硫磺制酸装置脱盐水站性能优化实践

2021-10-11黄应文

硫酸工业 2021年6期

关键词：阴离子阳离子硫酸

李游，黄应文

[威顿（中国）化工有限责任公司，贵州福泉550500 ]

当前硫酸企业正面临着前所未有的生产经营压力，各生产装置需持续改造、优化升级，以适应更高标准的安全、环保及成本管理要求。近年来威顿（中国）化工有限责任公司（以下简称威顿公司）围绕硫磺制酸装置整体性能提升做了很多努力。

脱盐水站是制酸装置蒸汽质量及安全管控的源头，威顿公司脱盐水装置于2003年建成投产，自动化程度低，操作强度大。威顿公司持续对脱盐水装置进行改造，逐步实现装置自动化控制，提升系统运行安全性和经济性。

1 装置概况

原脱盐水制水设备是一期400 kt/a硫酸配套的60 t/h废热锅炉附属装置，随一期硫酸装置从加拿大整体运回。2004年11月，二期400 kt/a硫酸装置建设，新增了无顶压逆流再生阳离子交换器、阴离子交换器、脱盐水箱和配套脱盐水泵及其管道增压泵，脱盐水制水能力提高至235 t/h。

脱盐水站通过改造扩能达到装置产能需求，但整体性能仍显不足，通过废水回用改造、交换床再生管理及手动阀改为自动控制阀等一系列优化提升措施，改造后装置总体运行良好，锅炉、省煤器、透平风机等关键设备运行正常，本质安全及性能得以大幅提升。

2 工艺流程简述

工艺水从机械过滤器上部进入，经砂床过滤后分离出悬浮物、沉淀物后进入双室固定床阳离子交换器。水中的金属阳离子被吸附交换后进入除二氧化碳器，水自上而下流经塑料填料，同空气接触，其中的 CO2被脱吸出来。去除CO2的水进入中间水箱，并由中间水泵送入双室固定床阴离子交换器，水中的阴离子分别与上、下室树脂进行交换，制得的脱盐水再进入混合床离子交换器，将残余的金属和非金属离子交换除去，出混合离子交换器的脱盐水分别送入一、二期脱盐水箱供锅炉使用。

3 脱盐水装置主要控制指标

脱盐水装置主要控制指标见表1。

表1 改造前后装置运行指标

表1 脱盐水主要控制指标

4 脱盐水装置优化措施

4.1 产能提升

一期装置2003年投产，二期硫酸装置于2005年9月投产，原配套一期硫酸脱盐水制水设备为3台UFD型阳离子交换器和3台UFD型阴离子交换器，运行周期短，再生时间长，再生废水酸碱浓度高，废水量及酸碱消耗量大，脱盐水产能为100 t/h，无法满足生产需要。

针对脱盐水装置产能不足的问题主要改进措施有：

1）增加2台混床（阴阳离子交换器），混床出水达到二级脱盐水水质。

2）更换3台UFD型阴离子交换器为2台φ2 200 mm双室浮动床阴离子交换器，上层装填弱阴树脂，下层装填强阴树脂。

3）2套硫酸装置建设低温余热回收（HRS）装置，新增脱盐水用水量63.5 t/h，脱盐水系统配套扩能：新增1台φ2 500 mm机械过滤器，更换3台UFD型阳离子交换器为3台φ2 500 mm双室浮动床阳离子交换器，增加1台φ2 200 mm双室浮动床阴离子交换器。

4）新增1台φ2 200 mm混床和1台中间水泵。

5）将除二氧化碳器由φ1 829 mm 改为φ2 500 mm。

扩能改造后脱盐水制水能力从100 t/h提高到235 t/h。

4.2 酸碱废水综合回收利用

脱盐水装置产生的大量酸碱废水排放增加了园区污水处置成本，污水处理压力越来越大，污水处理站生产能力在生产调度管理中逐步成为重点调度要素之一，一定程度上影响了脱盐水及硫酸装置运行。为减少废水排放，通过反复试验分析、对比数据，将各交换床再生过程中反洗水、初期再生水、后期置换水、正洗水等分阶段回收至循环水回用，将机械过滤器反洗水集中收集后沉淀，清水回收至循环水。分阶段回用过程特别关注循环水pH值、硬度控制，防止循环水填料、换热器结垢情况发生，避免影响装置长周期稳定运行。改造后年节约用水约65 000 m3。

4.3 脱盐水硅含量偏高治理

2003—2008年，蒸汽透平在每次检查时均发现有不同程度结垢，取样分析发现，主要是由脱盐水硅含量控制不稳定造成的。原脱盐水指标主要控制电导率，无法及时发现硅泄漏，泄漏的硅长期积累将会在蒸汽透平叶片上结垢，影响蒸汽透平出力，在反复停车清理结垢过程中，增加了安全风险，产量受损，若在清理中质量把关不严，还会导致开车后蒸汽透平振动加大等情况。

为提高蒸汽品质，提升锅炉水汽系统本质安全水平，综合考虑论证后，在原阴离子床出口脱盐水管道增设硅表，监控硅泄漏量，定期校验，严格按照指标控制硅含量，从源头治理，减少硅含量超标对蒸汽品质的影响。整改后，系统较整改前避免了出现汽机结垢停车检修现象，直接经济效益每年增加至少6万元，水汽系统安全性大幅提升。

4.4 脱盐水pH值偏低治理

装置运行多年来，中压锅炉给水泵最长运行周期为半年，一直存在检修频率高，备件损耗及检修工作量大的问题。拆检发现泵叶轮、轴均有不同程度腐蚀，影响装置安全运行。

混床出水pH偏低的原因及解决措施有：

1）树脂分层不好。由于树脂分层不良，阴阳离子树脂在再生时间断混杂，阳离子树脂在再生时将阴离子树脂污染、磨损、粒径变小、密度降低，阴阳树脂损耗不一，在装填时填充比例未掌握好。需重新按比例装填阴阳离子树脂。

2）阴离子树脂的降解、水解。强碱型阴离子树脂在使用过程中，强碱性基团不断降解，弱碱性基团不断增加，这些弱碱性基团与再生剂接触时，形成盐型弱碱性基团，正洗水pH值升高后弱碱基团会发生水解，并放出酸使pH值偏低[1-2]。需定期检查树脂并适时更新，形成生产管理制度。

3）有机物污染。阴离子树脂被腐殖酸和福里酸等吸附污染，致使树脂交换能力大幅下降，在一定条件下释放出有机酸导致出水pH值偏低，电导率升高。采用 w(NaCl)10%+w(NaOH)2%的碱性混合溶液进行处理，用热水将溶液加热到45 ℃，碱性混合溶液的用量为树脂体积1~3倍，处理流速为3~6 m/h。处理时，开始排出的处理液呈深褐色，当排出液呈淡黄色时，有机物净化处理结束。然后用脱盐水对树脂进行冲洗，再用2倍的再生药剂量对树脂进行再生。

4）再生后树脂混合不良。对再生环节重视程度不足，树脂混合不良，沉积在底部的阳离子树脂在使用初期会缓慢释放出残余硫酸再生液。需加强培训、学习及重视程度，严格管控再生质量，更新操作规程。

5）阀门泄漏。由于系统阀门较多，特别是隔膜阀在操作时由于压差等原因导致阀门过紧，不易判断是否关严，阀门微量泄漏后不易被发现，导致泄漏再生液、进口水直通交换床等。需定期逐一对交换床各阀门进行泄漏检测。

6）出水水质监控管理不严。为避免出现监控管理失效，在混床出口总管增设pH值在线监控，并辅以低浓度氨水调节控制，确保脱盐水pH值严格控制在7~8。

综合设备、工艺各方面分析管控，脱盐水pH值总体稳定，锅炉给水泵运行周期从不足半年大幅提升至一年半以上。