阳离子交换器中排支管断裂分析与改造

杨俊杰

摘要：阳离子交换器主要用于锅炉、热电站、化工等水处理的前道处理，中排绕丝管是罐体内进出水的重要部件，提升绕丝管的机械物理性能对于设备出力的稳定性非常重要。本文通过对四平某酒精厂的阳床中排管的故障分析，并结合实际，提出了改造方案，解决了运行中的问题。

关键词：槽钢规格;绕丝管;交换器

引言

我公司于2018年末为四平某酒精厂承建的阴阳床系统设计规模为Q=80m3/h，引入原有的系统管道，弥补原有水量的不足。本阳床设计高度4600mm，其中阳树脂层高度2000mm，中排主管为DN80不锈钢sus316L无缝管，支管采用DN50不锈钢316L绕丝管包网，支持横担采用C8衬胶国标槽钢。

1问题

在工作数月之后，出现了跑冒树脂的现象，同时出力开始下降。运行人员立即停止再生。随后检修人员在检修打开人孔并清除树脂之后发现槽钢发生大幅弯曲变形，部分绕丝管根部断裂。通过解剖发现槽钢内部出现应力腐蚀现象，大部分断裂的绕丝管分布在槽钢变形的最大处，而单体绕丝管的断裂处大部分为绕丝管与主管的连接处。

2原因分析

通过与现场工作人员的沟通，以及对拆卸物品的研究得出以下结论：（1）操作人员工艺流程问题。阳离子交换器的通用常规操作为运行-反洗-再生-置换-正洗，本阳离子交换器因为现场实际原因并没有采用除盐水进行反洗，在常规工艺下，使用阴床水进行反洗导致树脂层上部发生板结，阻力逐步增加，最终超过衬胶槽钢弯曲强度，导致发生设备失效。工艺原因为本次故障的主要原因。（2）槽钢规格偏低以及衬胶工艺不合 理。本阳离子交换器的规格尺寸为φ2000，槽钢选用C8的国标型材，长度1600mm。槽钢采用喷塑处理，连接孔处通过人工挖孔，对于出现的漏电缺陷采用人工手涂修补料。这种工艺方式的优点操作简单，耗时少，外观好。缺点塑层分布不均匀，局部可能出现塑层厚度小于最小允许厚度，修补质量差，漏电现象时有发生。通过对衬胶槽钢横担最大变形截面解剖分析，发现内部发生腐蚀，腐蚀可见明显的路径与趋势。可以得出以下结论：首先因为衬胶质量原因局部塑层偏薄，在反洗过程过程中涂层被反复摩擦，最终导致漏铁，腐蚀现象开始发生。由于阳床在再生过程中介质为HCL，其对于Q235B碳钢的腐蚀速度是非常快的，很快导致截面大部分被腐蚀，而未被腐蚀的部分无法承担反洗所带来的压力，最终导致槽钢横担变形。（3）绕丝管筛条强度不足与连接方式不可靠，304材质的边条截面宽度2mm，缝隙流通空间1mm，整体外形结构为圆形，端部封闭白钢板厚度为3mm，四周无加强筋。连接方式为1.5寸管螺纹，单边厚度2.5mm。（4）设备内部使用的材质不合格。在阳床运行过程中，水具有很强的酸腐蚀性，并且水中含有大量对金属破坏作用的CL-离子，含有H+、CL-离子的水对金属具有很强的腐蚀性，普通不锈钢材质是不符合使用要求的，因此必须使用含有一定比例Cr、Ni、Ti等元素组成的不锈钢材料制作的零件，例如：1Cr18Ni9ti、316L等耐盐酸腐蚀的材料制作零部件。在我们进行检查修理过程中，发现许多连接螺丝材质不符合要求，腐蚀严重甚至已经断裂，从而使中排系统的局部受到应力分布不均匀，而引起整个中排装置损坏。（5）阴离子交换器再生原因：运行人员未按操作规程操作，导致 意外情况的发生，致使中排装置弯曲变形。

3整改方案

（1）首先在操作工艺上进行改进，使用反渗透浓水进行反洗。浓水含盐量虽然较高，到浊度保持在1ntu以下，无肉眼可见杂物，完全符合过滤器反洗条件，降低树脂板结的可能性。另外对反洗工艺进行改进，在五次大反洗以后进行一次小反洗，可以避免树脂填料板结。设备再生和大反洗操作时，认真检查设备的当前状况，防止设备内部进、排水产生大的压差。降低再泵的出口压力。避免同时启动多台水泵针对一台或很少的设备，防止水头压力对设备造成冲击。（2）中间排液装置必须牢固地固定 在专用的支架上，为防止中排装置的损坏。对横担进行改进，采用C10的国标槽钢，两段进行机加工钻孔。采用传统衬胶工艺，胶板拼接接口处重叠长度不低于10mm，以后进入硫化罐保持压力0.4MPa，温度150摄氏度固

化，2.5小时后测试硬度，不低于90HRA。12000V漏点测试，对漏点就行补塑，确保最终无漏点。对边角毛刺进行处理，降低表面粗糙度。安装时轻拿轻放，避免暴力施工。（3）采用新型中排支管。原有支管体积较大，  易老化开裂而造成中排漏料，所使用支管的设备维修周期较短。近年来德国、日本先后采用了插管式支管，它使整个中排装置位于压脂层上部。从而避免了压脂层压差过大对中排装置造成的不利影响。由于插管式支管布水性能较差些，近两年国内开始采用了六边形不锈钢绕丝中排支管，该支管通过不锈钢丝间的缝隙进行滤水，它的受力面积较小绕丝管改为正六边形结构，产线加加强筋，同时轴向每100mm加箍筋一道，箍筋直径不小于2mm。绕丝管与中排连接方式改为法兰连接，法兰公称压力1.0MPa。（4）加强人员专业技能的培养。设备管理方面：利用大修和日常维护，做好各个设备部件的检查和检修工作，发现设备缺陷及时消除，杜绝设备带病运行。同时，为了避免水位低，而运行人员不能及时发现，专门设置了中间水箱液位低报警，低于0.7m时，电脑监控画面就会出现提示框，同时会发出报警声音，提醒运行人员调整中间水泵的出水流量，避免出现液位过低、中间水泵空泵運行和停止中间水泵蓄水事件的发生。

4改造效果

经过改造的绕丝管，横担在新工艺的指导生产下，使用一年中，再 未出现过漏料等问题，说明内部结构完好。小反洗的使用使中排不再承受更大的冲击力，从而提高了疲劳强度，增加使用寿命。因此证明改造比较成功。通过对设备进行检查和维修，并针对存在的问题、故障原因进行分析，对设备进行了较为客观的判断，同时也借鉴了未出现同类故障相关设备，研究分析并提出了改进方案，从将中排装置进行加固处理，调整运行方式入手，确保了水系统中排装置的安全经济稳定运行，进行了一系列改进后的设备，经过一段时间运行，未出现同类故障，因此改进收到了预期的效果。

5结论

（1）阳离子交换器在长时间未反洗运行后，填料内部受力不均匀，局部发生板结，从而导致部分树脂不参与运行;而板结的填料又会对中排产生压力，从而导致中排受损。（2）不锈钢圆形绕丝管在没有足够拉筋的 情况下，抗拉强度不足，在不恰当工艺下造成中排变形，最终导致断裂。（3）运行值班人员加强运行监控。提高运行人员责任心，定期对设备进行小反洗和大反洗操作，防止设备内部树脂层出现板结、絮沉物聚集过量等问题。设备超负荷运行，预处理设备存在着较大的缺陷，当系统运行工况不稳定时，常会造成离子交换器运行压差过大，如果在运行上不加以控制，设备上不加以管理，技术上不加以更新改造，很容易使离子交换器中排损坏。（4）对设备内部使用的螺丝等零部件严把质量关。验检合格的 零部件才可以使用，防止不合格零部件使用到设备中。

参考文献：

[1]李建荣.浅析提高锅炉智能化安全节能环保运行的方法[J].智能城市，2018，4（24）：107-108.

[2]董硕.电站锅炉能效测试计算与管理系统的研究与开发[J].北京邮电大学，2014.