阴浮动床偏流的原因分析与处理

梅武丰

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）

1 工艺说明

海洋石油富岛有限公司（以下简称“富岛公司”）二期脱盐水装置采用活性炭过滤器预处理+阳浮动床+脱气塔+阴浮动床+混床全离子交换工艺制取合格的二级脱盐水，以满足年产800kt二期尿素装置和年产600kt甲醇装置用水需求。其中，活性炭过滤器四开一备，出水控制：余氯＜0.1mg/L；一级复床除盐系统采取两开一备的单元制工艺，采用的是强、弱树脂联合的双室浮动床，阳浮动床出水控制：Na+泄漏量＜50μg/L、脱气塔出水控制：残余CO2＜5mg/L，阴浮动床出水控制：电导率≤5μs/cm，SiO2≤50μg/L；混床三开一备，出水控制：电导率≤0.2μs/cm，SiO2≤20μg/L。如图1所示。

图1 离子交换发脱盐水工艺流程示意图

2 目前现状及存在的问题

富岛公司二期脱盐水装置于2002年3月建成投运，一级复床除盐系统A、B系列阳、阴浮动床因树脂体外擦洗返回不彻底、树脂泄漏等原因导致树脂量减少，在2009年3月大修期间按树脂按设计填装量的三分之一进行了补加，2019年10月对B系列树脂进行了整体更换。新增一级复床C系列于2006年2月试车投运，因树脂失效频繁、单耗增大，在2015年4月大修期间进行了树脂整体更换。近半年来，A、C系列多次出现阴浮动床运行压差偏高、再生清洗水电导率下降缓慢、清洗时间长、再生酸碱耗量增加等情况，检查发现再生清洗过程中阴浮动床下室存在明显偏流现象。如表1所示。

表1 一级复床除盐系统2020年3月某次再生情况

3 阴浮动床偏流的原因分析

3.1 原水预处理情况

来自东方市大广坝水库的原水流经下游的高坡岭水库引入富岛公司净水厂进行混凝澄清、消毒杀菌处理后，水中悬浮物含量≤5mg/L、余氯：0.5～0.8mg/L，经过净化处理的原水进入脱盐水装置后利用活性炭过滤器进行除浊、除氯处理，以达到离子交换器进水水质要求。观察发现，活性炭过滤器运行至1 500min左右压差便达到0.1MPa，运行至2 500～3 000min基本就达到0.2MPa。而正常情况下活性炭过滤器运行一周期3 500min，其压差基本都在0.1MPa以内。这说明原水预处理效果差，活性炭过滤器处于超负荷运行状态，悬浮杂质极易穿透滤料层进入后续离子交换器，树脂层出现局部结块偏流与原水预处理差存在一定的关联。

3.2 进水或排水装置情况

阴浮动床进水、排水装置采用的是衬胶多孔板配ABS滤水帽的分配装置，其特点是能够稳定、均匀的布水、疏水。观察阴浮动床供水泵运行情况，未发现憋压，说明去阳离子水通过树脂层是顺畅的，进水、排水装置未出现堵塞情况。此外，检查树脂捕捉器和再生排放废液均为未发现树脂泄漏，说明进水、排水装置的滤水帽未出现损坏。由于进水、排水装置未堵塞或损坏，所以阴浮动床出现的偏流现象不是因为分配装置布水、疏水不均匀引起的。

3.3 交换器成床情况

浮动床运行时树脂层呈浮动状态，与固定床相比，其对进水流速要求比较高。流速过高，瞬间产生的推力可能损坏床内装置；流速过低，不能成床或造成树脂层出现局部偏流。浮动床成床流速一般控制在20～30m3/h为宜，结合本装置情况成床流量应控制在100～160m3/h较为合适。富岛公司二期脱盐水装置一级复床除盐系统运行流量一直都控制在110～120m3/h，所以阴浮动床按正常操作起床是不会引起树脂层偏流的。

3.4 树脂再生情况

富岛公司二期脱盐水装置一级复床除盐系统采用的是逆流再生式浮动床，即运行时水的流向为下进上出，再生时再生液的流向为上进下出。逆流再生时，若浮动床底部再生废液排放阀开度过大，或再生液进入床体的量小于再生废液的排放量，床内树脂将会出干床现象。干床会导致再生液偏流、再生剂与树脂接触时间过短而再生不彻底或失败，还会引起树脂层结块使浮动床运行时出现偏流。就排查情况来看，阴浮动床底部再生废液排放阀开度是合适的，再生液流量也一直在设计值范围内，所以再生过程不存在树脂层干床、局部结块的情况，阴浮动床再生清洗出现偏流与再生操作无关。

3.5 树脂体外擦洗情况

为了防止在水流托起树脂层时发生乱层现象，浮动床上部自由空间仅有2%～5%，虽然设备的空间利用率较高，但缺点是它对进水浊度要求较高且无法在交换器内进行反洗。因此，浮动床应定期或压差高时进行体外擦洗，以便及时清除树脂层表面的悬浮杂质，避免影响出水质量和再生效果。近几个月，富岛公司二期脱盐水装置阴树脂擦洗塔因部分阀门阀板出现腐蚀内漏而未排查出来，导致阴树脂在输送过程出现泄漏，擦洗工作因此被耽搁，阴浮动床下室树脂层积累的悬浮杂质未及时清除，堵塞了部分树脂的交联网孔，树脂层出现结块、偏流现象。

3.6 其他情况

离子交换器内混入杂物、树脂老化、脱气塔周围空气质量差等因素都会造成阴浮动床树脂层局部流通受阻引起偏流。2019年5月11日，B系列阴浮动床下室出现偏流现象，经检查发现下室树脂中夹杂有两个薄膜袋，事后对A、C系列检修时未发现此类现象。此外，A、C系列阳、阴树脂使用年限已久，部分树脂出现老化后强度下降、抗污能力减弱，碎树脂在树脂层中极易引起抱团结块。除此之外，对于鼓风式脱气塔而言，周围空气质量差会使阴浮动床进水浊度升高，引起树脂交联网孔堵塞、交换器压力降增加、树脂层局部结块偏流。

综合上述情况，基本可以判断富岛公司二期脱盐水装置一级复床除盐系统A、C系列阴浮动床多次出现偏流主要与原水预处理效果差、树脂使用年限长部分树脂出现老化、阴树脂擦洗塔故障导致阴树脂未得到有效擦洗等因素有关。

3.7 阴浮动床偏流的处理措施

要解决阴浮动床再生清洗时出现的偏流现象，最有效方法是对A、C系列阳、阴树脂进行整体更换，但考虑到树脂更换成本较高且耗时长、除盐系统处于连续运行状态不便于对某一系列复床交出检修，目前防止阴浮动床偏流的最有效措施如下：

（1）严格控制原水质量。当水质出现异常波动时，应及时协调净水厂进行加药量的调整、做好原水混凝澄清、消毒杀菌工作，确保原水预处理效果，并根据活性炭过滤器压差情况及时进行反洗，可以在不跑活性炭的情况下，适当提高反洗强度、延长反洗时间，确保反洗效果。

（2）控制好成床流量。阴浮动床由于采用的是泵直接供水，起床时应先开出口阀，再开入口阀，最后关小供水泵出口阀至适当开度，以免泵启动后出现床体憋压或高流量冲击床内装置。成床后流量不得低于100m3/h，以免因流量过小而无法成床或产生偏流。若成床效果不佳，可以适当提高进水流量，待树脂层达到最佳成床效果后，再按工艺要求调整至适当流量。运行过程中应避免出现流量频繁断崖式波动而引起落床乱层、偏流。

（3）确保每季度进行一次的树脂体外擦洗操作。体外擦洗时可适当延长树脂输出和返回时间，确保树脂输送彻底。擦洗操作应按照“先强后弱”的擦洗顺序进行，强型树脂返回后应排空擦洗塔，避免细碎树脂和擦洗下来的杂质混杂进后续擦洗的弱型树脂中。空气擦洗、反洗操作时应控制好气洗、水洗流量，反洗至排水清澈无悬浮物为止。

（4）严格控制再生操作。树脂失效后应确保树脂层平稳落床以防止乱层，落床后要及时进行再生，避免落床时间过久导致树脂层压实出现局部结块。再生时再生时间不宜过长，防止树脂层被压实。再生后进行循环清洗时，应控制好起床流速，确保树脂层成床效果。

（5）严抓检修质量关。岗位人员应确保交换器检修时全程都在监管视线之内，防止检修过程中出现杂物掺进树脂的现象发生，一旦出现，应及时纠正。

若日常维护操作严格执行以上措施，阴浮动床再生清洗时依旧出现偏流现象致使水质不达标，可以对产生偏流的床室树脂进行体外擦洗操作，然后按1.5～2倍的再生剂用量进行再生。

4 结束语

在离子交换脱盐水工艺中，由于工艺技术的不断改进，现如今很少出现树脂污染、变质、结块偏流等情况，只要把握好树脂再生效果，便可以确保稳定生产。至于本装置所遇到的阴浮动床再生清洗阶段下室树脂层出现偏流现象，只是几种客观因素巧合碰到一起了，从目前的处理效果来看，偏流故障基本消除，再生效果明显改善。当然一级复床除盐系统A、C系列树脂使用年限已到，择机进行整体更换也是很有必要的。