硫磺制酸裝置脫鹽水站性能優化實踐

李 游，黃應文

[威頓（中國）化工有限責任公司，貴州福泉550500 ]

當前硫酸企業正面臨著前所未有的生產經營壓力，各生產裝置需持續改造、優化升級，以適應更高標準的安全、環保及成本管理要求。近年來威頓（中國）化工有限責任公司（以下簡稱威頓公司）圍繞硫磺制酸裝置整體性能提升做了很多努力。

脫鹽水站是制酸裝置蒸汽質量及安全管控的源頭，威頓公司脫鹽水裝置于2003年建成投產，自動化程度低，操作強度大。威頓公司持續對脫鹽水裝置進行改造，逐步實現裝置自動化控制，提升系統運行安全性和經濟性。

1 裝置概況

原脫鹽水制水設備是一期400 kt/a硫酸配套的60 t/h廢熱鍋爐附屬裝置，隨一期硫酸裝置從加拿大整體運回。2004年11月，二期400 kt/a硫酸裝置建設，新增了無頂壓逆流再生陽離子交換器、陰離子交換器、脫鹽水箱和配套脫鹽水泵及其管道增壓泵，脫鹽水制水能力提高至235 t/h。

脫鹽水站通過改造擴能達到裝置產能需求，但整體性能仍顯不足，通過廢水回用改造、交換床再生管理及手動閥改為自動控制閥等一系列優化提升措施，改造后裝置總體運行良好，鍋爐、省煤器、透平風機等關鍵設備運行正常，本質安全及性能得以大幅提升。

2 工藝流程簡述

工藝水從機械過濾器上部進入，經砂床過濾后分離出懸浮物、沉淀物后進入雙室固定床陽離子交換器。水中的金屬陽離子被吸附交換后進入除二氧化碳器，水自上而下流經塑料填料，同空氣接觸，其中的 CO2被脫吸出來。去除CO2的水進入中間水箱，并由中間水泵送入雙室固定床陰離子交換器，水中的陰離子分別與上、下室樹脂進行交換，制得的脫鹽水再進入混合床離子交換器，將殘余的金屬和非金屬離子交換除去，出混合離子交換器的脫鹽水分別送入一、二期脫鹽水箱供鍋爐使用。

3 脫鹽水裝置主要控制指標

脫鹽水裝置主要控制指標見表1。

表1 改造前后裝置運行指標

表1 脫鹽水主要控制指標

4 脫鹽水裝置優化措施

4.1 產能提升

一期裝置2003年投產，二期硫酸裝置于2005年9月投產，原配套一期硫酸脫鹽水制水設備為3臺UFD型陽離子交換器和3臺UFD型陰離子交換器，運行周期短，再生時間長，再生廢水酸堿濃度高，廢水量及酸堿消耗量大，脫鹽水產能為100 t/h，無法滿足生產需要。

針對脫鹽水裝置產能不足的問題主要改進措施有：

1）增加2臺混床（陰陽離子交換器），混床出水達到二級脫鹽水水質。

2）更換3臺UFD型陰離子交換器為2臺φ2 200 mm雙室浮動床陰離子交換器，上層裝填弱陰樹脂，下層裝填強陰樹脂。

3）2套硫酸裝置建設低溫余熱回收（HRS）裝置，新增脫鹽水用水量63.5 t/h，脫鹽水系統配套擴能：新增1臺φ2 500 mm機械過濾器，更換3臺UFD型陽離子交換器為3臺φ2 500 mm雙室浮動床陽離子交換器，增加1臺φ2 200 mm雙室浮動床陰離子交換器。

4）新增1臺φ2 200 mm混床和1臺中間水泵。

5）將除二氧化碳器由φ1 829 mm 改為φ2 500 mm。

擴能改造后脫鹽水制水能力從100 t/h提高到235 t/h。

4.2 酸堿廢水綜合回收利用

脫鹽水裝置產生的大量酸堿廢水排放增加了園區污水處置成本，污水處理壓力越來越大，污水處理站生產能力在生產調度管理中逐步成為重點調度要素之一，一定程度上影響了脫鹽水及硫酸裝置運行。為減少廢水排放，通過反復試驗分析、對比數據，將各交換床再生過程中反洗水、初期再生水、后期置換水、正洗水等分階段回收至循環水回用，將機械過濾器反洗水集中收集后沉淀，清水回收至循環水。分階段回用過程特別關注循環水pH值、硬度控制，防止循環水填料、換熱器結垢情況發生，避免影響裝置長周期穩定運行。改造后年節約用水約65 000 m3。

4.3 脫鹽水硅含量偏高治理

2003—2008年，蒸汽透平在每次檢查時均發現有不同程度結垢，取樣分析發現，主要是由脫鹽水硅含量控制不穩定造成的。原脫鹽水指標主要控制電導率，無法及時發現硅泄漏，泄漏的硅長期積累將會在蒸汽透平葉片上結垢，影響蒸汽透平出力，在反復停車清理結垢過程中，增加了安全風險，產量受損，若在清理中質量把關不嚴，還會導致開車后蒸汽透平振動加大等情況。

為提高蒸汽品質，提升鍋爐水汽系統本質安全水平，綜合考慮論證后，在原陰離子床出口脫鹽水管道增設硅表，監控硅泄漏量，定期校驗，嚴格按照指標控制硅含量，從源頭治理，減少硅含量超標對蒸汽品質的影響。整改后，系統較整改前避免了出現汽機結垢停車檢修現象，直接經濟效益每年增加至少6萬元，水汽系統安全性大幅提升。

4.4 脫鹽水pH值偏低治理

裝置運行多年來，中壓鍋爐給水泵最長運行周期為半年，一直存在檢修頻率高，備件損耗及檢修工作量大的問題。拆檢發現泵葉輪、軸均有不同程度腐蝕，影響裝置安全運行。

混床出水pH偏低的原因及解決措施有：

1）樹脂分層不好。由于樹脂分層不良，陰陽離子樹脂在再生時間斷混雜，陽離子樹脂在再生時將陰離子樹脂污染、磨損、粒徑變小、密度降低，陰陽樹脂損耗不一，在裝填時填充比例未掌握好。需重新按比例裝填陰陽離子樹脂。

2）陰離子樹脂的降解、水解。強堿型陰離子樹脂在使用過程中，強堿性基團不斷降解，弱堿性基團不斷增加，這些弱堿性基團與再生劑接觸時，形成鹽型弱堿性基團，正洗水pH值升高后弱堿基團會發生水解，并放出酸使pH值偏低[1-2]。需定期檢查樹脂并適時更新，形成生產管理制度。

3）有機物污染。陰離子樹脂被腐殖酸和福里酸等吸附污染，致使樹脂交換能力大幅下降，在一定條件下釋放出有機酸導致出水pH值偏低，電導率升高。采用 w(NaCl)10%+w(NaOH)2%的堿性混合溶液進行處理，用熱水將溶液加熱到45 ℃，堿性混合溶液的用量為樹脂體積1~3倍，處理流速為3~6 m/h。處理時，開始排出的處理液呈深褐色，當排出液呈淡黃色時，有機物凈化處理結束。然后用脫鹽水對樹脂進行沖洗，再用2倍的再生藥劑量對樹脂進行再生。

4）再生后樹脂混合不良。對再生環節重視程度不足，樹脂混合不良，沉積在底部的陽離子樹脂在使用初期會緩慢釋放出殘余硫酸再生液。需加強培訓、學習及重視程度，嚴格管控再生質量，更新操作規程。

5）閥門泄漏。由于系統閥門較多，特別是隔膜閥在操作時由于壓差等原因導致閥門過緊，不易判斷是否關嚴，閥門微量泄漏后不易被發現，導致泄漏再生液、進口水直通交換床等。需定期逐一對交換床各閥門進行泄漏檢測。

6）出水水質監控管理不嚴。為避免出現監控管理失效，在混床出口總管增設pH值在線監控，并輔以低濃度氨水調節控制，確保脫鹽水pH值嚴格控制在7~8。

綜合設備、工藝各方面分析管控，脫鹽水pH值總體穩定，鍋爐給水泵運行周期從不足半年大幅提升至一年半以上。

4.5 各交換床閥門自動化水平提升

裝置脫鹽水站長期采用全手動操作，勞動強度大且失誤率高，水及輔助材料消耗大。為提升自動控制水平，裝置實施了專項技改，將樹脂交換床閥門全部改為遠程控制，降低操作強度，及時操作避免物料浪費，降低閥門損壞頻率，節省備件費用。

5 改造前后主要指標對比

脫鹽水改造前后指標對比見表2。

表2 脫鹽水改造前后指標對比

6 結語

威頓公司通過持續的改造、優化，脫鹽水裝置整體安全、環保、自動化控制水平及經濟性不斷得到提升，為制酸裝置穩定運行打下了堅實基礎。