陽離子交換器中排支管斷裂分析與改造

楊俊杰

摘要：陽離子交換器主要用于鍋爐、熱電站、化工等水處理的前道處理，中排繞絲管是罐體內進出水的重要部件，提升繞絲管的機械物理性能對于設備出力的穩定性非常重要。本文通過對四平某酒精廠的陽床中排管的故障分析，并結合實際，提出了改造方案，解決了運行中的問題。

關鍵詞：槽鋼規格;繞絲管;交換器

引言

我公司于2018年末為四平某酒精廠承建的陰陽床系統設計規模為Q=80m3/h，引入原有的系統管道，彌補原有水量的不足。本陽床設計高度4600mm，其中陽樹脂層高度2000mm，中排主管為DN80不銹鋼sus316L無縫管，支管采用DN50不銹鋼316L繞絲管包網，支持橫擔采用C8襯膠國標槽鋼。

1問題

在工作數月之后，出現了跑冒樹脂的現象，同時出力開始下降。運行人員立即停止再生。隨后檢修人員在檢修打開人孔并清除樹脂之后發現槽鋼發生大幅彎曲變形，部分繞絲管根部斷裂。通過解剖發現槽鋼內部出現應力腐蝕現象，大部分斷裂的繞絲管分布在槽鋼變形的最大處，而單體繞絲管的斷裂處大部分為繞絲管與主管的連接處。

2原因分析

通過與現場工作人員的溝通，以及對拆卸物品的研究得出以下結論：（1）操作人員工藝流程問題。陽離子交換器的通用常規操作為運行-反洗-再生-置換-正洗，本陽離子交換器因為現場實際原因并沒有采用除鹽水進行反洗，在常規工藝下，使用陰床水進行反洗導致樹脂層上部發生板結，阻力逐步增加，最終超過襯膠槽鋼彎曲強度，導致發生設備失效。工藝原因為本次故障的主要原因。（2）槽鋼規格偏低以及襯膠工藝不合 理。本陽離子交換器的規格尺寸為φ2000，槽鋼選用C8的國標型材，長度1600mm。槽鋼采用噴塑處理，連接孔處通過人工挖孔，對于出現的漏電缺陷采用人工手涂修補料。這種工藝方式的優點操作簡單，耗時少，外觀好。缺點塑層分布不均勻，局部可能出現塑層厚度小于最小允許厚度，修補質量差，漏電現象時有發生。通過對襯膠槽鋼橫擔最大變形截面解剖分析，發現內部發生腐蝕，腐蝕可見明顯的路徑與趨勢。可以得出以下結論：首先因為襯膠質量原因局部塑層偏薄，在反洗過程過程中涂層被反復摩擦，最終導致漏鐵，腐蝕現象開始發生。由于陽床在再生過程中介質為HCL，其對于Q235B碳鋼的腐蝕速度是非常快的，很快導致截面大部分被腐蝕，而未被腐蝕的部分無法承擔反洗所帶來的壓力，最終導致槽鋼橫擔變形。（3）繞絲管篩條強度不足與連接方式不可靠，304材質的邊條截面寬度2mm，縫隙流通空間1mm，整體外形結構為圓形，端部封閉白鋼板厚度為3mm，四周無加強筋。連接方式為1.5寸管螺紋，單邊厚度2.5mm。（4）設備內部使用的材質不合格。在陽床運行過程中，水具有很強的酸腐蝕性，并且水中含有大量對金屬破壞作用的CL-離子，含有H+、CL-離子的水對金屬具有很強的腐蝕性，普通不銹鋼材質是不符合使用要求的，因此必須使用含有一定比例Cr、Ni、Ti等元素組成的不銹鋼材料制作的零件，例如：1Cr18Ni9ti、316L等耐鹽酸腐蝕的材料制作零部件。在我們進行檢查修理過程中，發現許多連接螺絲材質不符合要求，腐蝕嚴重甚至已經斷裂，從而使中排系統的局部受到應力分布不均勻，而引起整個中排裝置損壞。（5）陰離子交換器再生原因：運行人員未按操作規程操作，導致 意外情況的發生，致使中排裝置彎曲變形。

3整改方案

（1）首先在操作工藝上進行改進，使用反滲透濃水進行反洗。濃水含鹽量雖然較高，到濁度保持在1ntu以下，無肉眼可見雜物，完全符合過濾器反洗條件，降低樹脂板結的可能性。另外對反洗工藝進行改進，在五次大反洗以后進行一次小反洗，可以避免樹脂填料板結。設備再生和大反洗操作時，認真檢查設備的當前狀況，防止設備內部進、排水產生大的壓差。降低再泵的出口壓力。避免同時啟動多臺水泵針對一臺或很少的設備，防止水頭壓力對設備造成沖擊。（2）中間排液裝置必須牢固地固定 在專用的支架上，為防止中排裝置的損壞。對橫擔進行改進，采用C10的國標槽鋼，兩段進行機加工鉆孔。采用傳統襯膠工藝，膠板拼接接口處重疊長度不低于10mm，以后進入硫化罐保持壓力0.4MPa，溫度150攝氏度固

化，2.5小時后測試硬度，不低于90HRA。12000V漏點測試，對漏點就行補塑，確保最終無漏點。對邊角毛刺進行處理，降低表面粗糙度。安裝時輕拿輕放，避免暴力施工。（3）采用新型中排支管。原有支管體積較大， ?易老化開裂而造成中排漏料，所使用支管的設備維修周期較短。近年來德國、日本先后采用了插管式支管，它使整個中排裝置位于壓脂層上部。從而避免了壓脂層壓差過大對中排裝置造成的不利影響。由于插管式支管布水性能較差些，近兩年國內開始采用了六邊形不銹鋼繞絲中排支管，該支管通過不銹鋼絲間的縫隙進行濾水，它的受力面積較小繞絲管改為正六邊形結構，產線加加強筋，同時軸向每100mm加箍筋一道，箍筋直徑不小于2mm。繞絲管與中排連接方式改為法蘭連接，法蘭公稱壓力1.0MPa。（4）加強人員專業技能的培養。設備管理方面：利用大修和日常維護，做好各個設備部件的檢查和檢修工作，發現設備缺陷及時消除，杜絕設備帶病運行。同時，為了避免水位低，而運行人員不能及時發現，專門設置了中間水箱液位低報警，低于0.7m時，電腦監控畫面就會出現提示框，同時會發出報警聲音，提醒運行人員調整中間水泵的出水流量，避免出現液位過低、中間水泵空泵運行和停止中間水泵蓄水事件的發生。

4改造效果

經過改造的繞絲管，橫擔在新工藝的指導生產下，使用一年中，再 未出現過漏料等問題，說明內部結構完好。小反洗的使用使中排不再承受更大的沖擊力，從而提高了疲勞強度，增加使用壽命。因此證明改造比較成功。通過對設備進行檢查和維修，并針對存在的問題、故障原因進行分析，對設備進行了較為客觀的判斷，同時也借鑒了未出現同類故障相關設備，研究分析并提出了改進方案，從將中排裝置進行加固處理，調整運行方式入手，確保了水系統中排裝置的安全經濟穩定運行，進行了一系列改進后的設備，經過一段時間運行，未出現同類故障，因此改進收到了預期的效果。

5結論

（1）陽離子交換器在長時間未反洗運行后，填料內部受力不均勻，局部發生板結，從而導致部分樹脂不參與運行;而板結的填料又會對中排產生壓力，從而導致中排受損。（2）不銹鋼圓形繞絲管在沒有足夠拉筋的 情況下，抗拉強度不足，在不恰當工藝下造成中排變形，最終導致斷裂。（3）運行值班人員加強運行監控。提高運行人員責任心，定期對設備進行小反洗和大反洗操作，防止設備內部樹脂層出現板結、絮沉物聚集過量等問題。設備超負荷運行，預處理設備存在著較大的缺陷，當系統運行工況不穩定時，常會造成離子交換器運行壓差過大，如果在運行上不加以控制，設備上不加以管理，技術上不加以更新改造，很容易使離子交換器中排損壞。（4）對設備內部使用的螺絲等零部件嚴把質量關。驗檢合格的 零部件才可以使用，防止不合格零部件使用到設備中。

參考文獻：

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