃，利用比例控制阀混合一定的冷水，将再生液的温度控制在35～40℃，同时将再生时间设定在1小时左右。
1.2.再生用碱量。再生用碱量不足时，会导致阴床的失效树脂得不到充分的再生，因而会影响到阴床的周期制水量。如果用碱量过少，甚至会影响到阴床底部树脂的再生度，这样就会直接影响阴床出水水质。
解决方法:控制从高位浓碱储罐到碱计量箱的进碱量，保证整个再生过程浓碱用量在1.5m3左右。
四、方家山YA厂房离子交换器运行中存在的问题及其改进
1.YA厂房淡水箱除碳器风机应增加过滤器
在目前YA厂房运行过程中，淡水箱顶部除碳器一直未投运，原因是除碳器为鼓风式的，由于现场环境较差，空气中含有的杂质较多，在除碳器工作的同时，空气中的粉尘会被大量吹进淡水箱，污染水质，直接影响除盐床的进水水质以及除盐效果。在调试期间已经发现淡水箱内部有许多泥垢。应考虑在淡水箱除碳器风机进风口增设空气过滤器或者防尘装置。
2.YA厂房离子交换器相关气动阀故障频繁
在系统全自动启动过程及正常运行过程中，经常会发现离子交换器的阀门无法开启或者故障的情况，需要多次故障复位才能消除，其中有一部分是系统PLC控制系统反馈问题，大部门是阀门本身的问题到导致无法正常开启或者关闭。特别是在淡水泵已经启动，但是阳床的进口阀无法开启的情况下，若是及时发现并且及时消除故障，系统还是可以继续运行，但若长时间的“憋泵”势必会影响泵的正常运行。因此气动阀的可靠性有待提高。
五、教学设备的推荐与介绍