离子交换器终点的控制方法.doc

全国化工热工设计技术中心站2004年年会论文集谈单元制离子交换器终点控制的方法宋玉梅1 王成富2 （1. 齐鲁石化公司炼油实业部， 山东淄博 255434；2. 齐鲁石化胜利炼油设计院，山东淄博 255434）内容提要 本文通过分析单元制离子交换器运行末期电导率的变化情况，说明了判断单元制离子交换器的终点可以通过在线电导率数值的变化来判断交换器运行终点。用此种方法判断终点，代替同时分析SiO2及电导率的常规方法，使终点控制变得更加方便、快捷、可靠，且可减少投资，是一种简便可行的方法。关 键 词 给水处理；离子交换；除盐水；电导率；二氧化硅由于单元制离子交换除盐工艺具有酸碱同步排放，调整恰当可基本实现再生酸碱废液等当量自行中和、减少酸碱浪费，易于实现自动控制的特点，现已被广泛采用。根据电力部标准，一级除盐水指标为电导率：10s/cm，二氧化硅100g/l，故单元制离子交换器的终点应控制阴床出水电导率及SiO2在规定范围内。由于手工分析存在劳动强度高、间隔时间长、水质易超标等原因，单元制离子交换器一般采用在线仪表分析控制终点。在线电导率表可连续监测水质电导率，国产表价格便宜，质量可靠；而在线硅表价格昂贵，是电导率表的十几倍，且存在分析结果严重滞后的问题。是否可仅用在线电导率表测定阴床出水电导率的连续变化情况来控制单元制离子交换器的终点，本文从离子交换原理、失效前后电导率的变化等方面进行了分析，并提出了控制方法。1 离子交换器运行时的反应原理1.1阳床的离子交换反应原水经阳床后，其中的Ca2+、 Mg2+ 、Na+、K+等所有阳离子和树脂电离出的氢离子进行交换，阳离子被树脂吸附，氢离子被置换下来，和水中的阴离子形成相应的酸。根据树脂的选择性吸附顺序1，Na+最难于被吸附，因此树脂失效时钠离子首先漏出，监测阳床漏钠的情况可以判断阳床终点。1.2 阴床的离子交换反应阳床出水经除碳器除碳后进入阴床，其中的SO42、 CL 、HCO3、HSiO3等所有阴离子和树脂电离出的氢氧根离子进行交换，阴离子被树脂吸附，氢氧根被置换下来，和水中的氢离子生成水，达到除盐目的。根据树脂的选择性吸附顺序，HSiO3阴离子最难于被吸附，因此阴树脂失效时SiO2首先漏出，监测阴床漏硅的情况可以判断阴床终点。2 单元制离子交换器的终点控制单元制离子交换器失效有三种情况：阳床失效而阴床不失效；阳阴床基本同时失效；阴床失效而阳床不失效。下面，就此三种情况分别加以分析说明。2.1阳床失效而阴床不失效：运行末期，阳床漏钠量开始增加，阴床硅泄漏量保持稳定。阳床所漏钠经阴床后形成NaOH，由于OH导电常数较大，阳床漏钠将导致阴床出水导电度的迅速升高，电导率变化情况可判断交换器失效。根据水中离子的理论电导率（见表1），可推算出相应漏钠量的除盐水的理论电导率。漏钠量与电导率关系见表2（忽略阴床漏硅），电导率随时间的变化趋势见图1的曲线1。表1 水中常见离子每mg/l相当的电导率2 离子名称Ca2+Mg2+Na+SO42-CO32-OH-HCO3-CL-H+导电常数（s/cm）2.63.822.131.542.8211.620.7152.14349.8表2 漏钠量与电导率及产水行程关系漏钠量（g/l）103030505080801001002002008008001000电导率（s/cm）0.110.320.320.540.540.860.861.11.12.22.28.68.6101#产水行程（h）00132.82.81.102#产水行程（h）6.88.85.20.51.00.903#产水行程（h）016.66.30.81.80.80注：（1）电导率值为根据水中Na+、OH的理论电导率推算值，与实际值较为吻合。（2）产水行程为在同一运行周期内，电导率值维持在一定范围内交换器产水时间。（3）1#、2#、3#产水行程所列数据分别为原水含盐总量为9.5mmol/l、6.7 mmol/l、7.0 mmol/l；流量分别为220 t/h、280t/h、230 t/h时数据。一般，阳床漏钠量在30g/l50g/l，即阴床出水电导率在0.320.54s/cm时，交换器处于运行稳定期，随后电导率开始缓慢上升，达到12s/cm后，电导率迅速上升，可将电导率35s/cm作为终点控制指标。阴、阳床并联制系统中，判断阳床失效一般采用手工做样，控制钠100g/l为失效点，从而使阳床1020的交换容量得不到发挥，而单元制系统阳床通过控制阴床出水电导作为失效点，可使阳床交换容量得到充分发挥。2.2 阳阴床基本同时失效运行末期，阳床漏钠量增加，阴床出水NaOH含量增加，电导率开始上升，但在电导率上升过程中突然出现小幅下降，此即说明阴床开始漏硅，因为部分NaOH被硅酸中和，生成硅酸钠，而硅酸根的电导常数氢氧根的电导常数，造成电导率下降，电导率最大可下降1s/cm左右；随后电导率迅速上升。运行末期，漏硅量与电导率下降关系见表3。表3 漏硅量与电导率下降关系 (SiO2)（g/l）305080100200300500电导率下降值（s/cm）0.080.140.210.270.540.811.35注：（1）(SiO2)为漏硅量。（2）电导率下降值为根据水中离子的理论电导率，以运行末期电导率上升后开始下降起为基点电导率，计算得出的理论值，经实际做样分析验证，基本正确。由表3可看出：当电导率下降0.27s/cm时，漏硅量就达到失效值。一般，硅泄漏速度很快，30min内硅泄漏值即达到失效值。如果分析SiO2，必须15min后出结果，往往所分析的水样硅含量未到失效值，分析完后的实际硅已超标。为此，可根据表，以交换器周期产水量为参考，在排除流量变化影响电导率变化因素外，把电导率下降0.20.3s/cm作为床子失效点。既使电导率值不高，也应停运交换器。需要说明的是阴床失效初期，电导率值不高，而当电导率达到失效控制点时，阴床已严重失效，故此种情况下不能以电导率值作为自动控制失效值，只能手动控制停床。若要达到自动控制的目的，单元制离子交换工艺设计时阴床交换容量较阳床交换容量大10%左右，保证阳床先失效而阴床未失效。运行末期，电导率随时间的变化趋势见图1的曲线2。2.3 阴床失效而阳床未失效运行末期,进入阴床的硅酸开始泄漏，先和阳床漏出的少量钠（NaOH）反应生成硅酸钠，使电导率出现小幅下降（历时几分钟至十几分钟左右），后由于硅泄漏量迅速增加，且其它阴离子开始泄漏，形成相应的酸,导致电导率迅速上升。可将运行末期电导率下降0.20.3s/cm作为失效点。运行末期，电导率随时间的变化趋势见图1的曲线3。电导率s/cm5.043122.50.5制取水量（t）0 50002500500图1 离子交换器运行及失效时电导率曲线示意图 说明：曲线1为阳床失效而阴床未失效时曲线，以电导率5s/cm作为失效点。曲线2为阳、阴床基本同时失效时曲线，以运行末期电导率下降0.20.3s/cm作为失效点。曲线3为阴床失效而阳床未失效时曲线，以运行末期电导率下降0.20.3s/cm作为失效点。曲线为正常运行时出水电导率曲线。为失效控制点。3 采用在线电导率控制单元制离子交换器终点的实际效果 炼油实业部第三除盐水站单元制离子交换器设计使用地下水质，使用该水质运行时，失效时情况是阳床失效而阴床未失效。以电导率5s/cm作为失效控制点，分析失效时硅含量皆20g/l；改用黄河水做原水后，由于水质较差，强酸根阴离子成倍上升，导致阳、阴床基本同时失效或阴床先于阳床失效，继续采用电导率5s/cm作为失效点时，手工分析硅含量500g/l，水质严重超标。为此我们加强了运行末期硅的分析次数，但由于硅分析结果的严重滞后性，使得硅含量仍经常超标。现在，我们采用运行末期电导率下降0.20.3s/cm作为失效点，使硅含量都控制在指标之内。此种不仅大大简化操作，同时也降低了操作人员的劳动强度。4 经济效果单元制离子交换器采用在线电导率控制仅需在线电导率表一块，国产表价格在6000元左右，仪表维护量小，质量可靠，可以连续监测电导率变化；常规控制除在线电导率表外，还需在线硅表一块，目前多采用进口表，单台价格在70000元左右，测量时每月需消耗1000元左右的化学试剂，因此采用在线电导率控制，经济效益是可观的。 5 结语单元制离子交换器终点控制可采用在线电导率进行连续监控，控制失效点。实行计算机自动控制的除盐水处理，应保证阳床先于阴床失效，否则，在达到电导率控制点时，阴床已严重失效；由于树脂质量差别、设计树脂层高不恰当或水质变化等原因，阴床可能先于阳床失效，此种情况下仍可采用在线电导率表作为监测手段，人工连续监视电导