精制工業鹽在鈉離子交換器上的應用實踐

摘 要：山東中煙公司濟南卷煙廠使用6臺鈉離子交換器制備軟水，其再生過程需要用到高濃度鹽水。為提高交換器制水能力，將設備再生用鹽由二級日曬鹽更換為一級精制鹽，但是更換后鹽顆粒小，融化困難，需要增加一套曝氣攪拌裝置輔助融化。現場研制曝氣攪拌裝置增速精制鹽融化，用于交換器再生，大大提高了設備制水能力，減少交換器再生頻次，降低了再生用鹽消耗。

關鍵詞：鈉離子交換器；精致工業鹽；曝氣攪拌

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.010

1 研究背景

濟南卷煙廠擁有6臺鈉離子交換器，用于制備軟化水，自來水經過樹脂層，鈣鎂離子被鈉離子置換。當樹脂失效時，需要通過高濃度的鹽水再生樹脂，恢復其制水能力。

目前，車間使用二級日曬鹽作為交換器再生用鹽，多年運行發現，二級日曬鹽含雜質較多，其鈣鎂離子濃度高達0.78%，使用該鹽進行交換器再生，會影響到設備制水能力。車間軟水品質，降低設備故障率，確保軟水供應能力，嘗試使用一級精制鹽作為再生用鹽，對兩種工業鹽進行化驗，結果如表1所示。

化驗結果表明，一級精制鹽品質遠遠優于二級日曬鹽，并且新鹽顆粒小，不溶物雜質含量少。

2 存在問題

首先在2臺交換器上更換再生用鹽進行試驗，發現新鹽顆粒小，鹽粒之間的縫隙小，靜置在鹽罐底部，融化速度很慢。當交換器再生時，由于新鹽板結，水流不能在鹽粒之間流過，只能在特定的縫隙通過，造成交換器吸入的鹽水濃度太低，再生完畢后，鹽罐底部會殘留約三分之一左右的鹽沒有融化掉，并且交換器再生后出水不合格。交換器再生完畢后，增加正洗時間，出水硬度沒有改善，靜置3小時候進行二次再生。二次再生后，交換器仍然不合格。

更換后的再生用鹽雖然指標更加適合交換器，但是由于其物理特性，導致不依靠外力難以融化，交換器效果大打折扣再生，嚴重影響到了交換器的制水能力。為了保證交換器制備軟水能力，需要對交換器設備進行局部改造，增加裝置加速工業鹽的溶解，提高鹽水濃度，以制備鹽水。根據交換器再生要求，需要鹽水濃度≥20%，查詢《鹽水波美度換算表》，發現當鹽水波美度=19°Bé時，鹽水濃度=20.97%，因此，確定目標為鹽水濃度大于19°Bé。

3 設備研制

利用攪拌的方式可以將沉積在鹽罐底部的鹽攪起，提高鹽顆粒與水的接觸面積，同時，加快鹽水流動，使高濃度區域和低濃度區域的接觸面積增大，使鹽罐底層鹽水濃度降低，加快鹽溶解進溶液的速度，本次設備改造中，選擇曝氣攪拌的方式，加速工業鹽溶解。

首先要確定曝氣裝置材質，曝氣裝置需要長期浸泡在高濃度的鹽水中，因此對于管道的防腐性能有很高的要求，同時考慮到交換器中樹脂對鐵元素較為敏感，整個交換器接觸水的部件全部為非金屬材質。對比PVC管或PPR管兩種管材，都能滿足現場安裝要求，但是，考慮到安裝完畢后，由于鹽罐曝氣攪拌時，鹽水振動較為劇烈，PVC管道不如PPR管道柔韌性好，易發生折損。

由于考慮到鹽罐為成品密封桶，考慮整體密封性，原則上只允許在鹽罐上端開口固定，將PPR管道底部改為十字形狀，同時在兩端固定，確保整個曝氣管道貼合在鹽罐底部。

現場共有6套鈉離子交換器，需要6臺曝氣裝置，可實現單獨控制，設計時增設一個備用閥門，用于各電磁閥故障時替代，同時可以作為測試閥門，快速進行曝氣時間和曝氣壓力的測試，根據此原則，設計了曝氣裝置控制系統。

現場需要一控制器對設備進行自動控制，由于鹽罐曝氣裝置需要的功能比較簡單，但是考慮到后期和管控系統對接，選用西門子LOGO！控制器，其繼電器輸出點可以直接輸出220V，控制系統更加方便。

考慮到系統安全性要求控制電路和動力電路的隔離。查詢LOGO！控制器的使用手冊，LOGO！控制器的繼電器輸出點本身就增加了阻容，可以直接連接低功率的繼電器。

最終確定了鹽罐曝氣攪拌裝置的最終設計方案并實施，采用焊接碳鋼作為供氣管道，雙端固定的十字PPR管作為曝氣裝置，使用現有的控制柜、加壓閥、電磁閥，配合相應的快接插頭、止回閥等氣源元件，購置西門子LOGO！控制器及擴展模塊，組成完整的鹽罐曝氣裝置。

為更好的指導現場運行人員進行操作，還在作業指導書中明確了鹽罐曝氣攪拌裝置的運行要求。

（1）鹽罐攪拌裝置啟動前的檢查與準備：1）鹽罐底部曝氣孔附近應清潔，無雜物堵塞；2）檢查總進氣閥門和各鹽罐出氣閥門，確保各閥門處于開啟狀；3）檢查空壓氣減壓閥，確保空壓氣壓力保持在0.2±0.02MPa。

（2）啟動與運行操作、監控：1）將攪拌裝置手自動轉換開關旋至自動位置；2）按F1鍵，選擇待處理鹽罐，按F3，自動攪拌程序啟動，系統將會按內部時間設置進行4次曝氣攪拌，用時大約1小時；3）觀察鹽罐曝氣情況，避免曝氣量過大或過小；4）經常檢查攪拌裝置管道，防止閥門或管道連接處出現漏氣情況；5）觀察鹽罐震動情況，確保鹽罐穩固；6）在完成一個攪拌周期前，無法對其他鹽罐進行操作。

4 實施效果

增加鹽罐攪拌裝置，可以使更換后再生用鹽充分融化，測量鹽水濃度高于20°Bé，確保了一級精制鹽在鈉離子交換器上的使用，統計改造前后全年軟水交換器用鹽量和費用，見表2所示。

從統計結果可以看出，更換一級精制鹽作為再生用鹽后，鹽的價格較高，但是由于鹽的質量好，軟水交換器單次再生用鹽量有所下降，而且交換器出水量增大，再生次數減少，最終用鹽量大幅降低，一年可以節約費用1.52萬元。

作者簡介：萬少超（1988-），男，山東煙臺人，工程碩士，工程師，中共黨員，從事動力配電工作。