除盐水系统混床进水布水管堵塞原因分析及处理

梅武丰

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）

0 引 言

混床，全称混合离子交换器，就是将阴、阳树脂按一定的比例均匀混合装在同一个交换器中，水通过树脂层时同时完成阴、阳离子交换过程的除盐水设备。混床的本体是个圆柱形承压容器，有内部部件和外部管路系统。混床内部部件有上部进水部件、下部集水部件、碱液分配部件、进酸部件及压缩空气进口部件，在阴、阳树脂分界处设有中间排液部件。混床制水的操作非常简单，只需打开上部的进水阀和下部的出水阀，即可完成除盐处理。由于混床阴、阳树脂在同一个交换器内工作，再生前需将2种树脂分离，制水前需将2种树脂重新均匀混合，因此混床一个运行周期包括反洗分层→再生→树脂混合→正洗→制水5个步骤。

1 混床布水绕丝管筛孔堵塞问题

海洋石油富岛有限公司（简称富岛公司）二期化肥厂脱盐水装置混床阴、阳树脂按照1∶1（体积比，下同）的比例进行装填，阳树脂为D003NJ型，阴树脂为D203NJ型。混床运行方式为三开一备，单套设计流量为180m3／h，主要是对一级除盐水、蒸汽冷凝液和透平冷凝液进行精制处理，所得精制水作为富岛公司二期化肥厂、甲醇厂的锅炉补水，精制水水质指标为电导率≤0.2μS／cm、SiO2≤20μg／L、制水批量为50000m3。2019年6月，混床D0506C制水时进、出口压差偏高，检查发现混床布水绕丝管筛孔被红褐色絮状物、细碎树脂堵塞，树脂卸出至体外树脂槽后，树脂槽水面漂浮着一层粘有细碎树脂的红褐色絮状物；与此同时，4套混床制水时均出现进、出口压差偏高的问题，反洗时甚至出现流量提升不上去及床体憋压的情况。

2 原因分析

从4套混床的检查情况来看，混床进水布水绕丝管筛孔堵塞是由于红褐色絮状物和细碎树脂共同作用的结果，要想解决绕丝管筛孔堵塞的问题，先得了解红褐色絮状物和细碎树脂究竟是怎么产生的？

2.1 红褐色絮状物的产生

冷凝液中的含铁化合物组成比较复杂，常常是各种含水氧化铁的混合物，受污染的冷凝液的颜色是红褐色，且设备腐蚀越严重，冷凝液的颜色越深。分析认为，进入混床的铁主要来自于富岛公司二期化肥厂合成氨装置和尿素装置的蒸汽冷凝液、透平冷凝液，虽然含铁冷凝液进入混床前经过腈纶棉除铁过滤器处理，但这种除铁过滤器只能除去冷凝液中的悬浮铁，不能去除冷凝液中的Fe2＋，而Fe2＋进入混床后会氧化成Fe3＋继而形成Fe（OH）3絮状沉淀沉积在树脂表面，同时还会吸附水中的其他悬浮杂质；混床制水时这些含铁絮状物会增大水流阻力，造成混床进、出口压差偏高，混床反洗时这些絮状物会从树脂颗粒上洗脱下来，由于水力作用聚集在进水布水部件上，甚至进入绕丝管筛孔内引起堵塞。

2.2 细碎树脂的产生

离子交换树脂在使用过程中，老化、摩擦、挤压、周期性转型使其体积胀缩以及高温、氧化等原因，都有可能造成树脂颗粒破裂。

（1）树脂老化。富岛公司二期化肥厂脱盐水装置混床树脂自2009年4月大修更换至今已有11a，树脂使用时间长，已步入加速老化期，部分树脂老化后颜色变深、强度下降，无法抵抗频繁膨胀收缩带来的交变应力而破碎。

（2）高温。离子交换树脂热稳定性差，使用时若水温过高，会降低树脂的强度，引起树脂碎裂。例如，富岛公司二期化肥厂脱盐水装置回收的蒸汽冷凝液和透平冷凝液，温度较高，影响混床树脂，特别是耐热性能差的强碱性阴离子交换树脂的使用寿命受到影响。

（3）摩擦、挤压等。生产过程中，离子交换树脂会因反复的机械摩擦（如经常反冲洗、快速水力输送、交换流速过大、空气擦洗等）而破碎。例如：混床树脂再生后需通入压缩空气进行搅拌混合，若操作压力过大，会使树脂受到摩擦、挤压；此外，离子交换树脂有时在高压力、高流速状态下运行，进、出口压差太大，也会使树脂受到挤压而碎裂。

（4）树脂周期性转型。在离子交换器制水和再生的过程中，树脂离子型反复变化会引起树脂颗粒的不断膨胀和收缩，由此导致树脂颗粒机械强度降低，甚至产生裂纹、破裂，这是树脂使用过程中无法避免的问题。

3 混床堵塞问题的应对

3.1 堵塞时的应对措施

目前针对混床进水绕丝管筛孔堵塞问题制定了以下两方面的应对措施：①反洗分层时，一旦出现反洗流量提不上去和床体憋压的情况，用10～15m／h的流速正冲15～20min，然后开启充水阀、排气阀，控制30～40m3／h的充水量使悬浮在树脂层上部水垫层的细碎树脂、悬浮物通过排气管逐步排出；②混床进水绕丝管堵塞情况严重时，拆掉进水布水绕丝管，进行小反洗操作（小反洗操作时冲洗水流量视情况而定，流量过小清洗效果差，流量过大会导致树脂被大量带出），直至排放水中不含细碎树脂、悬浮物为止，拆卸下的绕丝管使用压缩空气进行吹扫，以清除筛孔内的细碎树脂、絮状物。

3.2 日常操作维护

（1）控制进水温度。虽然回收的蒸汽冷凝液进行了换热降温处理，且进入混床的一级脱盐水与冷凝液（蒸汽冷凝液、透平冷凝液）约按1∶1的比例进行了混合，但混床进水温度仍有40℃左右，为防止温度过高降低树脂的强度，在确保水箱不溢流的情况，应提升一级脱盐水的占比，以达到降低混床进水温度的目的。

（2）控制进水铁含量。进入混床的铁主要来自于富岛公司二期合成氨装置、尿素装置的蒸汽冷凝液、透平冷凝液，而生产中并未分析冷凝液的铁含量。因此，要控制进水中的铁含量，应严格控制冷凝液电导率在20μS／cm以内；此外，化肥装置开车初期冷凝液中的铁含量往往较高，应做到电导率不合格的冷凝液坚决不回收。

（3）严格控制树脂再生剂的品质。严格控制树脂再生剂——盐酸的品质，确保盐酸浓度≥31%、铁含量≤0.01%；再生时可考虑适当增加盐酸的用量，以提高H＋洗脱树脂内铁离子的能力；此外，还应严格控制酸、碱再生剂内的杂质含量，避免杂质进入混床后被悬浮铁吸附而沉积在树脂表面。

（4）气量、水量的控制。反洗前松动树脂、再生后阴阳树脂混合等使用压缩空气时，应先排放掉部分水，并对进气管泄压，之后再缓慢开启进气控制阀调整进气压力在0.1MPa以下，避免直接通入压缩空气对进水布水部件造成冲击而致细碎树脂、含铁絮状物挤压进绕丝管筛孔内；反洗时冲洗水流量宜控制在设计流量（120m3／h）的约1／2，避免反洗强度大导致进水布水绕丝管筛孔被细碎树脂、含铁絮状物堵塞，进而导致反洗排水不畅。

4 除铁技改思路

上述应对措施落实后，混床进、出口压差已控制在0.1MPa以内，达到了预期目的，但要想从根本上解决细碎树脂、红褐色絮状物等堵塞进水绕丝管筛孔的问题，需更换混床树脂和提高冷凝液回收系统的除铁效率。

2019年4月系统大修前，冷凝液电导率在10μS／cm以内，大修后一直在15μS／cm左右，从混床内出现大量红褐色絮状物来看，这一变化主要由冷凝液含铁量增高导致，因此，仅仅更换树脂未必能达到预期效果，更需通过以下几个方面的技改加强除铁。

（1）去除冷凝液中的悬浮铁。近两年来，腈纶棉除铁过滤器进、出口压差一直比较低，故腈纶棉除铁过滤器滤芯更换周期较长，但实际情况是混床内悬浮铁含量明显较以往高，这表明腈纶棉除铁过滤器除铁效果并不理想。因此，应考虑选用过滤孔径恰当的腈纶棉滤芯，或缩短滤芯更换周期（如3～6个月定期更换），以提高除铁过滤器的除铁率。

（3）去除树脂颗粒表面的吸附铁。混床反洗分层前，从底部通入压力0.1MPa、流量800 m3／h的压缩空气，不仅可以让压实的树脂层充分膨胀，还可以使附着在树脂表面的含铁絮状物结构松散并从树脂颗粒上脱落，进而通过反冲洗达到去除的目的。

（4）树脂复苏。混床中阳树脂对Fe3＋的亲合力强，吸附后阳树脂不易再生，成为不可逆离子交换，因此，当每100g树脂中含铁量达到150mg时，就要进行复苏处理：可用4%连二亚硫酸钠（Na2S2O4）溶液浸泡树脂4～12h，也可配用EDTA、三乙酸铵和酒石酸等络合剂对树脂进行综合处理；对于树脂内部积结的铁化合物，可用10%～15%的高浓度盐酸浸泡树脂5～12h，至溶液酸度和铁含量基本不变为止。

5 结束语

目前采取的应对措施，仅仅是为确保混床连续运行的暂时应对方法，后续还是应择机更换混床树脂，并落实相关除铁技改以解决冷凝液含铁量偏高的问题。毕竟进水布水绕丝管筛孔堵塞是各混床普遍存在的问题，一旦现有应对措施处理效果不佳影响混床正常制水，就会导致精制水供应中断，继而影响富岛公司二期化肥厂、甲醇厂的正常生产，由此造成的经济损失就太大了。