一起双室浮床跑树脂事故的分析及防范

2012-08-18靳晋陵

电力安全技术 2012年1期

靳晋陵

(阳城国际发电有限责任公司，山西阳城 048102)

1 双室浮床运行方式

某电厂锅炉补给水水源为泉水，其水质属于碳酸盐型，硬度高，含盐量大。根据补给水的水质特点，锅炉补给水处理系统采用机械澄清、纤维过滤、一级除盐加混床。具体处理流程为：水源地来水→生水池→生水泵→生水加热器→空气分离器→机械搅拌澄清池→澄清水池→澄清水泵→高效纤维过滤器→双室双层浮动阳床→除CO2器→中间水箱→中间水泵→双室双层浮动阴床→混床→除盐水箱→机房。经过锅炉给水处理系统，电厂补给水满足了电力生产要求。

电厂补给水原水的浊度呈显著的季节性变化。在降雨量大的7-8月，原水浊度大，这个阶段为浑泉期，原水必须经混凝澄清后过滤。其他时间原水的浊度小且浊度稳定，为清水期，原水可不必经过混凝澄清而直接进入过滤器进行过滤。高效过滤器采用纤维滤料，保证了出水浊度满足双室浮动阳离子交换器的进水要求。

双室浮床设备由壳体、管系、进水装置、出水装置、再生液分配装置等组成。双室浮床设备直径2 200 mm，筒体内部设有上、中、下3块滤水隔板，将整个筒体分成上下2个室。每块隔板上装有滤水帽，其中中、下隔板的滤水帽为多孔板双头水帽，上隔板的滤水帽为多孔板单头水帽。上室充填001*7强酸树脂，层高为2 000 mm，下室充填D113大孔弱酸树脂，层高为1 200 mm。树脂层的上部充填浮动床专用的惰性树脂，其充填高度为200 mm。

2 事件经过

2009-09-27T08:30，电厂2号列一级除盐加混床投运，设备运行正常。运行流量110 t/h，设备压差0.15 MPa，阳床入口压力0.4 MPa。16:20，运行人员发现设备流量骤降至60 t/h，中间水箱液位急剧下降，无法维持。现场检查发现，双室双层浮动阳床出口树脂捕捉器内充满树脂，判断阳床出口装置发生损坏，导致树脂从阳床内跑出，随即停运设备。维护人员打开阳床顶部人孔门后发现，阳床上隔多孔板装置上有大量树脂。

经检查，有一个水帽断裂脱落。在更换破裂水帽、清除跑出的树脂后，试运设备。试运后，阳床树脂捕捉器内很快又充满树脂，同时又有一个水帽(不是新更换的水帽)发生破裂脱落。检修人员打开阳床上室人孔门检查，上室树脂湿润且存在大量水，即阳床内部的水并没有完全放完。检修人员将上室树脂全部掏出进行检查，大量水从阳床排水管排出，上室树脂表面存在一个厚度为15 cm左右的破碎树脂和泥渣层。更换新的水帽后，设备恢复正常。

3 事故原因分析

3.1 多种因素导致阳床聚集破碎树脂

(1) 在树脂的制造过程中，由于原料中各组分的聚合速度不同，导致树脂颗粒的结构不均匀。这种不均匀性使得树脂在转型过程中因各部分膨胀和收缩程度不同，产生不均匀的内应力，造成树脂高分子链断裂、活性基因脱落、结构疏松、强度下降，最终导致树脂发生裂纹而破碎。

(2) 与固定床相比，树脂在双室浮床运行时受到高速水流冲击而被挤压的压力要远大于在固定床运行时所受到的压力，使得树脂破碎率大大增加。另外，双室浮动床普遍采用体外清洗操作。树脂在进行体外清洗时，树脂颗粒间的摩擦、树脂与管道及设备壁的摩擦以及空气混合擦洗等，均会加大树脂的磨损。

(3) 电厂的树脂擦洗设备运行情况不理想。在进行树脂的擦洗工作时，破碎树脂不能有效排出，擦洗工作只是消除了树脂的结块、粘连。造成这种情况的主要原因是：树脂擦洗罐罐体内部上排水管道装置均设有滤网，对树脂进行反洗时分离出的大量破碎树脂随水流聚集在滤网处无法及时有效排出，时常发生堵塞滤网的现象，严重时甚至导致无法出水，使树脂的反洗工作不能有效进行。最终造成阳床体内的破碎树脂越积越多，床体差压不断增大，设备出力不断下降。

3.2 破碎树脂导致水帽破裂脱落

阳床在投运成床时需要较大流量的水。投运瞬间阀门全开，大量带压水和树脂产生巨大的向上冲击负荷，这种冲击负荷最终直接作用在阳床的出水装置上，多孔板和水帽承压。同时，由于上室树脂内的破碎树脂增多，设备压差不断增大，多孔板和水帽所承载的负荷更大，多孔板和水帽就可能发生严重变形和老化。当水帽承载的负荷超过其所能承载的极限负荷时，就会导致水帽破裂而脱落。

由于在初次检修时仅仅是对损坏的水帽进行了更换而没有对破碎树脂进行清理，也就是没有消除水帽破裂老化的根本因素，因此水帽破裂脱落的情况可能再次发生。由于隔板上的水帽健康情况不同，老化程度相对严重的水帽就会先被压坏，最终破裂脱落。

有裂纹的树脂可承受的挤压力与正常树脂相比已大为降低。当树脂可承受的挤压力降至一定程度时，床体的压差就可使树脂破碎。树脂破碎后，树脂碎屑会堵塞滤水帽，交换器配液装置和排液装置通流面积减小，导致交换器进出口压差进一步加大，这又加速了树脂的破碎，如此形成恶性循环，最终导致设备出力降低。严重时可能造成浮床因无法达到规定的成床流速而导致成床失败。

3.3 破碎树脂层粘连、结块导致设备放水不彻底

在正常情况下擦洗树脂，树脂在水流的筛分作用下破碎树脂从完整树脂中分离出来最终排走，罐体内保留了完好树脂。但由于电厂擦洗设备本身的原因，擦洗的结果仅仅是排出了树脂内的细小泥沙，而无法排出破碎树脂。擦洗的最终结果是：树脂在水力筛分的作用下，在擦洗罐内形成破碎树脂和完好树脂分离，如图1所示。这种分布情况也随着树脂在从擦洗罐到阳床的转移中完整地保持在阳床内，在阳床内形成如图2的状态。

汛期来临时，由于原水中的悬浮物和泥沙含量急剧增加，增加了高效过滤器的负担，也使得阳床的入口水质变差。当这些杂质进入阳床后，较大的颗粒会被截留在下室内，而相对细小的颗粒在水力作用下会通过完好树脂间隙进入阳床上室。由于破碎树脂层的间隙相对于完好树脂层要小很多，因而细小的颗粒就被截留在阳床上室的破碎树脂层内。随着设备运行时间的延长，被截留的泥沙渐渐和破碎树脂粘连在一起，最终在阳床上室形成了破碎树脂和泥渣的混合物。

在设备运行时，破碎树脂层被压实，近似一个整体留在完好树脂上层，这也增大了设备压差，从而导致更多树脂发生破碎。在设备排空放水时，由于破碎树脂层的存在，上室内破碎树脂层以上的水不能有效通过(排走)。随着阳床内水位的下降，上室内的树脂下降到中间隔板处后，由于隔板的存在停止下移。这时下室树脂在下移的过程中，由于破碎树脂层的存在，使得在下室内的树脂和中间隔板之间逐渐形成一真空区，使得放水不能继续，最终出现上室内的水流不走，下室内的水放不完的现象，如图3所示。检修人员用铁锹去掏树脂的时候，相当于破坏了相对严密的破碎树脂层，造成破碎树脂层出现空隙，破坏了阳床下室内的真空，才使阳床内的存水得以彻底排空。

破碎树脂层仅出现在阳床上室而没有出现在下室，是因为阳床上室树脂为凝胶型且量大，而下室树脂为大孔型，量少。凝胶型树脂直链的苯基体多，抗氧化能力弱，且容易污染老化；大孔型树脂交联度高，抗污染力强，机械强度大、耐溶胀，耐磨损，且不易碎裂。

4 防范措施

从以上分析可以得出：大量破碎树脂的存在是导致这次设备跑树脂的根本原因。因此如何消除设备内的破碎树脂，就成了补给水处理的工作重心。对此可从以下几方面入手，做好防范措施。

4.1 选购合格树脂

鉴于双室浮床存在运行流速高、运行阻力大以及反洗时破碎树脂难以清除等情况，在选购树脂时要选择粒度均匀、交换容量大、机械强度高、转型膨胀率小的树脂。树脂的白球粒度在1.5～2.5 mm之间比较适宜用于双室浮床中，因为密度小、硬度大、化学稳定性好的白球，在运行中能起到很好的疏水、滤水作用。

4.2 控制操作参数，优化运行工况

加强设备巡检，保证设备压差≤0.15 MPa。当发现设备压差增大后，要及时对树脂进行擦洗，减缓树脂破碎，延长树脂使用寿命。

4.3 改造树脂擦洗罐

树脂擦洗罐罐体内部上排水管道装置处装设的滤网，其主要作用是防止输送树脂时树脂从擦洗罐中跑出，但这也同时阻碍了破碎树脂的顺利排出。

为此，电厂对树脂擦洗罐(图4)进行了改造，将上排门1出水装置处的滤网拆除，保留了上排门2出水装置处的滤网。改造后，在输送树脂时，关上排门1，开上排门2；在反洗时，开上排门1，关上排门2。这样既可以保证输送树脂时不跑树脂，又可以在反洗时将破碎树脂排出，大大改善了擦洗效果。

4.4 分析确认水帽破裂原因

一般来说，造成水帽破损的主要原因有以下2个方面。

(1) 由于水帽自身存在质量问题或使用年限长而老化。这种情况之下对水帽进行更换即可。

(2) 由于其他因素影响造成水帽破损，如这次事故中由于破碎树脂增多、堵塞导致的水帽破损。出现类似情况时除对破损水帽进行更换外，还必须分析水帽破裂的原因，从根本上解决问题。

4.5 加强高效过滤器出入口的水质监测

在清水期间，由于原水浊度低，浊度<2.0 NTU，过滤器出水浊度<1.0 NTU原水可不必经过混凝澄清。在浑泉期间，原水泥沙含量急剧增多，水质变浑，浊度>5.0 NTU，这时需要迅速投运机械搅拌澄清池，并调整加药量，优化澄清池运行工况，确保设备及早正常运行以净化原水，保证后续过滤器的正常运行。

4.6 确保高效过滤器正常有效运行

电厂使用的纤维过滤器有较高的过滤效率和截污容量，可以有效去除水中的悬浮物，保证阳床入口水质。当运行压差>0.15 MPa或出水浊度>2.0 NTU时，要及时投运备用过滤器，并对过滤器进行清洗，以恢复过滤器正常工况。在汛期，要增加过滤器反洗强度和延长反洗时间；在清水期，即使纤维过滤器长期运行不失效，也应该定期对其进行反洗。对于需长时间停运的纤维过滤器，同样应定期进行反洗，最好用过滤器出水浸泡。