高速混床树脂紊乱原因分析及解决

戴世峰

（上海电力股份有限公司 吴泾热电厂，上海 200241）

0 引言

上海吴泾热电厂改造2台300MW超亚临界燃煤机组采用中压凝结水精处理系统，每台机组精处理系统包含2台50%高速混床，现场预留1台混床的位置。整个凝结水精处理系统包括高速混床和体外再生系统。8、9号机组分别拥有独立而且系统结构完全相同的高速混床，共用1套体外再生系统，通过输送管道完成从高速混床至再生系统再至高速混床的树脂输送过程。8号机组2台高速混床于2010年4月正式投运，5个月后9号机组2台高速混床也相继投产运。4台高速混床自投运一段时间后，相继出现了树脂紊乱翻滚的问题。从投运初期的凝结水处理量来看，4台高速混床的凝结水周期制水量在4万t左右。按照华东电力设计院的设计规范，高速混床需要满足400t／h流量连续运行8天，周期处理凝结水量约8万t，远远高于老厂改造的4台高速混床投运初期的处理量。

1 高速混床结构

进水管位于床体顶部中央，进水流经弧形挡板扩散后，通过多孔板上的进水帽，均匀进入树脂工作区。进水装置设计成平面多孔板，板上装有60只进水帽。

多孔板分别由5块牌号为SS304的不锈钢拼板链接而成。拼板之间、多孔板与高速混床连接板之间，直接通过螺栓紧固。为了保证进水装置上部进水区域与树脂工作区不短路，防止局部流量冲击，板与板之间的接触面加工要求非常高，螺栓紧固程度也非常关键。从拆卸情况来看，部分螺栓由于紧固时用力过猛而发生咬煞。

2 树脂紊乱原因分析

2台机组的高速混床投产后不久，相继出现了不同程度的树脂紊乱、翻滚现象，大大影响了高速混床有效树脂层高度，同时也严重影响了高速混床的周期制水量。

2.1 从设计原理上查找

高速混床进水装置是通过平面多孔板上的60只水帽进行水流分布，水流流入水帽后水平向四周分散。只要5块拼板的拼接面平整、多孔板与连接板接触面平整，那么在完全紧固的情况下，进水通过水帽后水平流出，不会产生局部水流过快而对树脂层形成冲击。查看高速混床运行日志，发现高速混床运行初期，确实不存在树脂翻滚现象。因此，初步判断为进水装置可能是由于长时间受到高压水冲击和震动，造成局部区域的螺栓松动而引发纰漏。

2.2 从安装工艺上查找

拼板的加强筋通过平面拼板弯折而成，在弯折处不可避免地存在圆弧过渡面；拼板之间的紧固，再通过螺栓与连接板连接，如图1所示。

图1 拼板与连接板紧固剖面

安装固定后，连接板与拼板之间因加工工艺等问题，不可避免地会产生较大的缝隙，这是整个进水装置的最大弱点。

尽管事后也对该问题采取了补救措施，如在平面多孔板与连接板之间加装橡胶垫片，减少拼装时产生的缝隙，但是运行不久又出现了树脂翻滚现象，甚至比改进前的情况更糟。

2.3 从检修设备上查找

检查高速混床装置的内部，发现原先安装在缝隙处的橡胶垫片已经被吹损，甚至脱落，螺栓松动、拼板连接处因无垫片，缝隙不断增大，使得局部水流的冲洗力度增大不少。

3 解决树脂紊乱措施

由于在原设计时对高速混床进水装置的构件拼接工艺考虑不周，导致进水不能均匀分布流淌，造成水流局部冲击，引发树脂紊乱翻滚问题。

3.1 改进进水装置

借鉴除盐系统混床的进水装置型式，采用辐射支母管技术，进水装置所用材料牌号为SS304不锈钢，如图2所示。

图2 辐射支母管形式

1）采用辐射支母管形式 由于是在原设备上实施技术改造，不能对原高速混床进行气割、焊接等作业，新进水装置与原管道系统通过进水装置支承管来连接。新进水装置的进水仍然要从原进水口进入，势必要增大新进水管的通径，增大局部水流速度。为了尽可能地降低局部水流增速引起的冲击，在新进水装置的母管处增加通流面积，设计成7通管形式，母管采用φ325mm×10mm。这样，一方面增加了进水装置的通流面积，另一方面也便于6根φ121mm支管的安装。

2）在支管上增设不锈钢绕丝 对8号机组的高速混床，在新进水装置支管上增设不锈钢绕丝，在母管底部增设3只流速为7m3／h的水帽，以保证出水均匀。从现场运行来看，树脂翻滚的现象被消除了。但是，运行中的压差大于改造前，对于这个问题可以采取增大绕丝间隙来缓解运行中压差大的问题。

3）在支管上水平开孔 为了减小高速混床运行中的压差，对9号机组高速混床直管形式做了改变。在每根支管上水平开16个φ35mm的孔。在新进水装置支管上不再增设不锈钢绕丝，并在母管底部取消了水帽的设计。从实际运行情况来看，高速混床运行压差与改进前基本保持一致，但是在运行初期，树脂层表面仍存在微量树脂漂浮现象，连续运行12h后此现象消失。对此现象分析认为，9号机组高速混床布水均匀程度低于8号机组，8号机组高速混床进水通过6根绕丝滤元进行分布。在此情况下，树脂层表面树脂正好处于进水紊乱区，运行一段时间后，树脂层被压缩，使得树脂层表面树脂脱离紊乱区，树脂漂浮现象发生。若要解决该问题，可以提升进水装置的高度，使得进水紊乱区域远离树脂层。

3.2 改造后的技术评估

1）采用平面多孔板加水帽形式的高速混床进水装置，在确保各拼板及连接板之间的结合面密封紧固的前提下，可以达到设计要求，确保进水均匀分布。

2）由于制造工艺的原因，高速混床进水装置采用平面多孔板加水帽形式的设计，使得运行中局部进水存在流速过快的现象，对树脂层形成冲击，减少了有效树脂层的高度，同时也减少了高速混床周期制水量。

3）借鉴除盐混床进水装置的经验，对原进水装置进行改进，采用辐射支母管形式，母管设计成七通管式。从现场运行看，基本上解决了树脂紊乱翻滚现象，高速混床周期制水量达到了设计要求。

4）采用不锈钢绕丝网套支管的进水装置，运行中存在压差大的问题。绕丝间隙过小产生阻力，可以增大绕丝间隙来解决压差大的问题。

5）采用支管水平开孔的进水装置，运行初期树脂层表面存在微量树脂漂浮现象。运行一段时间后，由于树脂层压缩，使得表面树脂脱硫紊乱区，运行正常。解决方法是抬高进水装置的高度，使得树脂层脱离进水紊乱区。

4 结语

将原先平面多孔板加水帽形式的高速混床进水装置改造成辐射支母管形式后，解决了高速混床运行过程中树脂紊乱的现象。在实际运行过程中，为了提高高速混床运行的可靠性，树脂的交换容量需要具备一定的富余量。所以，每台高速混床的周期处理凝结水量进行人工干预，定为设计规范中的8万t。但是，从改造后试投运的情况来看，高速混床周期制水量还有一定的潜力可以挖掘。在进行高速混床延长周期处理水量探索方面，需要考虑树脂的交换容量、树脂深度失效的处理费用以及水质恶化产生的严重后果，通过试验加以确定。

建议在进行精处理高速混床进水装置设计选型的时候，需要对各种形式进水装置的利弊考虑周全，避免类似情况的发生。