宋玉梅
（山東齊魯石化煉油實業部，山東 淄博 255434）

摘要：通過分析單元制離子交換器運行末期電導率的變化情況，可以判斷交換器運行終點，采用電導率判斷終點代替同時分析 SiO2 和電導率判斷運行終點的方法，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。
　　關鍵詞：給水處理:離子交換；除鹽水；電導率；二氧化硅
　　中圖分類號：TU991.26 　　文獻標識碼：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，現已被廣泛采用。根據電力部標準，一級除鹽水指標為電導率≤10 μS/cm，ρ（SiO2）≤10 μg／L，故單元制離子交換器的終點應控制陰床出水電導率及SiO₂在規定范圍內。單元制離子交換器一般采用在線儀表分析控制終點。在線電導率表可連續監測水質電導率，國產表價格便宜，質量可靠；在線硅表價格昂貴，是電導率表的十幾倍，且存在分析結果嚴重滯后的問題。是否可僅用在線電導率表測定陰床出水電導率的連續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、失效前后電導率的變化等方面進行了分析。

1 離子交換器運行時的反應原理

1.1 陽床的離子交換反應
　　原水經陽床后，其中的 Ca²⁺，Mg²⁺，Na²⁺，K⁺等所有陽離子和樹脂電離出的氫離子進行交換，根據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
　　陽床出水經除碳器除碳后進人陰床，其中的SO₄^2－，Cl^－，HCO₃^－，HSiO₃^- 等所有陰離子和樹脂電離出的氫氧根離子進行交換。根據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
　　運行末期，陽床漏鈉量開始增加，陰床硅泄漏保持穩定。陽床所漏鈉經陰床后形成NaOH，由于OH-導電常數較大，陽床漏鈉將導致陰床出水導電度的迅速升高，可用電導率變化情況判斷床子失效。
　　根據水中離子的理論電導率（見表1）^［2］，可推算出相應漏鈉量的除鹽水的理論電導率。漏鈉量與電導率關系見表 2（忽略陰床漏硅），電導率隨時間的變化趨勢見圖1的曲線1。

　　①電導率值為根據水中Na^＋，OH^-的理論電導率推算值，與實際值較為吻合。
　　②產水行程為在同一運行周期內，電導率值維持在一定范圍內時床子的產水時間。
　　③1^#，2^#，3^#產水行程所列數據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時的數據。

　　一般，陽床漏鈉量在 30－50 μg／L，即陰床出水電導率在 0.32－0.54 μs／cm時，處運行穩定期，隨后電導率開始緩慢上升，達到l－2μS／cm后，電導率迅速上升，可將電導率3－5 μS／cm作為終點控制指標。
　　陰、陽床并聯制系統中，判斷陽床失效一般采用手工做樣，控制產ρ（Na+）≤ 100μg／L為失效點，從而使陽床10％－20％的交換容量得不到發揮，而單元制系統陽床通過控制陰床出水電導率作為失效點，可使陽床交換容量得到充分發揮。
2.2 陽陰床基本同時失效
　　運行末期，陽床漏鈉量增加，陰床出水NaOH含量增加，電導率開始上升，但在電導率上升過程中突然出現小幅下降，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，而硅酸根的電導常數小于氫氧根的電導常數，造成電導率下降，電導率最大可下降 lμs／cm左右；隨后電導率迅速上升。運行末期，漏硅量與電導率
下降關系見表3。

　　表3中電導率下降值為根據水中離子的理論電導率，以運行末期電導率上升后開始下降起為基點電導率，計算得出的理論值，經實際做樣分析驗證，基本正確。
　　由表 3可看出：當電導率下降 0.27 μs／cm時，漏硅量就達到失效值。一般，硅泄漏速度很快，30 min內硅泄漏值達到失效值。如果分析SiO2，必須 15 min后出結果，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。為此，可根據表3，以周期產水量為參考，在排除流量變化影響電導率變化因素外，把電導率下降
0.2－0.3μS／cm作為床子失效點。即使電導率值不高，也應停運。
　　需要說明的是陰床失效初期，電導率值不高，而當電導率達到失效控制點時，陰床已嚴重失效，故此種情況下不能以電導率值作為自動控制失效值，只能手動控制停床。若要達到自動控制的目的，單元制離子交換工藝設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。運行末期，電導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
　　運行末期，進人陰床的硅酸開始泄漏，先和陽床漏出的少量鈉（NaOH）反應生成硅酸鈉，使電導率出現小幅下降（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，形成相應的酸，導致電導率迅速上升。可將運行末期電導率下降 0.2－0.3 μs／cm作為失效點。運行末期，電導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，以運行末期電導率下降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，以運行末期電導率下降0.2－0.3 μs／cm作為失效點；
　　曲線4為正常運行時出水電導率曲線；
　　＊為失效控制點。

3 采用在線電導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部第三除鹽水站單元制離子交換器設計使用地下水質，使用該水質運行時，失效時情況是陽床失效而陰床未失效。以電導率 5 μs／cm作為失效控制點，分析失效時硅的質量濃度皆小于20μg/L，改用黃河水做原水后，由于水質較差，強酸根陰離子成倍上升，導致陽、陰床基本同時失效或陰床先于陽床失效，繼續采用電導率5 μs／cm作為失效點時，手工分析產ρ（SiO2）500 μg／L，水質嚴重超標。為此我們加強了運行末期硅的分析次數，但由于硅分析結果的嚴重滯后性，使得硅含量仍經常超標。現在，我們采用運行末期電導率下降0.2－0.3 μs／cm作為失效點，使硅含量都控制在指標之內。不僅大大簡化操作，同時也降低了操作人員的勞動強度。

4 經濟效果

　　單元制離子交換器采用在線電導率控制僅需在線電導率表1塊，國產表價格在6000元左右，儀表維護量小，質量可靠，可以連續監測電導率變化；常規控制除在線電導率表外，還需在線硅表 1塊，目前多采用進口表，單臺價格在 70 000元左右，測量時每月需消耗1000元左右的化學試劑，因此采用在線電導率控制，經濟效益是可觀的。

5 結語

　　單元制離子交換器終點控制可采用在線電導率進行連續監控，控制失效點。實行計算機自動控制的除鹽水處理，應保證陽床先于陰床失效，否則，在達到電導率控制點時，陰床已嚴重失效。由于樹脂質量差別、設計樹脂層高不恰當或水質變化等原因，陰床可能先于陽床失效，此種情況下仍可采用在線電導率表作為監測手段，人工連續監視電導率變化，一旦在運行末期出現電導率下降，陰床硅即開始漏過，可將電導率下降0.2－0.3 μs/cm作為失效點。用陰床出水在線電導率值連續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：
　　[1]施勇均，王蒙聚，肖作善.熱力發電廠水處理[M].武漢：武漢水利電力大學，1999.
　　[2]馮敏.工業水處理技術[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年畢業于山東工業大學動力系熱工專業，學士學位，先后在齊魯石化煉油廠及煉油實業部動力系統工作，長期從事化學水處理技術管理工作，電話（0533）7571404。