阴离子交换树脂耐温性能试验研究

侯亚琴，吴中杰，宋丽莎，高　　坚

阴离子交换树脂耐温性能试验研究

侯亚琴，吴中杰，宋丽莎，高坚

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

针对凝结水精处理系统进水温度提高至80℃以上引起阴离子交换树脂性能发生较大变化的情况，使用两种实验方法（标准耐温性能试验、试验室28天耐温考核试验）对9种凝结水处理用的阴离子交换树脂样品进行耐温性能筛选。在通过标准耐温性能试验弃去4种耐温性能不达标准的样品后，对剩下5种样品进行试验室28天耐温考核试验，得到树脂耐温性能结果并提出运行方式的建议。

阴离子交换树脂；耐温试验；运行方式

0　　引言

离子交换树脂中阳树脂在80℃时基本不发生分解，阴树脂在低于此温度时就开始分解，主要分解产物为三甲胺［1］。部分电厂锅炉经过供热改造后，供热期间的凝结水温度将提升至80～85℃，为此通过实验筛选出可用于供热工况下凝结水处理的阴树脂是十分有意义的［2］，可为供热改造后凝结水精除盐系统的运行方式提供参考。

以国内某树脂厂提供的7种实验室合成的特制耐高温阴树脂编号为A1-A7，陶氏和漂莱特常用于凝结水处理的550A和D208分别编号为B、C两种阴树脂，共9种有代表性的阴树脂为实验样品，对样品的耐温性能进行了系统性评价［3］。

阴树脂耐温实验采用2种方法：一是标准耐温性能实验；二是实验室28天耐温考核实验。实验分3个步骤：1）对9种树脂样品进行常温下理化性能实验；2）对9种树脂样品进行标准耐高温实验；3）由标准耐高温实验，筛选出3种有代表性的合成树脂和陶氏树脂、漂莱特树脂，对这5种树脂样品进行实验室28天耐温考核实验。

1　树脂耐温性能的研究过程

1.1常温下理化性能实验

按DL/T 519—2014《发电厂水处理用离子交换树脂验收标准》［4］规定的方法。分别测定9种样品主要理化性能：强型基团容量、体积交换容量、含水量、湿视密度、湿真密度、渗磨圆球率、粒度范围、均一系数。

9种树脂样品理化性能实验结果的各项指标见表1，与DL/T 519—2014规定的凝结水处理用离子交换树脂要求对照得出：9个样品的湿真密度全部合格；A1、A5、A6的体积交换容量不达标（1.20 mmol/mL），略微低于交换容量标准；A4树脂的湿视密度在下限并且渗磨圆球率极差，只有0.77%，偏离标准圆球率（90%）；A4、A6、A7的均一系数均略高于标准值1.30。

综合考虑各树脂的理化性能：除A4树脂外，其他各树脂均可用于正常温度下的凝结水处理。

表1　　阴离子交换树脂样品常温下理化性能（测定形态氯型）

1.2阴树脂耐温性能筛选实验

按DL/T 953—2005《水处理用强碱性阴离子交换树脂耐温性能测定方法》［5］规定，在95℃的恒温水浴中将OH型强碱阴离子交换树脂持续恒温100 h后，分别测定受热前后OH型离子交换树脂的强型基团交换容量，并计算其下降率。

在95℃、100小时条件下，进行耐温性能实验，结果列于表2。

表2　　阴离子交换树脂样品耐温性能实验结果（测定形态氯型）　%

由表2得出：A1、A5、A6、A7、B、C组6种阴树脂能满足DL/T 771—2014《发电厂水处理用离子交换树脂选用导则》［6］第5.2.2条，95℃恒温水浴中将OH型强碱阴离子交换树脂持续恒温100 h后，其强碱基团下降率不超过13%的要求。其中，耐温性能最好的是树脂A5，其次是A6、A7，耐温能力可与进口树脂B、C相比。

A2、A3树脂的强型基团容量下降超过13%，A4树脂强型基团容量为12.78%已非常接近13%，所以A2、A3、A4 3种样品不再适合长时间耐温实验。

1.3实验室长时间耐温考核实验

考虑到树脂应用时可能出现的温度，实验选择了85℃，静态浸泡在恒温水浴中28天，每天摇动3次以上，每7天取样分析1次理化性能。根据试验过程中离子交换树脂理化性能的变化情况，评价树脂耐温性能。

根据耐温试验结果可选择A1、A5、A6、A7、B、C 等6个树脂进行试验室长时间耐温试验，其中A6和A7的耐温试验中强性基团下降率很接近且优于A1 和B、C 3个样品，但是A6树脂体积交换容量远小于A7，且均一系数最差；而A1树脂虽然耐温试验中强性基团下降率高于A5、A6、A7、B、C，但却是树脂厂试验室第一个提高耐温性能牺牲交换容量的典型树脂。另外A5和B为凝胶型树脂，A7和C为大孔型树脂。所以选择A1、A5、A7、B、C 5个树脂做耐温实验。

按DL/T 519—2014进行理化性能实验。其中磨后圆球率测试方法修改为：取已制备好的树脂样品50 ml于250 ml烧杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自来水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001［6］中8.1.3、8.1.4操作步骤进行测试。渗磨圆球率测试方法修改为：已制备好的树脂样品15 ml于250 ml烧杯中，加入0.5%NaCl溶液200 mL浸泡4 h以上，自来水清洗3遍，按照GB/T 12598—2001中8.1.2、8.1.3、8.1.4操作步骤进行测试。实验室长时间耐温考核实验结果见表3。

表3　85℃下阴离子交换树脂耐热性能实验结果（测定型态氢氧型）

2　　结果与讨论

2.1常温理化性能测试和耐温实验筛选

经过常温理化实验测试，只有A2、A3、A7、C树脂基本符合DL/T 519—2014《发电厂水处理用离子交换树脂验收标准》［4］关于理化性能的规定。B树脂为进口树脂，不执行行业标准。A1、A5、A6体积交换容量不达标；A4树脂的渗磨圆球率极差；C树脂有效粒径差；A5、A6、A7均一系数不达标；A1～A7树脂的上限粒度均不达标准，其中A1、A4、A6上限粒度极差；A1～A7树脂的范围粒度不好，只有A3树脂0.400～0.800 mm范围内的勉强达到了95.1%。所以7个树脂样品全部不能满足DL/T 519—2014的各项规定。按 DL/T 953—2005［6］的规定方法，测定A2、A3、A4 3个样品强型基团下降率超过或接近13%的要求，全部淘汰。

2.2长时间耐温考核实验结果

实验室28天85℃耐温考核实验过程测定各树脂强型基团交换容量下降率，见图1。1周结束，A1 和C下降率为6.11%～4.33%，A5、A7、C 3个树脂强型基团交换容量下降率分别为0.98%、0、1.37%，很小。后3周A1基本保持一个较高的下降率水平；D208强性基团下降率平稳下降；A5和A7保持了较低且平稳的强性基团下降率水平；A1和B树脂保持了较高且均匀下降率水平。

图1　　阴树脂强型基团28天实验

几种样品的85℃耐温考核实验体积交换容量与强性基团交换有相同趋势，28天85℃下，5种树脂样品的体积交换容量下降率均未低于一般推荐的10%。

图2　　阴树脂体积交容量28天实验

图3　　阴树脂强型基团交换容量28天实验

由图2、图3可见：A1树脂的体积交换容量初始值低，85℃1周以后，体积交换容量略有下降。A5、A7的体积交换容量基本维持在各自的原有水平。B树脂随时间延长，体积交换容量与强型基团交换容量的下降有完全相同的趋势，均匀下降。

体积交换容量的下降率除了B（550A）树脂以外，其他样品均出现高低不规律数据，见图4。其主要原因是：除B树脂外其他样品的粒度都有问题，造成实验过程中取样代表性差，取出样品的粒度大小直接影响到强型基团和体积交换容量的结果，甚至造成下降率出现负数的现象。

几种样品的耐温考核实验的磨后圆球率：

图5　　阴树脂磨后圆球率

由图5可见：几个样品的磨后圆球率，经过耐温实验后都有所下降。B树脂磨后圆球率最好，初始值高达97%以上，耐温实验后下降幅度最小。A5初始值95%，耐温实验后下降幅度大。C、A7、A1初始值91%，耐温实验后A7和C较A1下降幅度大。

几个样品的其他理化指标：含水量、湿真密度、湿视密度变化，有一样的变化趋势。

2.3综合结果讨论

经过28天85℃的耐温考核实验，B树脂综合指标优于其他几个样品。强型基团下降率6.01%，且第三第四周不变。体积交换容量下降7.09%，不超过10%，仍然可满足运行水质要求；A1树脂在28天85℃的耐温考核实验中，除本身强型基团交换容量低、体积交换容量低，实验取得的强型基团交换下降率高、体积交换容量下降率高以外，标准耐温性能实验、实验室28天耐温考核实验两个实验过程中都不停产生气泡；A7树脂经过耐温考核实验后，磨后圆球率下降突出，由于实验条件的局限性，树脂本身未进行反复离子交换，所受外力强度远小于运行现场的外力，因此必须考虑对树脂渗磨圆球率的要求；A5树脂强型基团和体积交换容量的起始数据在A1与A7之间，其下降率与A7接近，磨后圆球率比A7树脂好。综合指标考虑A5树脂占优。

3　结语

通过对9种阴树脂耐温性能试验研究表明，当凝结水最高温度在85℃时，可以选用国产耐高温树脂解决凝结水精处理用离子交换树脂的问题，但所选用的树脂需要在粒度范围和强度方面进行优化，否则在投入生产后，可能出现精处理混床因压差大而无法运行，阴阳树脂再生分离混合效果不好，破碎树脂进入热力系统造成系统污染等一系列严重问题，都将导致机组无法运行。

选用进口树脂作为85℃以下运行温度的凝结水精处理用离子交换树脂，其综合指标优于其他树脂。但是与其他国产树脂相比差价较大。在实际应用过程中，每年在供热期都要定期更换阴树脂，因此在成本方面，电厂还要做经济分析和评价。

由于本实验为实验室静态实验，与现场的实际树脂承受压力、水力冲刷、反复再生等情况还存在一定差距。同时实验时间仅为28天，而通常供热机组每年供热期为140天，这些会影响树脂的应用周期。因此无论选用什么树脂，运行年度要密切关注水汽品质，累积运行经验，以保证树脂的正常使用。

［1]王广珠.国产电厂水处理用离子交换树脂现状综述［J］.中国电力，2003，36（1）：28-30.

［2]吴清恒.电厂离子交换树脂复苏案例的研究［J］.山西电力，2014 （6）：67-69

［3]郝树红.耐高温离子交换树脂性能测试与比较［J］.工业水处理，2007，27（8）：54-56

［4］DL/T 519—2014发电厂水处理用离子交换树脂验收标准［S］.

［5］DL/T 771—2014发电厂水处理用离子交换树脂选用导则［S］.

［6］DL/T 953—2005水处理用强碱性阴离子交换树脂耐热性能测定方法［S］.

［7］GB/T 12598—2001离子交换树脂渗磨圆球率、磨后圆球率的测定［S］.

4　结语

建立齿轮传动双转子弯扭振动模型，通过计算分析了齿轮啮合刚度、齿轮传动比、轴承刚度及其他齿轮参数对齿轮—转子系统弯振、扭振固有频率的影响。研究发现齿轮啮合刚度增大，能提高扭振固有频率，尤其是1阶扭振固有频率，但对弯振固有频率没有影响；传动比增大，能提高主动转子的弯振同步正向涡动固有频率，减小同步反向涡动固有频率，但对系统扭振固有频率和被动转子的弯振固有频率没有影响；轴承刚度增大，能提高系统的弯振固有频率，但对扭振固有频率没有影响；在传动比不变的条件下，齿轮的齿数、模数、压力角、重合度、厚度等因

Temperature Resistance Performance of the Anion Exchange Resin

HOU Yaqin，WU Zhongjie，SONG Lisha，GAO Jian
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The performance of anion exchange resin was influenced by the condensate water treatment system with the temperature of 80℃，and the performance of anion exchange resin was changed significantly.Two experimental methods （standard temperature tolerance test，28 days temperature resistance performance test）were introduced for 9 kinds of standard samples.Four samples were disabled under standards，and residue five samples were experimented for temperature resistance.The result of resin temperature resistance was obtained and suggestions of the operation mode were proposed.

anion exchange resin；temperature resistance experiment；operation mode

TK223.5+1

B

1007-9904（2016）06-0060-05

2016-04-10

侯亚琴（1977），女，从事化学水分析及水处理工作。轮的齿数、模数、压力角、重合度、厚度改变对齿轮—转子系统的固有频率影响很小。