宋玉梅 (山東齊魯石化煉油實業(yè)部,山東 淄博 255434) 摘要:通過分析單元制離子交換器運(yùn)行末期電導(dǎo)率的變化情況,可以判斷交換器運(yùn)行終點,采用電導(dǎo)率判斷終點代替同時分析 SiO2 和電導(dǎo)率判斷運(yùn)行終點的方法,使單元制離子交換器終點控制更加方便、可靠,且可減少投資。 關(guān)鍵詞:給水處理:離子交換;除鹽水;電導(dǎo)率;二氧化硅 中圖分類號:TU991.26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1009—2455(2003)06—0029—03 由于單元制離子交換除鹽工藝具有酸堿同步排放的特點,現(xiàn)已被廣泛采用。根據(jù)電力部標(biāo)準(zhǔn),一級除鹽水指標(biāo)為電導(dǎo)率≤10 μS/cm,ρ(SiO2)≤10 μg/L,故單元制離子交換器的終點應(yīng)控制陰床出水電導(dǎo)率及SiO2在規(guī)定范圍內(nèi)。單元制離子交換器一般采用在線儀表分析控制終點。在線電導(dǎo)率表可連續(xù)監(jiān)測水質(zhì)電導(dǎo)率,國產(chǎn)表價格便宜,質(zhì)量可靠;在線硅表價格昂貴,是電導(dǎo)率表的十幾倍,且存在分析結(jié)果嚴(yán)重滯后的問題。是否可僅用在線電導(dǎo)率表測定陰床出水電導(dǎo)率的連續(xù)變化情況來控制單元制離子交換器的終點,本文從離子交換原理、失效前后電導(dǎo)率的變化等方面進(jìn)行了分析。 1 離子交換器運(yùn)行時的反應(yīng)原理 1.1 陽床的離子交換反應(yīng) 原水經(jīng)陽床后,其中的 Ca2+,Mg2+,Na2+,K+等所有陽離子和樹脂電離出的氫離子進(jìn)行交換,根據(jù)樹脂的選擇性吸附順序[1],Na+最難于被吸附,因此樹脂失效時鈉離子首先漏出,監(jiān)測陽床漏鈉的情況可以判斷陽床終點。 1.2 陰床的離子交換反應(yīng) 陽床出水經(jīng)除碳器除碳后進(jìn)人陰床,其中的SO42-,Cl-,HCO3-,HSiO3- 等所有陰離子和樹脂電離出的氫氧根離子進(jìn)行交換。根據(jù)樹脂的選擇性吸附順序,HSiO3- 陰離子最難于被吸附,因此陰樹脂失效時SiO2 首先漏出,監(jiān)測陰床漏硅的情況可以判斷陰床終點。 2 單元制離子交換器的終點控制 單元制離子交換器失效有三種情況:陽床失效而陰床不失效;陽陰床基本同時失效;陰床失效而陽床不失效。下面,就此三種情況分別加以分析說明。 2.1 陽床失效而陰床不失效 運(yùn)行末期,陽床漏鈉量開始增加,陰床硅泄漏保持穩(wěn)定。陽床所漏鈉經(jīng)陰床后形成NaOH,由于OH-導(dǎo)電常數(shù)較大,陽床漏鈉將導(dǎo)致陰床出水導(dǎo)電度的迅速升高,可用電導(dǎo)率變化情況判斷床子失效。 根據(jù)水中離子的理論電導(dǎo)率(見表1)[2],可推算出相應(yīng)漏鈉量的除鹽水的理論電導(dǎo)率。漏鈉量與電導(dǎo)率關(guān)系見表 2(忽略陰床漏硅),電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢見圖1的曲線1。
表1 水平常見離子班克每升相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率 |
| 離子名稱 | Ca2+ | Mgl2+ | Na+ | So42+ | CO32- | OH- | HCO3- | Cl- | H+ | 導(dǎo)電常數(shù)/(μS·cm-1) | 26 | 3.82 | 2.13 | 1.54 | 2.82 | 11.6 | 0.715 | 2.14 | 350 |
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①電導(dǎo)率值為根據(jù)水中Na+,OH-的理論電導(dǎo)率推算值,與實際值較為吻合。 ②產(chǎn)水行程為在同一運(yùn)行周期內(nèi),電導(dǎo)率值維持在一定范圍內(nèi)時床子的產(chǎn)水時間。 ?、?#,2#,3#產(chǎn)水行程所列數(shù)據(jù)的原水含鹽總量分別為 9.5,6.7,7.0 mmol/L;流量分別為220,280,230 t/h時的數(shù)據(jù)。 表2 漏鈉且與電導(dǎo)率及產(chǎn)水行程關(guān)系 |
| 漏鈉量/(μg·L-1 ) | 10-30 | 30-50 | 50-80 | 80-100 | 100-200 | 200-800 | 800-1000 |
| 電導(dǎo)率/(μS·cm-1) | 0.11-0.32 | 0.32-0.54 | 0.54-0.86 | 0.86-1.1 | 1.1-2.2 | 2.2-8.6 | 8.6-10 | l#產(chǎn)水行程/h | 0 | 0 | 13 | 2.8 | 2.8 | 1.1 | 0 | 2#產(chǎn)水行程/h | 6.8 | 8.8 | 5.2 | 0.5 | 1.0 | 0.9 | 0 | 3#產(chǎn)水行程/h | 0 | 16.6 | 6.3 | 0.8 | 1.8 | 0.8 | 0 |
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一般,陽床漏鈉量在 30-50 μg/L,即陰床出水電導(dǎo)率在 0.32-0.54 μs/cm時,處運(yùn)行穩(wěn)定期,隨后電導(dǎo)率開始緩慢上升,達(dá)到l-2μS/cm后,電導(dǎo)率迅速上升,可將電導(dǎo)率3-5 μS/cm作為終點控制指標(biāo)。 陰、陽床并聯(lián)制系統(tǒng)中,判斷陽床失效一般采用手工做樣,控制產(chǎn)ρ(Na+)≤ 100μg/L為失效點,從而使陽床10%-20%的交換容量得不到發(fā)揮,而單元制系統(tǒng)陽床通過控制陰床出水電導(dǎo)率作為失效點,可使陽床交換容量得到充分發(fā)揮。 2.2 陽陰床基本同時失效 運(yùn)行末期,陽床漏鈉量增加,陰床出水NaOH含量增加,電導(dǎo)率開始上升,但在電導(dǎo)率上升過程中突然出現(xiàn)小幅下降,此即說明陰床開始漏硅,因為部分NaOH被硅酸中和,生成硅酸鈉,而硅酸根的電導(dǎo)常數(shù)小于氫氧根的電導(dǎo)常數(shù),造成電導(dǎo)率下降,電導(dǎo)率最大可下降 lμs/cm左右;隨后電導(dǎo)率迅速上升。運(yùn)行末期,漏硅量與電導(dǎo)率 下降關(guān)系見表3。 表3 漏硅量與電導(dǎo)率下降關(guān)系 |
| 漏硅量ρ(SiO2)/(μS·cm-1) | 電導(dǎo)率下降值/(μS·cm-1) | 30 | 0.08 | 50 | 0.14 | 80 | 0.21 | 100 | 0.27 | 200 | 0.54 | 300 | 0.81 | 500 | 1.35 |
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表3中電導(dǎo)率下降值為根據(jù)水中離子的理論電導(dǎo)率,以運(yùn)行末期電導(dǎo)率上升后開始下降起為基點電導(dǎo)率,計算得出的理論值,經(jīng)實際做樣分析驗證,基本正確。 由表 3可看出:當(dāng)電導(dǎo)率下降 0.27 μs/cm時,漏硅量就達(dá)到失效值。一般,硅泄漏速度很快,30 min內(nèi)硅泄漏值達(dá)到失效值。如果分析SiO2,必須 15 min后出結(jié)果,往往所分析的水樣硅含量未到失效值,分析完后的實際硅已超標(biāo)。為此,可根據(jù)表3,以周期產(chǎn)水量為參考,在排除流量變化影響電導(dǎo)率變化因素外,把電導(dǎo)率下降 0.2-0.3μS/cm作為床子失效點。即使電導(dǎo)率值不高,也應(yīng)停運(yùn)。 需要說明的是陰床失效初期,電導(dǎo)率值不高,而當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到失效控制點時,陰床已嚴(yán)重失效,故此種情況下不能以電導(dǎo)率值作為自動控制失效值,只能手動控制停床。若要達(dá)到自動控制的目的,單元制離子交換工藝設(shè)施時陰床交換容量較陽床交換容量大10%左右,保證陽床先失效而陰床未失效。運(yùn)行末期,電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢 見圖1的曲線2。 2.3 陰床失效而陽床未失效 運(yùn)行末期,進(jìn)人陰床的硅酸開始泄漏,先和陽床漏出的少量鈉(NaOH)反應(yīng)生成硅酸鈉,使電導(dǎo)率出現(xiàn)小幅下降(歷時幾分鐘至十幾分鐘左右),后由于硅泄漏量迅速增加,且其它陰離子開始泄漏,形成相應(yīng)的酸,導(dǎo)致電導(dǎo)率迅速上升??蓪⑦\(yùn)行末期電導(dǎo)率下降 0.2-0.3 μs/cm作為失效點。運(yùn)行末期,電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢見圖1的曲線3。 說明: 曲線1為陽床失效而陰床未失效時曲線,以電導(dǎo)率 5 μs/cm作為失效點; 曲線2為陽、陰床基本上同時失效時的曲線,以運(yùn)行末期電導(dǎo)率下降0.2-0.3 μs/cm作為失效點; 曲線3為陰床失效而陽床未失效曲線,以運(yùn)行末期電導(dǎo)率下降0.2-0.3 μs/cm作為失效點; 曲線4為正常運(yùn)行時出水電導(dǎo)率曲線; ?。獮槭Э刂泣c。 3 采用在線電導(dǎo)率控制單元離子交換器終點的實際效果 齊魯石化公司煉油實業(yè)部第三除鹽水站單元制離子交換器設(shè)計使用地下水質(zhì),使用該水質(zhì)運(yùn)行時,失效時情況是陽床失效而陰床未失效。以電導(dǎo)率 5 μs/cm作為失效控制點,分析失效時硅的質(zhì)量濃度皆小于20μg/L,改用黃河水做原水后,由于水質(zhì)較差,強(qiáng)酸根陰離子成倍上升,導(dǎo)致陽、陰床基本同時失效或陰床先于陽床失效,繼續(xù)采用電導(dǎo)率5 μs/cm作為失效點時,手工分析產(chǎn)ρ(SiO2)500 μg/L,水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。為此我們加強(qiáng)了運(yùn)行末期硅的分析次數(shù),但由于硅分析結(jié)果的嚴(yán)重滯后性,使得硅含量仍經(jīng)常超標(biāo)?,F(xiàn)在,我們采用運(yùn)行末期電導(dǎo)率下降0.2-0.3 μs/cm作為失效點,使硅含量都控制在指標(biāo)之內(nèi)。不僅大大簡化操作,同時也降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。 4 經(jīng)濟(jì)效果 單元制離子交換器采用在線電導(dǎo)率控制僅需在線電導(dǎo)率表1塊,國產(chǎn)表價格在6000元左右,儀表維護(hù)量小,質(zhì)量可靠,可以連續(xù)監(jiān)測電導(dǎo)率變化;常規(guī)控制除在線電導(dǎo)率表外,還需在線硅表 1塊,目前多采用進(jìn)口表,單臺價格在 70 000元左右,測量時每月需消耗1000元左右的化學(xué)試劑,因此采用在線電導(dǎo)率控制,經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。 5 結(jié)語 單元制離子交換器終點控制可采用在線電導(dǎo)率進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控,控制失效點。實行計算機(jī)自動控制的除鹽水處理,應(yīng)保證陽床先于陰床失效,否則,在達(dá)到電導(dǎo)率控制點時,陰床已嚴(yán)重失效。由于樹脂質(zhì)量差別、設(shè)計樹脂層高不恰當(dāng)或水質(zhì)變化等原因,陰床可能先于陽床失效,此種情況下仍可采用在線電導(dǎo)率表作為監(jiān)測手段,人工連續(xù)監(jiān)視電導(dǎo)率變化,一旦在運(yùn)行末期出現(xiàn)電導(dǎo)率下降,陰床硅即開始漏過,可將電導(dǎo)率下降0.2-0.3 μs/cm作為失效點。用陰床出水在線電導(dǎo)率值連續(xù)變化情況控制單元制離子交換器的終點,方便、快捷、可靠,且投資少。 參考文獻(xiàn): [1]施勇均,王蒙聚,肖作善.熱力發(fā)電廠水處理[M].武漢:武漢水利電力大學(xué),1999. [2]馮敏.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京:海洋出版社,1996
作者簡介:宋玉梅(1968-),女,山東萊陽縣人,工程師,1990年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)動力系熱工專業(yè),學(xué)士學(xué)位,先后在齊魯石化煉油廠及煉油實業(yè)部動力系統(tǒng)工作,長期從事化學(xué)水處理技術(shù)管理工作,電話(0533)7571404。 |