空分装置循环水电导率升高的原因分析与处理措施

张娟娟，王立萍

（金川集团股份有限公司动力厂，甘肃　金昌　737100）

空分装置循环水电导率升高的原因分析与处理措施

张娟娟，王立萍

（金川集团股份有限公司动力厂，甘肃金昌737100）

空分装置循环水系统是保证系统运行的重要手段。针对循环水电导率升高的现象，主要从空气质量、水池排污、过滤器故障及软化水制作系统故障等方面进行了原因分析。在对各项原因进行分析的基础上，提出来相应的处理措施，达到控制循环水电导率在合理范围的目的。

循环水；电导率；离子交换器；阳离子交换树脂

1　概述

金川集团股份有限公司 （以下简称金川集团）空分装置循环水系统，主要由冷却塔、水池、风机、离心水泵、旁滤器及全自动钠离子交换器等设备组成，其循环水系统蒸发量是依靠全自动钠离子交换器制作软化水进行补充。其结构系统简图如图1所示：

图1　全自动钠离子交换器系统简图

空分装置循环水系统的主要作用，一是冷却压缩空气，实现等温压缩，降低空分系统能耗；二是冷却压缩机润滑油，保证润滑油系统正常工作；三是冷却大型压缩机电机，保证电机稳定运行；四是在空气预冷系统，降低高温压缩空气的温度，洗涤除去空气中灰尘、硫化物及易使分子筛中毒的化合物。因此，循环水系统是空分装置的血液，管理好循环水系统，是保证其安全稳定运行的基础。

循环水电导率越高对冷却设备的腐蚀就会越严重，电导率反应循环水中含盐量的多少，盐含量越高金属的电化学腐蚀反应强烈。且循环水中Cl-的增加，加强金属的络合反应，使化学反应增强。引起压缩机冷却器列管表面的点蚀及局部腐蚀，造成其管壁穿孔或爆裂。同时，盐含量越高就会造成碳酸钙、水溶性无机盐的析出，出现“热结垢”和“冷结垢”的现象，降低冷却器换热效率，堵塞管道、换热器及喷头等。

2　循环水电导率升高的原因分析

2.1空气中SO2、CL2、CO2及灰尘的影响

金川集团主要是开采镍硫化矿，加工生产电镍的企业。由于生产工艺的原因，厂区空气中含有SO2与CL2这两种强腐蚀性气体。而空装置循环水系统采用的是开放式冷却塔结构，当气体与灰尘进入水中发生如下化学反应：

形成以上所示离子，使软化水中离子数量增加，引起电导率升高。

2.2循环水水池没有连续排污或排污量不足

通常在冷却水池采用表面排污或上部连续排污，主要是排除水中的含盐量和含硅量。由于空分装置循环水的蒸发量主要由预冷系统水冷塔污氮气饱和蒸发、冷却塔风机强制通风蒸发、开放式冷却塔自然蒸发组成。设备运行期间蒸发量不断增大，使循环水中盐不断浓缩，离子浓度不断增加。如果水池没有连续排污或排污量不足，就会导致循环水电导率的不断上升。

2.3循环水系统旁滤器故障的影响

循环水旁滤器的作用是将一部分循环水，连续通过过滤介质，控制过滤速率，在一定时间内，把全部冷却水都过滤一遍。其原理就是通过连续滤除水中的污垢来保持水的清洁。但如果旁滤器出现故障不工作、过滤量不足或不反洗的情况，都会造成水质变差，引起循环水电导率升高现象的发生。

2.4原水过滤器与稀盐水过滤器故障的影响

循环水系统原水过滤器与稀盐水过滤器是针对自来水与稀盐水中的泥沙、机械杂质及漂浮物进行物理过滤的设备。当自来水与稀盐水由入口进入，首先经过粗滤网滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网。在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的脏物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内侧，因此在细滤网的内、外两侧就形成了一个压差。当过滤器的压差达到预设值时，将开始自动清洗。一旦原水过滤器与稀盐水过滤器出现滤网破损或不反洗故障，自来水与稀盐水中杂质进入交换器，就会造成阳离子交换树脂被泥沙包裹或中毒，使交换器的制水量减少，增加再生频次，导致循环水电导率升高。

2.5软化水制作系统故障的影响

空分装置循环水系统配套安装软化水制作装置，是通过钠离子交换器，利用NaCL溶液中的Na+离子，置换水中的Ca2+、Mg2+生成软化水，来补充系统循环水蒸发量。主要设备包括全自动钠离子交换器、源水过滤器、盐水过滤器、浓盐池、稀盐池、盐泵等。软化水制作设备故障有交换器阀门泄露造成再生盐液进入循环水池导致软化水电导率升高的影响。和交换器单台产水量减少，再生频次增加，带入软化水中的离子数量增加，导致软化水电导率升高的影响。

1）交换器出水气动阀门泄露。交换器出水阀是阀板及密封衬胶的气动两位阀，在软化器做水过程中处于常开位置，而再生过程时处于关闭状态。交换器在长期运行过程中，阀门经常开关，阀板及阀门密封老化，可能出现无法完全密封的状态。阳离子交换树脂再生时由于阀门泄露，大量的再生盐液进入循环水池，造成循环水电导率升高。

2）钠离子交换器筒体或中排衬胶脱落。交换器筒体与中排都是采用碳钢衬胶作为防腐措施，但在设备长期运行过程中经常会出现衬胶层脱落的现象。当碳钢与水长期接触后就会发生吸氧腐蚀，即发生铁作为负极，铁中杂质作为正极的原电池反应。其反应方程式为如下所示：

当水的pH值大于2.5时，Fe2+会被氧气再次氧化为Fe3+，其方程式为如下所示：

生成的Fe3+一方面与阳离子树脂紧密结合使树脂失效，另一方面Fe（OH）3胶体会吸附在树脂表面堵塞阳离子交换通道，导致阳离子交换树脂彻底失去Ca2+、Mg2+离子交换能力。交换器生成软化水的量减少，系统软化水补充不及时导致电导率的升高。

3）交换器内阳离子交换树脂量减少。交换器内离子交换树脂是带有官能团（有交换离子的活性基因）、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。其外形通常是一种直径为0.4～0.6mm的球形颗粒物。由于交换器筒体内中排鱼骨纱网破损或树脂磨损粉化造成交换器内树脂量减少后，则单台软化器产水量减少，此时交换器的再生频次增加，软化水电导率升高。

4）交换器再生程序中各步骤的执行时间不合理。空分装置循环水系统经过长期统计分析发现，软化器制水量的减少，除了树脂泄露、磨损、粉化及Fe3+中毒失效导致的原因外，还有树脂再生过程中各步骤时间设计不够合理的原因。

（1）反洗时间设计过短：交换器再生的第一步即反洗，反洗分为小反洗与大反洗。小反洗是打开小反洗阀，通过软化器中排进水，冲洗中排以上树脂表面。大反洗是打开大反洗阀，向软化器底部进水，对软化器内所有树脂进行清洗。但设计这步骤的执行时间为小反洗3min，大反洗10min。由于生水中的杂质、有机物、硅胶体、铁胶体、铁锈颗粒及细菌等被树脂吸附后，会使树脂中毒。因此，反洗过程必须有足够的时间，使树脂得到彻底的洗涤。如果离子交换树脂反洗不完全，则会导致交换器的制水量减少，再生频次增加，软化水电导率升高。

（2）浸泡时间设计过短。浸泡过程是树脂的再生过程，其化学反应过程如下：

如果反应过程不充分，树脂再生不彻底，则会严重影响单台软化器制水能力，增加制水频次，导致软化水电导率上升。但设计这步骤的执行时间45min。经长期数据统计分析发现45min不能使树脂再生彻底。

（3）正洗时间设计过短。正洗过程是将置换液中形成的Ca2+、Mg2+、CL-及残存的少量Na+、CL-清洗干净，彻底排放掉。如果该步骤运行时间过短，置换液没有被彻底排放干净，则残留的离子在制水过程中便会进入水池，直接导致循环水电导率升高。而软化器程序设计这步骤为小正洗3min，大正洗15min。经过长期运行，发现前后18min不能使各种离子得到彻底排放，即正洗时间过短。

3　降低空分装置循环水电导率的处理措施

金川集团生产加工工艺决定了厂区空气质量短时间内无法改变，因此，要解决空分装置循环水电导率升高的问题必须从水池排污、过滤器故障与软化水制作系统故障等方面针对性的解决问题。

3.1加强水质管理，规定水池排污频率

循环水系统冷却塔采取的是敞开式混凝土结构，循环水在冷却过程中大量蒸发引起的盐浓缩，不可避免会造成的其电导率的升高。因此，要做好循环水日常监测，时时监督水质运行情况，当水质发生变化时，积极查找原因，及时给与解决。同时，必须通过规定循环水池定期、定量排水，来降低水池中金属离子及弱酸根离子浓度。随时监测循环水旁滤器的工作状况，保证其稳定运行，严格控制循环水电导率在3000μS/cm以下。

3.2及时检查交换器结构及阳离子交换树脂

定期打开交换器人孔，首先，检查阳离子交换树脂床层是否下降过多，如有下降，检查中排鱼翅纱网是否破损，修复后及时补充树脂；其次，检查树脂是否有大量变色、被泥沙包裹的现象，如有变成铁锈红的迹象，说明筒体或中排衬胶层破损，碳钢被腐蚀，检查筒体及中排腐蚀情况，进行防腐处理。如有大量树脂被泥沙杂质包裹现象，说明原水过滤器或稀盐水过滤器出现故障，检查过滤器运行情况及时检修保证其正常运行。通过以上措施保证单台交换器的软化水制作量，避免因交换器再生频次增加而造成的循环水电导率升高。

3.3及时检查交换器阀阀门

定期检查交换器附属各气动阀门密封状况，一旦发现有内漏严重的阀门，更换为可靠的气动蝶阀，避免因阀门泄漏，再生盐水漏入送水管道进入循环水池，而造成循环水电导率的升高。

3.4调整软化器再生程序中关键步骤的执行时间

阳离子交换树脂再生过程中，由于反洗、浸泡及正洗的执行时间不合理，造成树脂内的杂质清洗不干净、树脂离子置换不彻底、各种离子带入软化水池等。因此，通过多次试验及数据分析，将反洗时间由原来的13min，调整为25min；将浸泡时间调整由原来的45min，调整为70min；将正洗时间由原来的18min，调整为30min。使软化器树脂中残留淤泥被彻底冲洗干净，保证离子置换时间充分，使树脂能够进行良好接触、完全交换的，使单台软化器产水量增加至原来的2.5倍，达到降低循环水电导率的目的。

4　效果及效益

空分装置循环水电导率超标的原因有多种，当发生电导率超标现象时，原因可能有一种，也可能有多种。通过分析采取相应措施，单台离子交换器的制水能力，提升为原来的2倍。而且将循环化水电导率控制在了3000μS/cm以下。

这不仅降低了软化器再生时的NaCL消耗量，减少离子交换树脂的补充量，即节约了设备检修材料费用。同时，循环水电导率的降低，减轻循环水对设备冷却器、管道、阀门及喷头的腐蚀程度，避免设备冷却器泄露造成设备事故，延长冷却器、管道、阀门及喷头的使用寿命，节约了设备检修备件费用。

［1］ 龙荷云.循环冷却水处理［M］.第三版.江苏科学技术出版社，2001.

［2］ 谢飞.循环水水处理技术及生产控制［J］.民营科技，2014 （09）：90.

TK223.5