李 游，黃應(yīng)文

[威頓（中國(guó)）化工有限責(zé)任公司，貴州福泉550500 ]

當(dāng)前硫酸企業(yè)正面臨著前所未有的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)壓力，各生產(chǎn)裝置需持續(xù)改造、優(yōu)化升級(jí)，以適應(yīng)更高標(biāo)準(zhǔn)的安全、環(huán)保及成本管理要求。近年來(lái)威頓（中國(guó)）化工有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhì)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(chǎn)，自動(dòng)化程度低，操作強(qiáng)度大。威頓公司持續(xù)對(duì)脫鹽水裝置進(jìn)行改造，逐步實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)化控制，提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 裝置概況

原脫鹽水制水設(shè)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(yùn)回。2004年11月，二期400 kt/a硫酸裝置建設(shè)，新增了無(wú)頂壓逆流再生陽(yáng)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(guò)改造擴(kuò)能達(dá)到裝置產(chǎn)能需求，但整體性能仍顯不足，通過(guò)廢水回用改造、交換床再生管理及手動(dòng)閥改為自動(dòng)控制閥等一系列優(yōu)化提升措施，改造后裝置總體運(yùn)行良好，鍋爐、省煤器、透平風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行正常，本質(zhì)安全及性能得以大幅提升。

2 工藝流程簡(jiǎn)述

工藝水從機(jī)械過(guò)濾器上部進(jìn)入，經(jīng)砂床過(guò)濾后分離出懸浮物、沉淀物后進(jìn)入雙室固定床陽(yáng)離子交換器。水中的金屬陽(yáng)離子被吸附交換后進(jìn)入除二氧化碳器，水自上而下流經(jīng)塑料填料，同空氣接觸，其中的 CO2被脫吸出來(lái)。去除CO2的水進(jìn)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(shù)脂進(jìn)行交換，制得的脫鹽水再進(jìn)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(biāo)

脫鹽水裝置主要控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 改造前后裝置運(yùn)行指標(biāo)

表1 脫鹽水主要控制指標(biāo)

4 脫鹽水裝置優(yōu)化措施

4.1 產(chǎn)能提升

一期裝置2003年投產(chǎn)，二期硫酸裝置于2005年9月投產(chǎn)，原配套一期硫酸脫鹽水制水設(shè)備為3臺(tái)UFD型陽(yáng)離子交換器和3臺(tái)UFD型陰離子交換器，運(yùn)行周期短，再生時(shí)間長(zhǎng)，再生廢水酸堿濃度高，廢水量及酸堿消耗量大，脫鹽水產(chǎn)能為100 t/h，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

針對(duì)脫鹽水裝置產(chǎn)能不足的問(wèn)題主要改進(jìn)措施有：

1）增加2臺(tái)混床（陰陽(yáng)離子交換器），混床出水達(dá)到二級(jí)脫鹽水水質(zhì)。

2）更換3臺(tái)UFD型陰離子交換器為2臺(tái)φ2 200 mm雙室浮動(dòng)床陰離子交換器，上層裝填弱陰樹(shù)脂，下層裝填強(qiáng)陰樹(shù)脂。

3）2套硫酸裝置建設(shè)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(tǒng)配套擴(kuò)能：新增1臺(tái)φ2 500 mm機(jī)械過(guò)濾器，更換3臺(tái)UFD型陽(yáng)離子交換器為3臺(tái)φ2 500 mm雙室浮動(dòng)床陽(yáng)離子交換器，增加1臺(tái)φ2 200 mm雙室浮動(dòng)床陰離子交換器。

4）新增1臺(tái)φ2 200 mm混床和1臺(tái)中間水泵。

5）將除二氧化碳器由φ1 829 mm 改為φ2 500 mm。

擴(kuò)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(chǎn)生的大量酸堿廢水排放增加了園區(qū)污水處置成本，污水處理壓力越來(lái)越大，污水處理站生產(chǎn)能力在生產(chǎn)調(diào)度管理中逐步成為重點(diǎn)調(diào)度要素之一，一定程度上影響了脫鹽水及硫酸裝置運(yùn)行。為減少?gòu)U水排放，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)分析、對(duì)比數(shù)據(jù)，將各交換床再生過(guò)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(huán)水回用，將機(jī)械過(guò)濾器反洗水集中收集后沉淀，清水回收至循環(huán)水。分階段回用過(guò)程特別關(guān)注循環(huán)水pH值、硬度控制，防止循環(huán)水填料、換熱器結(jié)垢情況發(fā)生，避免影響裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。改造后年節(jié)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(shí)均發(fā)現(xiàn)有不同程度結(jié)垢，取樣分析發(fā)現(xiàn)，主要是由脫鹽水硅含量控制不穩(wěn)定造成的。原脫鹽水指標(biāo)主要控制電導(dǎo)率，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)硅泄漏，泄漏的硅長(zhǎng)期積累將會(huì)在蒸汽透平葉片上結(jié)垢，影響蒸汽透平出力，在反復(fù)停車(chē)清理結(jié)垢過(guò)程中，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)量受損，若在清理中質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，還會(huì)導(dǎo)致開(kāi)車(chē)后蒸汽透平振動(dòng)加大等情況。

為提高蒸汽品質(zhì)，提升鍋爐水汽系統(tǒng)本質(zhì)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(shè)硅表，監(jiān)控硅泄漏量，定期校驗(yàn)，嚴(yán)格按照指標(biāo)控制硅含量，從源頭治理，減少硅含量超標(biāo)對(duì)蒸汽品質(zhì)的影響。整改后，系統(tǒng)較整改前避免了出現(xiàn)汽機(jī)結(jié)垢停車(chē)檢修現(xiàn)象，直接經(jīng)濟(jì)效益每年增加至少6萬(wàn)元，水汽系統(tǒng)安全性大幅提升。

4.4 脫鹽水pH值偏低治理

裝置運(yùn)行多年來(lái)，中壓鍋爐給水泵最長(zhǎng)運(yùn)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(wèn)題。拆檢發(fā)現(xiàn)泵葉輪、軸均有不同程度腐蝕，影響裝置安全運(yùn)行。

混床出水pH偏低的原因及解決措施有：

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

2）陰離子樹(shù)脂的降解、水解。強(qiáng)堿型陰離子樹(shù)脂在使用過(guò)程中，強(qiáng)堿性基團(tuán)不斷降解，弱堿性基團(tuán)不斷增加，這些弱堿性基團(tuán)與再生劑接觸時(shí)，形成鹽型弱堿性基團(tuán)，正洗水pH值升高后弱堿基團(tuán)會(huì)發(fā)生水解，并放出酸使pH值偏低[1-2]。需定期檢查樹(shù)脂并適時(shí)更新，形成生產(chǎn)管理制度。

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

4）再生后樹(shù)脂混合不良。對(duì)再生環(huán)節(jié)重視程度不足，樹(shù)脂混合不良，沉積在底部的陽(yáng)離子樹(shù)脂在使用初期會(huì)緩慢釋放出殘余硫酸再生液。需加強(qiáng)培訓(xùn)、學(xué)習(xí)及重視程度，嚴(yán)格管控再生質(zhì)量，更新操作規(guī)程。

5）閥門(mén)泄漏。由于系統(tǒng)閥門(mén)較多，特別是隔膜閥在操作時(shí)由于壓差等原因?qū)е麻y門(mén)過(guò)緊，不易判斷是否關(guān)嚴(yán)，閥門(mén)微量泄漏后不易被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致泄漏再生液、進(jìn)口水直通交換床等。需定期逐一對(duì)交換床各閥門(mén)進(jìn)行泄漏檢測(cè)。

6）出水水質(zhì)監(jiān)控管理不嚴(yán)。為避免出現(xiàn)監(jiān)控管理失效，在混床出口總管增設(shè)pH值在線(xiàn)監(jiān)控，并輔以低濃度氨水調(diào)節(jié)控制，確保脫鹽水pH值嚴(yán)格控制在7~8。

綜合設(shè)備、工藝各方面分析管控，脫鹽水pH值總體穩(wěn)定，鍋爐給水泵運(yùn)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(mén)自動(dòng)化水平提升

裝置脫鹽水站長(zhǎng)期采用全手動(dòng)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大且失誤率高，水及輔助材料消耗大。為提升自動(dòng)控制水平，裝置實(shí)施了專(zhuān)項(xiàng)技改，將樹(shù)脂交換床閥門(mén)全部改為遠(yuǎn)程控制，降低操作強(qiáng)度，及時(shí)操作避免物料浪費(fèi)，降低閥門(mén)損壞頻率，節(jié)省備件費(fèi)用。

5 改造前后主要指標(biāo)對(duì)比

脫鹽水改造前后指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 脫鹽水改造前后指標(biāo)對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

威頓公司通過(guò)持續(xù)的改造、優(yōu)化，脫鹽水裝置整體安全、環(huán)保、自動(dòng)化控制水平及經(jīng)濟(jì)性不斷得到提升，為制酸裝置穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。