脱盐水系统异常工况下的判断与处理

张 喆

(中海石油华鹤煤化有限公司, 黑龙江鹤岗 154100)

1 脱盐水系统工艺流程

中海石油华鹤煤化有限公司脱盐水系统工艺流程见图1。生消水经过中水多介质预处理后作为脱盐水来水的水源,与尿素水解水混合后经活性炭过滤进入一级除盐(A套/B套)离子交换器处理成中性水。中性水与回收的冷凝液混合,经过3台混合离子交换器处理后进入脱盐水箱。回收的冷凝液由工艺冷凝液和透平冷凝液两部分组成,回收的冷凝液经一、二级换热器回收到冷凝水箱,通过精密过滤器过滤后送混合离子交换器处理,产水至脱盐水箱,随后通过脱盐水泵外送,供2路用户使用：一路由 DN200 脱盐水管线送至流化床锅炉冷渣机,换热进入锅炉除氧器后,送至尿素蒸汽冷凝液槽(V06901)补水降温,然后回收至冷凝液系统;另一路由 DN300 脱盐水管线送至合成变换工段进行预热,送入锅炉除氧器后,经高压锅炉给水泵送合成段快热后送至锅炉产汽。同时,通过中、低压锅炉给水泵将除氧器中的水送全合成变换工段中、低压废热锅炉副产蒸汽,并入中、低压蒸汽管网系统。

图1 脱盐水系统工艺流程

2 脱盐水系统异常工况下的现象

(1) 回收的工艺冷凝液和透平冷凝液电导率异常上涨,超过规定指标(10 μS/cm)。

(2) 冷凝泵运行过程中有不明原因的进气现象,且频繁跳泵。

(3) 精密过滤器运行周期缩短,更换频繁。

(4) 混合离子交换器(A/B/C/D)的运行批量缩短,工作交换容量下降,再生投运后,再生效果差,电导率上涨快,硅失效严重,分层效果差且不易分层。

(5) 精制水外送电导率变化异常。

3 脱盐水系统异常工况的数据排查和原因分析

3.1 数据排查

检查生消水制备脱盐水是否异常,一级除盐系统(A套/B套)分析数据见表1。

表1 一级除盐系统(A套/B套)分析数据

由表1可以看出生消水制脱盐水指标情况：电导率小于10 μS/cm,二氧化硅质量浓度小于100 μg/L,钠离子质量浓度小于50 μg/L;从2022年3月8日开始一级除盐系统(A套/B套)在批量范围内,运行过程指标均合格。由此可以判断精制水外送电导率高,与生消水制脱盐水系统无关。

检查冷凝液制备脱盐水是否异常,精制水、工艺冷凝液、透平冷凝液的分析数据见表2～表4。

表3 工艺冷凝液分析数据

表4 透平冷凝液分析数据

由表2～表4可得：从2022年3月8日开始,精制水外送电导率异常增长,且数据变化大。回收的工艺冷凝液和透平冷凝液数据异常后,由于受一级除盐系统制水量限制,不能将回收冷凝液的超标水切除排放,内循环后导致精制水外送电导率异常。

3.2 原因分析

工艺冷凝液从2022年3月8日开始电导率逐渐升高,二价铁离子含量不断增加,氨氮质量浓度指标逐渐升高,且其中含有微尿;透平冷凝液电导率升高,二价铁离子含量未明显增加,氨氮质量浓度指标也增加,但微尿指标不明显。工艺冷凝液电导率突然升高至31.00 μS/cm后又降至17.37 μS/cm左右,后续加样分析工艺冷凝液电导率为56.00 μS/cm,微尿质量浓度为2.60 mg/L,脱盐水外送指标加样微尿质量浓度为3.10 mg/L。经了解发现,2022年3月6日尿素装置开车,其中二价铁离子含量升高,可能是开车后,由前期管线夹带的。根据生产系统分析,氨氮的来源主要有2种情況：一是尿素装置氨泄漏,氨泄漏会水解产生一些带电的离子或物质,导致冷凝液槽中电导率有上涨现象,尿素装置蒸汽冷凝液收集槽(V6901)的冷凝液最终送至工艺冷凝液系统中;二是锅炉水系统通过添加氨水调节给水 pH,氨水加入过量会使除氧器中的电导率上工涨,从而影响整个脱盐水系统。锅炉在除氧器底部定期加入氨水,主要是为了控制给水,防止水系统酸腐蚀。为维持正常给水 pH 指标,氨水加入量增加后将氨水量控制在之前水平后,电导率、氨氮质量浓度均出现下降,由此证明,冷凝液中氨氮质量浓度高的主要原因为系统中的酸性物质增多,被迫摄入过量的氨水,而并非锅炉本身系统原因。

低压废锅与工艺气换热后副产蒸汽并入低压蒸汽管网中,主要用户为锅炉除氧器,如工艺气中的酸性气H2S、CO等气体进入除氧器后,会导致锅炉给水pH降低,故采用较多摄入氨水的方式来维持指标,导致冷凝液中的氨氮质量浓度超标,电导率异常升高。

4 脱盐水系统异常导致的后果

(1) 冷凝泵运行过程中有不明原因的进气现象,冷凝泵频繁跳泵。

2022年3月9日13：53：00,冷凝液B泵运行电流波动3 min后恢复,18：53：00至次日06：56：00又继续波动了6次,随即将该情况汇报生产管理部。在冷凝液水箱顶部呼吸口检测CO体积分数为163×10-6,H2体积分数为0.92%,硫质量浓度为0.02 mg/L,而甲醇、硫化氢、甲烷未检出。

分析冷凝泵运行过程中有不明原因的进气现象,且频繁跳泵的原因可能是冷凝液中含有不明气体。

(2) 精密过滤器运行周期缩短,更换频繁。

精密过滤器是卧式柱状设备,采用耐腐蚀的304不锈钢材质外壳,每台设备内装7支1.016 m的均孔聚丙烯(PP)喷熔滤芯,采用卡口定位方式。该精密过滤器的过滤精度为5 μm,目的是截留来水带来的大于5 μm的颗粒和铁锈,防止混入混合离子交换器污染树脂,损坏树脂的脱脂脱盐性能。当该精密过滤器进出口压差大于0.1 MPa时,应更换滤芯。在回收水质异常情况下,精密过滤器滤芯寿命由原来的5 d缩短到3 d,大大缩短滤芯过滤周期。分析滤芯运行周期短的原因为回收冷凝液中铁含量高。

(3) 混床的运行批量缩短。

经过对混床数据分析发现,混床批量逐渐下降,二氧化硅质量浓度应小于20 μg/L,但统计二氧化硅质量浓度偏大,均超标,混床离子交换器再生正洗水中氨氮质量浓度升高,且再生过程中,酸碱再生液氨味大,而工艺冷凝液、透平冷凝液中均发现含有氨氮。在冷凝液无法切除的情况下,混床离子交换树脂运行过程受到污染,导致混床运行批量缩短,再生效果不好。

经过对床内树脂的分析,树脂颜色变黑。由于工艺冷凝液中铁含量严重超标,导致混床树脂受到冲击,树脂中毒交换容量下降。外送脱盐水中含有微尿,温度低不会影响脱盐水的外送指标。在送到合成界区换热后温度升高,在160 ℃条件下受热分解产生氨气同时变为氰酸,导致热脱盐水指标恶化。脱盐水4套混床树脂在污染前的运行周期还能保持在42 000 m3左右,但在3月尿素停车期间缩短得尤为严重,平均运行周期为9 500 m3,运行周期只能达到正常批量的20%。

混合离子交换器内树脂表面颜色已发黑,有机物污染严重,这些有机物进入树脂孔径内部,堵塞孔道,覆盖活性基团,使得离子不能很好地在树脂内部扩散以及与同活性基团进行交换,使得周期制水量减少、出水水质下降、清洗水耗高。

5 脱盐水系统异常工况下采取的措施及达到的效果

根据冷凝液异常的情况,采取如下措施：

(1) 申请对回收的冷凝液部分回收排放,查找原因,尽快切除异常水质。

(2) 在现有制水量基础上,加大生消水制脱盐水的制水产量,可以突破管道200 m3/h的承载限制,短时间大流量运行,加大对不合格水质的置换。

(3) 对于到达压差的精密过滤器及时进行更换,减轻对混床树脂的污染压力。

(4) 混床出现失效时,立即切除再生,进行处理。

(5) 再生碱由质量分数为30%的碱更换为质量分数为40%的碱,再生用量由原来的正常量改为倍量。

(6) 在条件允许的情况下,对混床树脂进行复苏处理。

通过上述措施,保证外送的水质是合格的,不会对锅炉产出的蒸汽品质造成影响。

对于被铁污染的树脂,可采取混床树脂进行复苏处理,对树脂进行酸泡、碱泡后,倍量再生,加大生消水除盐制水量,不断置换不合格水质,保证外供水水质。通过与生产中心汇报,合成漏点于2022年3月13日切除,水质不断变好。用高浓度盐酸的处理办法来获得复苏,一般可采用10%～20%的盐酸进行浸泡处理;接着用2倍的再生药剂量对树脂进行再生。

6 结语

在脱盐水系统运行过程中会发生很多异常情况,而发生过程处理很是棘手,需要耐心地对树脂进行处理,以保证树脂的离子交换容量。