空分裝置循環水電導率升高的原因分析與處理措施

張娟娟，王立萍

（金川集團股份有限公司動力廠，甘肅　金昌　737100）

空分裝置循環水電導率升高的原因分析與處理措施

張娟娟，王立萍

（金川集團股份有限公司動力廠，甘肅金昌737100）

空分裝置循環水系統是保證系統運行的重要手段。針對循環水電導率升高的現象，主要從空氣質量、水池排污、過濾器故障及軟化水制作系統故障等方面進行了原因分析。在對各項原因進行分析的基礎上，提出來相應的處理措施，達到控制循環水電導率在合理范圍的目的。

循環水；電導率；離子交換器；陽離子交換樹脂

1　概述

金川集團股份有限公司 （以下簡稱金川集團）空分裝置循環水系統，主要由冷卻塔、水池、風機、離心水泵、旁濾器及全自動鈉離子交換器等設備組成，其循環水系統蒸發量是依靠全自動鈉離子交換器制作軟化水進行補充。其結構系統簡圖如圖1所示：

圖1　全自動鈉離子交換器系統簡圖

空分裝置循環水系統的主要作用，一是冷卻壓縮空氣，實現等溫壓縮，降低空分系統能耗；二是冷卻壓縮機潤滑油，保證潤滑油系統正常工作；三是冷卻大型壓縮機電機，保證電機穩定運行；四是在空氣預冷系統，降低高溫壓縮空氣的溫度，洗滌除去空氣中灰塵、硫化物及易使分子篩中毒的化合物。因此，循環水系統是空分裝置的血液，管理好循環水系統，是保證其安全穩定運行的基礎。

循環水電導率越高對冷卻設備的腐蝕就會越嚴重，電導率反應循環水中含鹽量的多少，鹽含量越高金屬的電化學腐蝕反應強烈。且循環水中Cl-的增加，加強金屬的絡合反應，使化學反應增強。引起壓縮機冷卻器列管表面的點蝕及局部腐蝕，造成其管壁穿孔或爆裂。同時，鹽含量越高就會造成碳酸鈣、水溶性無機鹽的析出，出現“熱結垢”和“冷結垢”的現象，降低冷卻器換熱效率，堵塞管道、換熱器及噴頭等。

2　循環水電導率升高的原因分析

2.1空氣中SO2、CL2、CO2及灰塵的影響

金川集團主要是開采鎳硫化礦，加工生產電鎳的企業。由于生產工藝的原因，廠區空氣中含有SO2與CL2這兩種強腐蝕性氣體。而空裝置循環水系統采用的是開放式冷卻塔結構，當氣體與灰塵進入水中發生如下化學反應：

形成以上所示離子，使軟化水中離子數量增加，引起電導率升高。

2.2循環水水池沒有連續排污或排污量不足

通常在冷卻水池采用表面排污或上部連續排污，主要是排除水中的含鹽量和含硅量。由于空分裝置循環水的蒸發量主要由預冷系統水冷塔污氮氣飽和蒸發、冷卻塔風機強制通風蒸發、開放式冷卻塔自然蒸發組成。設備運行期間蒸發量不斷增大，使循環水中鹽不斷濃縮，離子濃度不斷增加。如果水池沒有連續排污或排污量不足，就會導致循環水電導率的不斷上升。

2.3循環水系統旁濾器故障的影響

循環水旁濾器的作用是將一部分循環水，連續通過過濾介質，控制過濾速率，在一定時間內，把全部冷卻水都過濾一遍。其原理就是通過連續濾除水中的污垢來保持水的清潔。但如果旁濾器出現故障不工作、過濾量不足或不反洗的情況，都會造成水質變差，引起循環水電導率升高現象的發生。

2.4原水過濾器與稀鹽水過濾器故障的影響

循環水系統原水過濾器與稀鹽水過濾器是針對自來水與稀鹽水中的泥沙、機械雜質及漂浮物進行物理過濾的設備。當自來水與稀鹽水由入口進入，首先經過粗濾網濾掉較大顆粒的雜質，然后到達細濾網。在過濾過程中，細濾網逐漸累積水中的臟物、雜質，形成過濾雜質層，由于雜質層堆積在細濾網的內側，因此在細濾網的內、外兩側就形成了一個壓差。當過濾器的壓差達到預設值時，將開始自動清洗。一旦原水過濾器與稀鹽水過濾器出現濾網破損或不反洗故障，自來水與稀鹽水中雜質進入交換器，就會造成陽離子交換樹脂被泥沙包裹或中毒，使交換器的制水量減少，增加再生頻次，導致循環水電導率升高。

2.5軟化水制作系統故障的影響

空分裝置循環水系統配套安裝軟化水制作裝置，是通過鈉離子交換器，利用NaCL溶液中的Na+離子，置換水中的Ca2+、Mg2+生成軟化水，來補充系統循環水蒸發量。主要設備包括全自動鈉離子交換器、源水過濾器、鹽水過濾器、濃鹽池、稀鹽池、鹽泵等。軟化水制作設備故障有交換器閥門泄露造成再生鹽液進入循環水池導致軟化水電導率升高的影響。和交換器單臺產水量減少，再生頻次增加，帶入軟化水中的離子數量增加，導致軟化水電導率升高的影響。

1）交換器出水氣動閥門泄露。交換器出水閥是閥板及密封襯膠的氣動兩位閥，在軟化器做水過程中處于常開位置，而再生過程時處于關閉狀態。交換器在長期運行過程中，閥門經常開關，閥板及閥門密封老化，可能出現無法完全密封的狀態。陽離子交換樹脂再生時由于閥門泄露，大量的再生鹽液進入循環水池，造成循環水電導率升高。

2）鈉離子交換器筒體或中排襯膠脫落。交換器筒體與中排都是采用碳鋼襯膠作為防腐措施，但在設備長期運行過程中經常會出現襯膠層脫落的現象。當碳鋼與水長期接觸后就會發生吸氧腐蝕，即發生鐵作為負極，鐵中雜質作為正極的原電池反應。其反應方程式為如下所示：

當水的pH值大于2.5時，Fe2+會被氧氣再次氧化為Fe3+，其方程式為如下所示：

生成的Fe3+一方面與陽離子樹脂緊密結合使樹脂失效，另一方面Fe（OH）3膠體會吸附在樹脂表面堵塞陽離子交換通道，導致陽離子交換樹脂徹底失去Ca2+、Mg2+離子交換能力。交換器生成軟化水的量減少，系統軟化水補充不及時導致電導率的升高。

3）交換器內陽離子交換樹脂量減少。交換器內離子交換樹脂是帶有官能團（有交換離子的活性基因）、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。其外形通常是一種直徑為0.4～0.6mm的球形顆粒物。由于交換器筒體內中排魚骨紗網破損或樹脂磨損粉化造成交換器內樹脂量減少后，則單臺軟化器產水量減少，此時交換器的再生頻次增加，軟化水電導率升高。

4）交換器再生程序中各步驟的執行時間不合理。空分裝置循環水系統經過長期統計分析發現，軟化器制水量的減少，除了樹脂泄露、磨損、粉化及Fe3+中毒失效導致的原因外，還有樹脂再生過程中各步驟時間設計不夠合理的原因。

（1）反洗時間設計過短：交換器再生的第一步即反洗，反洗分為小反洗與大反洗。小反洗是打開小反洗閥，通過軟化器中排進水，沖洗中排以上樹脂表面。大反洗是打開大反洗閥，向軟化器底部進水，對軟化器內所有樹脂進行清洗。但設計這步驟的執行時間為小反洗3min，大反洗10min。由于生水中的雜質、有機物、硅膠體、鐵膠體、鐵銹顆粒及細菌等被樹脂吸附后，會使樹脂中毒。因此，反洗過程必須有足夠的時間，使樹脂得到徹底的洗滌。如果離子交換樹脂反洗不完全，則會導致交換器的制水量減少，再生頻次增加，軟化水電導率升高。

（2）浸泡時間設計過短。浸泡過程是樹脂的再生過程，其化學反應過程如下：

如果反應過程不充分，樹脂再生不徹底，則會嚴重影響單臺軟化器制水能力，增加制水頻次，導致軟化水電導率上升。但設計這步驟的執行時間45min。經長期數據統計分析發現45min不能使樹脂再生徹底。

（3）正洗時間設計過短。正洗過程是將置換液中形成的Ca2+、Mg2+、CL-及殘存的少量Na+、CL-清洗干凈，徹底排放掉。如果該步驟運行時間過短，置換液沒有被徹底排放干凈，則殘留的離子在制水過程中便會進入水池，直接導致循環水電導率升高。而軟化器程序設計這步驟為小正洗3min，大正洗15min。經過長期運行，發現前后18min不能使各種離子得到徹底排放，即正洗時間過短。

3　降低空分裝置循環水電導率的處理措施

金川集團生產加工工藝決定了廠區空氣質量短時間內無法改變，因此，要解決空分裝置循環水電導率升高的問題必須從水池排污、過濾器故障與軟化水制作系統故障等方面針對性的解決問題。

3.1加強水質管理，規定水池排污頻率

循環水系統冷卻塔采取的是敞開式混凝土結構，循環水在冷卻過程中大量蒸發引起的鹽濃縮，不可避免會造成的其電導率的升高。因此，要做好循環水日常監測，時時監督水質運行情況，當水質發生變化時，積極查找原因，及時給與解決。同時，必須通過規定循環水池定期、定量排水，來降低水池中金屬離子及弱酸根離子濃度。隨時監測循環水旁濾器的工作狀況，保證其穩定運行，嚴格控制循環水電導率在3000μS/cm以下。

3.2及時檢查交換器結構及陽離子交換樹脂

定期打開交換器人孔，首先，檢查陽離子交換樹脂床層是否下降過多，如有下降，檢查中排魚翅紗網是否破損，修復后及時補充樹脂；其次，檢查樹脂是否有大量變色、被泥沙包裹的現象，如有變成鐵銹紅的跡象，說明筒體或中排襯膠層破損，碳鋼被腐蝕，檢查筒體及中排腐蝕情況，進行防腐處理。如有大量樹脂被泥沙雜質包裹現象，說明原水過濾器或稀鹽水過濾器出現故障，檢查過濾器運行情況及時檢修保證其正常運行。通過以上措施保證單臺交換器的軟化水制作量，避免因交換器再生頻次增加而造成的循環水電導率升高。

3.3及時檢查交換器閥閥門

定期檢查交換器附屬各氣動閥門密封狀況，一旦發現有內漏嚴重的閥門，更換為可靠的氣動蝶閥，避免因閥門泄漏，再生鹽水漏入送水管道進入循環水池，而造成循環水電導率的升高。

3.4調整軟化器再生程序中關鍵步驟的執行時間

陽離子交換樹脂再生過程中，由于反洗、浸泡及正洗的執行時間不合理，造成樹脂內的雜質清洗不干凈、樹脂離子置換不徹底、各種離子帶入軟化水池等。因此，通過多次試驗及數據分析，將反洗時間由原來的13min，調整為25min；將浸泡時間調整由原來的45min，調整為70min；將正洗時間由原來的18min，調整為30min。使軟化器樹脂中殘留淤泥被徹底沖洗干凈，保證離子置換時間充分，使樹脂能夠進行良好接觸、完全交換的，使單臺軟化器產水量增加至原來的2.5倍，達到降低循環水電導率的目的。

4　效果及效益

空分裝置循環水電導率超標的原因有多種，當發生電導率超標現象時，原因可能有一種，也可能有多種。通過分析采取相應措施，單臺離子交換器的制水能力，提升為原來的2倍。而且將循環化水電導率控制在了3000μS/cm以下。

這不僅降低了軟化器再生時的NaCL消耗量，減少離子交換樹脂的補充量，即節約了設備檢修材料費用。同時，循環水電導率的降低，減輕循環水對設備冷卻器、管道、閥門及噴頭的腐蝕程度，避免設備冷卻器泄露造成設備事故，延長冷卻器、管道、閥門及噴頭的使用壽命，節約了設備檢修備件費用。

［1］ 龍荷云.循環冷卻水處理［M］.第三版.江蘇科學技術出版社，2001.

［2］ 謝飛.循環水水處理技術及生產控制［J］.民營科技，2014 （09）：90.

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