无顶压逆流再生钠离子交换器大反洗时利用盐水池

无顶压逆流再生钠离子交换器大反洗时利用盐水池 曹新华 ：本文在实践的基础上讨论了无顶压逆流再生钠离子交换器在大反洗时利用盐水池提供反洗水并通过检尺量化 大反洗的可行性，还讨论了利用盐水池提供反洗水后取消大反洗入口阀的可能性。 ：大反洗 检尺 盐水池 取消 大反洗入口阀 大反洗是无顶压逆流再生钠离子交换器再生操作的一个重要环节，一般规定每运行10～20个制水周期大反洗一次。长期不大反洗或大反洗不充分，会使交换剂的工作交换容量及制水周期下降。 2 衡量大反洗疏松、搅动和冲洗交换剂剧烈程度的指标是反洗强度，通常控制大反洗的反洗强度在3～5 L/m?s，相应的线速度在11～18m/h，反洗水量在每立方米交换剂2.5～3立方米水。但是在系统中没有安装流量计的无顶压 逆流再生钠离子交换器中，反洗强度不能被量化，致使大反洗的操作带有很大的模糊性。 利用系统中的盐水池提供反洗水并在大反洗时对池水检尺可以量化反洗强度，避免大反洗的模糊性。所说的盐 水池供水还包括与盐水池相连通的溶盐池、盐水泵及所属的管路、管件。 1 利用盐水池提供反洗水，首先要考察盐水池的容积和盐水泵的流量能否达到与所期望的反洗强度相应的容积和 流量。现以某供暖锅炉房无顶压逆流再生钠离子交换系统（图1）为例，逐项解释考察的内容。 例中的系统由溶盐池、盐水池、盐水泵、两台无顶压逆流再生钠离子交换器（一运行一备用）、软化水池及配 套的管路、管件组成。交换剂为001X7强酸性阳离子交换树脂，再生液为盐水（氯化钠溶液）。水源为浅井水，水 网压强0.4Mpa，该系统已运行了三个供暖期。 1.1 系统中的两台交换器内径D=0.75m，树脂层高度H=1.5m。按最大反洗水量计算反洗用水VO，取反洗水量每立方米交换剂3立方米水。 2 V=（π×D/4）×H×3 O 2 =（π×0.75/4）×1.5×3 3 =1.99m 系统中的盐水池与溶盐池之间有连通口无连通阀，视作两池在大反洗时同时供水。两池在深105cm以上为规则 22截面，溶盐池在深80cm处有卵石垫层、过滤麻袋和木筛板。盐水池截面积2.136m，溶盐池截面积1.1207m，不计卵石、麻袋和木筛板体积，盐水池、溶盐池的容积和V1为： V=（2.136+1.1207）×1.05 1 2 =3.2567 m V> V，即盐水池和溶盐池并用盛反洗水，满足最大反洗水量的要求。 1O 1.2 3 本例中的盐水泵为25FS-14型塑料离心泵，扬程14m，流量6m/h，按流量反算的反洗强度Sq6为: 2 S=6000/(3600×π×D/4) q6 2 =6000/(3600×π×0.75/4) 2 =3.77L//m?s 3 即当流量为6m/h，不考虑管路阻力，盐水泵可以满足中等的反洗强度。 但是铭牌上的流量是泵的扬程为14m时的流量，由于大反洗排水口的最高点距泵叶轮中心线的垂直距离远小于14m 3（实测2.7m）,实际流量应比6m/h来得大些。 2 在大反洗前事先计算出典型的反洗强度折算出的盐水池液面下降速度是必要的。应当从第一次检尺就能估计出 大概的反洗强度，然后根据大概的反洗强度调整阀门的开度，做到心中有数。 33 在本系统中，盐水泵的流量6m/h左右，反洗水量2m左右，推算出的大反洗时间约20分钟左右。由于时间短流量大，最好每2分钟检尺一次，以便及时调整反洗强度。 不同反洗强度下，每2分钟盐水池液面下降高度的计算如下： 2 当反洗强度为3L/m?s时，盐水池在2分钟内的下降高度h3l为： 2 h=(0.003×(π×D/4) ×120)/(2.136+1.1207) 3l 2 =(0.003×(π×0.75/4) ×120)/(2.136+1.1207) =0.049m/2min 22 反洗强度4L/m?s和5L/m?s时，盐水池液面在2分钟内的下降高度h和 h分别为0.065m/2min和0.081m/2min4l5l（计算从略）。 有了最大、最小和中等反洗强度的液面下降数据后，就可以进行大反洗的操作了。 如果希望在检尺操作时立刻知道该时段的反洗强度，还可以准备一个更加详细的表格如例表1。 表1 盐水池液降与反洗强度的关系 液面下降 反洗强度 液面下降 反洗强度 液面下降 反洗强度 222?s cm/2min L/m?s cm/2min L/m?s cm/2min L/m 4.9 3.0 6.1 3.7 7.3 4.5 5.1 3.1 6.3 3.9 7.5 4.6 5.3 3.3 6.5 4.0 7.7 4.7 5.5 3.4 6.7 4.1 7.9 4.9 5.7 3.5 6.9 4.2 8.1 5.0 5.9 3.6 7.0 7.4 有了这个表格，在检尺的任意时刻，都可以读出准确的反洗强度。 3 (1)盐水池注水 首先把盐水池和溶盐池里的水用净，然后注入清洁的原水，水量可稍多于按交换剂体积计算得到的反洗水量。 (2)大反洗 全开钠离子交换器放空阀和大反洗排水阀，启动盐水泵，缓慢开启盐水阀。 (3)检尺 任选盐水池和溶盐池中的一个进行检尺，本例中，由于溶盐池中有卵石垫层，选盐水池为检尺对象。 启动盐水泵前应做第一次检尺，开启盐水阀后每2分钟检尺一次，检尺数据并对照检尺准备数据，如发现 盐水池液面下降速度过快或过慢，则及时调整盐水阀（此时客观上已做到了量化的大反洗）。检尺应贯彻于大反洗 的全程，即检尺到大反洗结束。 (4) 监视 随时监视大反洗排水口有无树脂排出，如发现跑树脂应及时调整反洗强度。 4 利用盐水池提供反洗水并做检尺记录后，应对检尺数据进行整理，根据每2分钟盐水池的液降高度，计算 出该时段的反洗强度。反洗强度不应由总的反洗水量除以总的大反洗时间得出。 以下仍以表格的形式举例说明某交换器量化大反洗数据的分析。 #表2 2交换器量化大反洗检尺记录表 时间 水池检尺 水池液降 流 量 交换器内线速 反洗强度 32 cm cm/2min m/h m/h L/m.s 8:30 49.8 8:32 53.9 4.1 4.0 9.1 2.52 8:34 57.8 3.9 3.8 8.6 2.40 8:36 61 3.2 3.1 7.1 1.97 8:38 65.5 4.5 4.4 10.0 2.76 8:40 69.4 3.9 3.8 8.6 2.40 8:42 72.8 3.4 3.3 7.5 2.09 8:44 76.8 4 3.9 8.8 2.46 8:46 80.5 3.7 3.7 8.2 2.27 8:48 85 4.5 4.5 10.0 2.76 8:50 90 5 5 11.1 3.07 8:52 94.7 4.7 4.7 10.4 2.89 8:54 99 4.3 4.3 9.5 2.64 8:56 104.1 5.1 5.1 11.3 3.13 8:58 110 5.9 5.9 13.0 3.62 表中的“时间”一列是在大反洗之前用石笔写在盐水池外壁上的，这样可以避免大反洗操作时的匆忙。当时书写 的时间多于例表中的时间段，多余的时间段在大反洗结束时没有抄录在记录表中。“盐水池检尺”一列是对应时间的3。 检尺记录，后四列是大反洗后整理得到的。大反洗共进行了28分钟，反洗水量约2m 为了正确地分析反洗强度，有必要对盐水池和溶盐池的结构做进一步的说明： 如前所述，溶盐池和盐水池相通但无阀门，溶盐池在深80cm处有卵石垫层，卵石垫层下面是过滤麻袋和木筛 板。卵石、麻袋和木筛板占据了溶盐池的部分容积，又由于两池在深105cm以下截面不规则，故两池深80cm包括深105cm以下的数据是不准确的，予以排除。 另外需要指出的是：过滤麻袋对溶盐池流入盐水池的水有阻力，在大反洗刚开始的阶段，溶盐池液面下降速度 比盐水池要慢，存在“滞后”现象，溶盐池与盐水池有一个液位差，同时形成对过滤麻袋的静压力。这时对盐水池检 尺，不能代表两池共同的液面下降尺寸。随着液位差的增加，静压力也在增加，当压力与阻力达到平衡时，两池液 面下降的速度达到一致，这时检尺得到的数字代表两池液面下降的实际尺寸。经实测，两池液面下降速度在2分钟以后达到一致，故第一个2分钟的检尺数据也不准确，予以排除。 再回顾本例大反洗的操作情况如下：启动盐水泵后，大开但未全开盐水阀，在第一个2分钟末，检尺得液降高度为4.1cm，尚未达到检尺准备阶段计算得来的最小反洗强度，于是全开盐水阀直至大反洗结束。 说明了要排除的数据和盐水阀开启情况以后，就可以对大反洗的反洗强度进行分析了。 首先浏览排除了不准确数据以后的数据群：这是一组在时间上连续的数据，即从第一个2分钟末（8:32）到第八个2分钟末（8:46）。在这组数据中，盛水容器（盐水池和溶盐池）的截面尺寸是规则的，两池液面下降速度是 一致的，管路阻力是恒定的，可以正确反映大反洗的反洗强度。 接下来分析这组数据：数据中的最小反洗强度为1.97L/m2?s，出现在第二个2分钟末至第三个2分钟末。最大反 2洗强度2.76L/m?s，出现在第三个2分钟末至第四个2分钟末。其它时段的反洗强度介于这两者之间。所有时段的反 2洗强度都未达到通常规定的最小反洗强度（3L/m?s），但是实现了量化的大反洗。 没有达到按盐水泵流量计算得来的反洗强度，原因可能在泵本身。该泵已使用了三个供暖期，在清洗盐水池的 时候曾拆下泵入口处的胶皮管，见有白色塑料屑从泵体排出，可能是叶轮损坏造成流量不足，致使未达到预期的反 洗强度。 5 5.1量化的大反洗可以准确地表达任意时段的反洗强度 讨论量化的大反洗与模糊的大反洗相比较的优点，似乎不应局限于交换剂工作交换容量的变化。有经验的水处 理工使用模糊的大反洗，也可以取得大幅度提高交换剂工作交换容量的效果，但是不能判断出某一时段准确的反洗 强度，而量化的大反洗能准确地表达和控制任意时段的反洗强度。 5.2 量化的大反洗便于教学和掌握 模糊的大反洗要保持在恰当的反洗强度，只有经验丰富的水处理工才可以做到。新工人要学习和掌握，必须通 过师徒间的口耳目行相传。而量化的大反洗用可记录的文字和数字为载体，跨越时空阻隔，即便是新手也容易掌握。 量化的大反洗还可以引导出无顶压逆流再生钠离子交换器工艺的改进，下面单独讨论这个问。 6 既然盐水池可以提供足够的水量，盐水泵可以提供足够的流量进行大反洗，系统中原有的大反洗入口阀就可以 取消了。 取消大反洗入口阀有利于提高软化水的品质。有时钠离子交换器出水品质不高，不是交换剂失效而是大反洗入 口阀内漏造成的。 运行中的交换器，内压通常稍低于原水网的压强。在大反洗入口阀内漏的情况下，硬度就可以串到软化水中去。 采用盐水池提供反洗水后，可以取消大反洗入口阀，截断硬水串入软化水的途径。在用的钠离子交换器，可以在大 反洗入口阀上打盲板，能取得同样的效果。 硬水串入软化水的另一条可能的途径是盐水阀内漏，其实这是流程图给人的一种错觉。 在正常运行的情况下，盐水泵不启动，运行交换器的内压远大于盐水池的静压，盐水不会串入运行的交换器。 在一个交换器运行，一个交换器上盐的工况下，盐水泵的压头（例中的盐水泵压头0.14MPa）也远小于运行交换器的内压（例中交换器的内压稍低于0.4Mpa，目视0.4Mpa），盐水也不会串到运行交换器中。即使在浮球柱塞 阀全开的情况下（软化水池空池注水或软化水池出水多于进水的事故状态），运行交换器也能保持较高的内压。例 中的交换器在浮球柱塞阀全开的情况下，内压为0.34Mpa（此时原水网的压强0.4Mpa），盐水泵压头0.14Mpa，交换器的内压仍大于盐水泵的压头，盐水同样不会串入运行的交换器。 对于充水备用的交换器，由于交换器顶部通常高于盐水池，在盐水泵不启动的情况下，交换器的静压高于盐水 池的静压，盐水还是不会串入充水备用的交换器。 最后一种工况是在盐水泵启动的情况下，盐水串入充水备用的交换器。在盐水阀内漏的条件下，这是唯一可能 串硬度的工况。但是充水备用的交换器在投运前要进行小正洗，水质合格后才能投运，这样，即便是串入硬度，也 可以在小正洗时排除，不影响交换器的出水品质。 综上所述，硬水串入软化水并造成水质下降，只有大反洗入口阀内漏一条途径，取消了大反洗入口阀，就根除 了串硬水的隐患，有利于提高水质。 本文在实践的基础上讨论了利用盐水池提供反洗水并通过检尺量化大反洗的技术，有兴趣的同行不妨重复这个 实验，使这项技术在实践的基础上不断完善。 水顶压法和气顶压法钠离子交换器能否采用这项技术，要由具体的工艺条件确定，本文不予讨论。 刘清方 许丕玉 王春莲 编写，中国劳动出版社出版 《低压锅炉水质管理技术基础》