主頁 > 新聞動態 > 除鹽水離子交換器的介紹及運行過程中的現象分析和故障排除 2021-11-20

除鹽水離子交換器的介紹及運行過程中的現象分析和故障排除

核電站除鹽水系統本系統采用供水水源來自廠生產水池，根據本項目的水源特點和目前處理系統的工藝技術狀況，將本水處理工藝系統分為三個子系統，即程控超濾預處理系統、反滲透脫鹽系統及EDI脫鹽系統。預處理系統主要用于去除水中的懸浮物、膠體、有機物和鐵錳等雜質，保證出水有機物含量及污染指數（SDI）等指標滿足反滲透進水要求。反滲透脫鹽系統及EDI系統主要用于去除水中各種溶解固形物即鹽份，使產水滿足鍋爐補充水的水質要求。
一、方家山YA除鹽水生產系統介紹
1.除鹽水系統進水和出水水質
根據電站的對除鹽水水質的要求，需要達到如下指標：
電導率（25℃）<0.15μS/cm
氯化物和氟化物<0.15μg/L
硅<20μg/L
Na+<5μg/L
2.離子交換器系統設備配置及運行方式
經反滲透裝置預脫鹽處理后的水儲存于淡水箱，經淡水泵加壓進入離子交換系統，進行進一步除鹽。除鹽水生產工藝作為全電站的除鹽水來源，出于高安全性考慮，在設計上采取冗余設計，離子交換系統分成2列，每列的出力為120m3/h。最大出力為240m3/h，產水進入除鹽水箱。離子交換系統包括一級除鹽系統（2臺陽離子交換器和2臺陰離子交換器）和二級除鹽系統（3臺混合離子交換器）。陽，陰離子交換器采用串聯布置，分成兩列，一級除鹽系統出水進一步經混合離子交換器處理，三臺混床并聯布置。每列的陰、陽離子交換器同時運行、同時再生。兩個系列可以同時運行，也可以一個系列運行，另一個系列再生作備用。
二、方家山YA廠房離子交換器失效判斷依據
1.陽離子交換器失效分析
監測陽離子交換器失效的指標主要有兩個。
1.1.出水鈉含量超標
陽離子交換器內裝有H型強酸陽離子交換樹脂，按照淡水廠來水中陽離子交換能力的大小，排列順序為Ca2+>Mg2+>Na+>H+。淡水箱來水中的陽離子與陽樹脂進行H+置換反應，Ca2+首先被吸附，然后Mg2+被吸附，Na+最后被吸附。
其反應方程式為（A代表金屬陽離子，R為樹脂基團）：An++nRH=RnA+nH+在陽床正常運行一段時間后，沿進水方向會形成不同的“離子型”樹脂層，根據“分層吸附”原理，最上部為Ca2+層，其次為Mg2+層，再次為Na+層，這些為工作層，最下部為H+層，稱之為保護層。當Ca2+層“飽和”之后，由于陽離子活性的不同，Mg2+層樹脂會被逐漸置換成Ca2+層，Na+層樹脂會被逐漸置換成Mg2+層，離子型樹脂層會出現按選擇性順序逐層下移的情況。
當工作層的底部與保護層底部相重合時，Na+首先“穿透”，隨著“保護層”的失效，出水中Na+含量會迅速增加，并很快達到與進水中Na+含量相似。為了達到出水指標，一般規定只要陽床出水中Na+超過50μg/L時，即可以認為陽床失效了。
1.2.周期制水量達到系統設定值
離子交換器的周期制水量，是指在產水質量達到要求指標的前提下，在一個周期內的制水量。周期制水量與淡水箱水質情況，離子交換器內樹脂工作交換容量，運行流速等等有密切關系。結合每列陰陽床同時再生的原則，每列陰陽床的周期制水量被設定在30000m3。
2.陰離子交換器失效分析
陰離子交換器內裝有OH型強堿陰離子交換樹脂，按照陽床來水中陰離子交換能力的大小，排列順序為SO42->Cl->HC03->HSiO3->OH-。
利用這一特性，可以確定陰床的失效點。當陽床產水進入陰床時，SO42-首先被吸附，然后是Cl-，再次是HC03-，最后被吸附的才是HSiO3-。
其反應方程式為（B代表金屬陽離子，R為樹脂基團）：Bm-+mROH=RmB+mOH-一般規定陰床出水硅表大于50μg/L，即可以認為陰床失效。
三、方家山YA廠房離子交換器運行過程中的現象分析
1.陰床失效時，出水電導率變化
陰床進水是從陽床交換過來的，水中含有大量的強酸(SO42-、Cl-)及弱酸(HSiO3-，及微量的HC03-)，其含量與水中陽離子相同。當陰床正常運行時，水中的酸根離子被樹脂吸附，水中的H+與交換下來的OH-生成電解度很低的水，而陽床“漏泄”的微量Na+則與OH-生成微量的NaOH，陰床正常出水電導率應小于1μs／cm。
陰床失效時，HSiO3-首先“穿透”，生成電解度較小的NaHSiO3，由于NaHSi03的導電能力要低于NaOH，此時出水電導率會“略有下降”。
當HSiO3-繼續“穿透”，超過Na+含量時，就會生成H2SiO3，由于H+的含量增加且電導率較大，此時陰床出水的電導率又會“略有上升”。
隨著陰床失效程度的加劇，以至于HCO3-，Cl-、SO42-也陸續產生“穿透"，這又會使陰床出水電導率急劇上升，由此出現上述現象。
2.陰離子交換器再生效果不佳的原因分析
1.1.再生液溫度和時間。維持適當的再生液溫度可以幫助洗脫附著在陰樹脂上的HSiO3-，降低陰床出水中的HSiO3-含量。過高的再生液溫度易使陰離子交換樹脂的交換基團分解，降低交換容量和使用壽命。同時，HSiO3-在整個樹脂層分布較廣，被置換下的速度又比較緩慢，所以需要較長再生時間。
解決方法:堿加熱水箱的出水溫度大概在80℃，利用比例控制閥混合一定的冷水，將再生液的溫度控制在35～40℃，同時將再生時間設定在1小時左右。
1.2.再生用堿量。再生用堿量不足時，會導致陰床的失效樹脂得不到充分的再生，因而會影響到陰床的周期制水量。如果用堿量過少，甚至會影響到陰床底部樹脂的再生度，這樣就會直接影響陰床出水水質。
解決方法:控制從高位濃堿儲罐到堿計量箱的進堿量，保證整個再生過程濃堿用量在1.5m3左右。
四、方家山YA廠房離子交換器運行中存在的問題及其改進
1.YA廠房淡水箱除碳器風機應增加過濾器
在目前YA廠房運行過程中，淡水箱頂部除碳器一直未投運，原因是除碳器為鼓風式的，由于現場環境較差，空氣中含有的雜質較多，在除碳器工作的同時，空氣中的粉塵會被大量吹進淡水箱，污染水質，直接影響除鹽床的進水水質以及除鹽效果。在調試期間已經發現淡水箱內部有許多泥垢。應考慮在淡水箱除碳器風機進風口增設空氣過濾器或者防塵裝置。
2.YA廠房離子交換器相關氣動閥故障頻繁
在系統全自動啟動過程及正常運行過程中，經常會發現離子交換器的閥門無法開啟或者故障的情況，需要多次故障復位才能消除，其中有一部分是系統PLC控制系統反饋問題，大部門是閥門本身的問題到導致無法正常開啟或者關閉。特別是在淡水泵已經啟動，但是陽床的進口閥無法開啟的情況下，若是及時發現并且及時消除故障，系統還是可以繼續運行，但若長時間的“憋泵”勢必會影響泵的正常運行。因此氣動閥的可靠性有待提高。
五、教學設備的推薦與介紹