梅武豐

(海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600)

0 引 言

海洋石油富島有限公司(簡稱富島公司)二期脫鹽水裝置精制水產(chǎn)能為500 t/h，主要以凈水和二期化肥裝置回收的工藝冷凝液、透平冷凝液為來源，通過采用活性炭過濾器+“陽雙室浮動床→除碳器→陰雙室浮動床”一級浮動式復床+離子交換混床的除鹽工藝除去水中的各種陽、陰離子制得合格的精制水，以滿足富島公司二期化肥裝置和甲醇裝置的生產(chǎn)用水需求；其中，要求活性炭過濾器出水余氯<0.1 mg/L、耗氧量<2 mg/L，陽雙室浮動床出水Na+泄漏量<0.05 mg/L，除碳器出水殘余CO2<5 mg/L，陰雙室浮動床出水電導率≤5 μS/cm、含硅量(以SiO2計)≤0.05 mg/L，混床出水電導率≤0.2 μS/cm、含硅量(以SiO2計)≤0.02 mg/L。

1 離子交換混床除鹽系統(tǒng)簡介

富島公司二期脫鹽水裝置離子交換混床除鹽系統(tǒng)(工藝流程示意圖見圖1)設置在一級浮動式復床之后，主要任務是制取高純度脫鹽水，以滿足各生產(chǎn)用戶對高品質(zhì)水的需求。該混床除鹽處理系統(tǒng)共設有4臺混床交換器(A/B/C/D)，采用三開一備的方式進行制水，混床設計運行壓力0.6 MPa、運行壓差0.2 MPa，設計單臺混床制水能力為180 t/h、周期制水量為50 kt，要求所制產(chǎn)品水電導率≤0.2 μS/cm、含硅量(以SiO2計)≤0.02 mg/L。

圖1 混床除鹽系統(tǒng)工藝流程示意圖

混床除鹽系統(tǒng)的除鹽原理是，將陽、陰離子交換樹脂按照一定的體積比例均勻混合裝在混床交換器內(nèi)，利用陽離子交換樹脂活性基團上的H+和陰離子交換樹脂活性基團上的OH-分別同時與水中的陽、陰離子進行離子交換反應生成水，達到除去水中鹽分的目的?；齑渤}系統(tǒng)制水操作非常簡單，只需打開混床交換器上部的進水閥和下部的出水閥即可制得合格的產(chǎn)品水。

混床除鹽系統(tǒng)的工作周期主要包括制水、反洗分層、再生、樹脂混合和正洗5個步驟。當混床運行批量達到設計周期制水量或產(chǎn)水電導率(或含硅量)出現(xiàn)超標時，需對混床進行反洗操作使陽、陰離子交換樹脂分層，再向陽、陰離子交換樹脂層分別通入濃度4%～6%的酸、堿進行再生處理，以使陽、陰離子交換樹脂重新恢復離子交換能力；混床再生加藥后，向混床交換器內(nèi)通入壓縮空氣使陽、陰離子交換樹脂均勻混合，再通入高流速水流正洗，以將樹脂層內(nèi)殘留的再生產(chǎn)物徹底清洗干凈，使混床重新恢復制取合格產(chǎn)品水的能力。

2 混床除鹽系統(tǒng)運行中存在的問題

富島公司二期脫鹽水裝置自建成投產(chǎn)以來，混床運行一直較為良好，運行批量達到設計周期制水量時產(chǎn)水電導率和含硅量(以SiO2計)均能嚴格控制在指標范圍內(nèi)，但近年來出現(xiàn)混床再生后正洗出水電導率下降較為緩慢、正洗時間大幅延長的情況，嚴重破壞除鹽系統(tǒng)的水平衡，影響裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。富島公司二期脫鹽水裝置混床正洗水流量通?？刂圃?40～150 t/h，從混床以往正洗情況來看，正洗時間控制在3 h左右基本可以將樹脂層中殘存的再生產(chǎn)物徹底清洗干凈，使再生后的混床恢復制取合格產(chǎn)品水的能力，但在2021年2月—2023年2月期間，混床再生后需要正洗7～10 h才能使出水電導率下降到產(chǎn)品水指標范圍內(nèi)，正洗時長相較于以往大幅延長(見表1)。

表1 2021年2月—2023年2月混床正洗時長抽查情況

3 混床正洗出水電導率下降緩慢的可能原因

3.1 反洗分層效果差

混床樹脂反洗分層的實質(zhì)是，利用反向水流將混床內(nèi)均勻混合的陽、陰離子交換樹脂層緩慢托起并進行水力篩分，從而達到陽、陰離子交換樹脂逐步完全分離的目的，同時還利用反洗水流松動壓實的樹脂層和除去樹脂層中夾雜的污垢、破碎樹脂顆粒等?；齑矁?nèi)陽、陰離子交換樹脂反洗分層效果好，有利于提高樹脂再生效果；若反洗分層效果不好，陽、陰離子交換樹脂之間相互混雜，再生時會發(fā)生交叉污染，使混床正洗或運行初期緩慢地釋放出酸根離子或鈉離子，進而出現(xiàn)正洗水耗量增加或出水電導率下降緩慢甚至難以合格的情況。

3.2 再生質(zhì)量差

影響離子交換樹脂再生質(zhì)量好壞的主要因素有再生劑純度、濃度、用量、流速和溫度等。混床內(nèi)陽、陰離子交換樹脂層分別通入酸、堿進行再生處理過程中，若再生參數(shù)控制不當，如再生劑純度太低、再生液濃度不合適、再生劑用量偏小、再生液流速過快或再生液溫度過低，都會使混床內(nèi)陽、陰離子交換樹脂再生反應不徹底，大大降低離子交換樹脂的再生效果，甚至還會因再生質(zhì)量差使正洗出水電導率下降緩慢或難以合格而離子交換樹脂再生失敗。

3.3 樹脂混合不均勻

混床再生后樹脂混合的目的是使分層的陽、陰離子交換樹脂重新恢復均勻混合狀態(tài)，同時將附著在樹脂顆粒表面的再生廢物擦洗干凈?；齑矁?nèi)陽、陰離子交換樹脂混合得越均勻，離子交換除鹽時生成的H+和OH-便能迅速結合成H2O，混床出水水質(zhì)就越好；若樹脂混合不均勻，會出現(xiàn)上層陰離子交換樹脂多、下層陽離子交換樹脂多的情況，正洗時沉積在下部的陽離子交換樹脂會緩慢釋放出殘余的酸再生液，使混床正洗出水呈酸性、電導率下降緩慢。

3.4 充水流量過大

為防止混合均勻的陽、陰離子交換樹脂在沉降過程中重新分層，混床樹脂混合過程中會開啟中排管線上的控制閥將床內(nèi)水排盡，因此混床樹脂混合結束后需進行充水排氣操作，以免直接高流量進水對缺水狀態(tài)的樹脂層和床內(nèi)設施造成強烈沖擊?；齑渤渌畷r，充水流量宜小不宜大，如充水流量過大，會使進入混床內(nèi)的水流對樹脂層表面造成水力沖擊和擾亂，使樹脂表層不平整、局部出現(xiàn)分層的情況，進而導致后續(xù)混床正洗出水電導率下降緩慢或頻繁異常波動。

3.5 樹脂被污染或變質(zhì)

在混床除鹽過程中，陽、陰離子交換樹脂可能會受到氧化劑如游離氯的氧化而變質(zhì)，這種變質(zhì)會使樹脂結構受到破壞，是不可逆且無法恢復的；陽、陰離子交換樹脂也可能受到有機物、油脂、懸浮物、膠體物質(zhì)、高價金屬離子以及再生劑中雜質(zhì)的污染，使樹脂離子交換的性能發(fā)生改變?；齑矁?nèi)陽、陰離子交換樹脂若被污染或變質(zhì)，樹脂的工作交換容量將會下降，制水周期會明顯縮短，再生后正洗出水水質(zhì)會明顯變差，如出現(xiàn)電導率下降緩慢或難以合格的情況。

4 原因排查與要因確認

4.1 反洗分層情況檢查

按照原始設計制定的操作規(guī)程，富島公司二期脫鹽水裝置混床反洗分層時，將反洗水流量控制在100～120 t/h之間反洗20 min即可實現(xiàn)很好的反洗分層效果，但實際生產(chǎn)中因存在反洗強度控制不當頻繁出現(xiàn)床內(nèi)布(集)水設施受損、反洗出口集水繞絲管被污堵致使反洗水流量提升困難等問題，于是將反洗水流量調(diào)小到50～60 t/h之間反洗60 min以達到反洗分層的目的。從目前實際運行情況來看，反洗水流量調(diào)整后，陽、陰離子交換樹脂分層后的界面不再平齊、層次分明，約有5～10 cm的樹脂層明顯存在混雜不清的情況，顯然混床再生加藥時這部分樹脂無法避免出現(xiàn)交叉污染。觀察發(fā)現(xiàn)，雖然混床內(nèi)陽、陰離子交換樹脂分界面發(fā)生的輕微樹脂交叉污染并未影響其再生質(zhì)量，但其對混床再生正洗或制水初期出水水質(zhì)的不利影響卻無法忽略。

4.2 再生質(zhì)量檢查

為消除再生質(zhì)量對混床正洗效果的影響，在確保嚴格按照操作規(guī)程控制再生參數(shù)的前提下，富島公司二期脫鹽水裝置擇機對達到制水批量的混床采用2倍的再生劑用量進行再生，或?qū)υ偕笳葱Ч畹幕齑策M行二次再生操作。結果表明，雖然適當增加再生劑用量或?qū)υ偕笳葱Ч畹幕齑策M行二次再生操作可以在一定程度上提高樹脂的再生效果，但并未改善混床正洗出水水質(zhì)，混床正洗出水電導率下降緩慢、正洗時間過長的問題仍未得到解決。

4.3 樹脂混合效果檢查

為查找混床再生后正洗出水電導率下降緩慢、正洗時間過長的原因，富島公司二期脫鹽水裝置擇機對再生后正洗中的混床進行二次樹脂混合操作，以觀察混床正洗出水電導率的變化情況。結果表明，重復進行樹脂混合操作只有在混床樹脂混合不理想時可以在一定程度上提升混床正洗效果、減少混床正洗時間，但并不能從根本上加快混床正洗出水電導率下降速度并大幅縮減正洗時間。

4.4 充水流量檢查

富島公司二期脫鹽水裝置混床充水時通常將進水流量控制在30～35 t/h左右，從實際效果來看，混床充水過程中進入床內(nèi)的水流量未對樹脂表層造成水力沖擊和擾亂，混合均勻的樹脂表層也并未出現(xiàn)明顯不平整和局部分層的情況。因此，充水流量控制不當造成正洗出水電導率下降緩慢的可能可以排除。

4.5 樹脂污染或變質(zhì)情況檢查

富島公司二期脫鹽水裝置混床制水批量達到設計周期制水量時產(chǎn)水電導率和含硅量(以SiO2計)均在合格指標范圍內(nèi)，且在進行混床樹脂性能測試時發(fā)現(xiàn)其制水批量可達設計周期制水量的3倍，這足以表明混床內(nèi)陽、陰離子交換樹脂的離子交換性能較好，并未出現(xiàn)明顯的樹脂被污染或變質(zhì)情況。另外，生產(chǎn)中混床內(nèi)的陽、陰離子交換樹脂也會根據(jù)情況定期更換或補加，從實際效果來看，樹脂的定期更換或補加并未使混床正洗出水電導率下降緩慢的問題得到改善。因此，樹脂被污染或變質(zhì)造成正洗出水電導率下降緩慢的可能可以排除。

4.6 要因確認

通過上述排查，基本可以判定，混床再生正洗出水電導率下降緩慢、正洗時間過長的主要原因是，混床反洗分層后陽、陰離子交換樹脂層交界面存在5～10 cm的混雜不清樹脂層，這部分樹脂在混床再生加藥時不可避免會出現(xiàn)輕微交叉污染，使混床正洗時緩慢地釋放出酸根離子或鈉離子，從而影響了混床正洗出水水質(zhì)。

5 操作優(yōu)化調(diào)整措施

為解決混床再生后正洗出水電導率下降緩慢、正洗時間過長的問題，富島公司對二期脫鹽水裝置采取了如下操作優(yōu)化調(diào)整措施。

(1)分段控制混床反洗水流量。混床反洗初期控制反洗水流量在30～40 t/h之間，這樣既可使壓實的樹脂層緩慢松動，不對床內(nèi)設施造成沖擊和破壞，又可將樹脂層表面的細碎樹脂顆粒和截留的懸浮雜質(zhì)通過排氣口逐步漂洗出去；混床反洗后期，若條件允許的話可在原有控制流量的基礎上將反洗水流量提高20%，如控制在60～70 t/h，使樹脂層膨脹率得到稍微提升，以促使陽、陰離子交換樹脂分層界面處浮沉不定的樹脂顆粒能夠適當拉開距離，盡量避免樹脂層落床時這部分樹脂顆粒再次混雜在一起。

(2)適當延長混床反洗分層時間。在合理控制反洗水流量以及樹脂膨脹率能得到保證的前提下，適當延長混床反洗分層的時間，如此可以給予浮沉不定的樹脂顆粒足夠時間拉開距離，對于分層界面處浮沉不定的樹脂顆粒的有效分離十分有利，從而可降低樹脂層落床時這部分樹脂顆粒再次混雜的幾率。

(3)控制混床再生加藥時床內(nèi)水位穩(wěn)定?；齑苍偕铀庍^程中，在確保樹脂層被水充分浸泡的前提下，合理控制中排管線上的閥門開度，以維持床內(nèi)水位穩(wěn)定、保證中排裝置排液均勻，防止上部的堿再生廢液進入中排裝置不及時而竄入下部的陽離子交換樹脂層內(nèi)，或下部的酸再生廢液進入中排裝置不及時而竄入上部的陰離子交換樹脂層內(nèi)，進而導致樹脂再生效果差或出現(xiàn)交叉污染的情況。

6 建 議

采取上述操作優(yōu)化調(diào)整措施后，混床正洗效果得到一定程度的提升，但要從根本上解決陽、陰離子交換樹脂分層界面存在的不平齊、層次不分明問題，最理想的技改措施是在陽、陰離子交換樹脂之間裝填惰性樹脂——在陽、陰離子交換樹脂之間裝填高度約20 cm、密度大于陽離子交換樹脂而小于陰離子交換樹脂的惰性樹脂，以便在陽、陰離子交換樹脂之間形成一個能起到調(diào)節(jié)和填充作用的緩沖帶，有效將陽、陰離子交換樹脂分隔在中排管中心線附近，這樣即使有少許樹脂混雜情況，它們也會被分散在惰性樹脂層中，所帶來的交叉污染基本上可以忽略，從而可徹底消除分層界面混雜不清的樹脂交叉污染后對混床正洗出水水質(zhì)造成的不利影響。