【摘要】LHZR系列的的全自动钠离子交换器结构紧凑，工艺优化运行，处理水质较好，故障率相对较低，解决了锅炉用水硬度大、易结垢的一大难题，本文在评价LHZR系列的的全自动钠离子交换器在安塞油田应用效果的同时，对运行中普遍存在的问题提出了改进措施。

【关键词】工作原理 应用 问题措施

1 基本概况

做好锅炉水质处理工作，使锅炉给水达到合格标准，是保证锅炉安全经济运行的重要环节，也是保证锅炉、节约能源、防止事故的重要措施。现安塞油田集输系统供热锅炉用水普遍采用全自动软水处理器（钠离子交换器）处理，经处理后的软化水供给锅炉使用，减缓了锅炉内部腐蚀结垢、提高了锅炉热效率、确保了锅炉安全平稳运行。

2 钠离子交换器结构、工作原理2.1 结构组成

浮床式全自动钠离子交换器的组成一般包括交换、盐液和控制三个系统。交换系统大多由两个交换柱组成；盐液系统通常由溶盐罐、盐阀、转子流量计等组成；控制系统包括微集成电脑组成的控制箱、多功能集成阀、传动电机、液位传感器等。其工艺流程一般为一个柱产水时，另一个柱自动进行松床、进盐、小清洗、大清洗等过程，然后自动切换，双柱交替循环，达到连续产水。

2.2 工作原理

钠离子软化法是利用离子交换剂中的钠离子置换出水中的钙、镁离子，既可以除去水中的暂时硬度，又可以除去永久硬度。钠离子交换器运行一段时间后，交换剂置换钙、镁离子达到饱和后，就失去软化作用。如果需要继续使用，必须经过再生（还原）处理。处理方法是将5-8%浓度的食盐溶液再生剂输入交换器，利用食盐溶液中的钠离子把交换剂中的钙、镁离子置换出来。再生时形成的氯化钙和氯化镁为溶解性盐类，可用水冲洗除去，从而恢复交换剂的软化能力。

化学反应：

碳酸盐硬度成分（M g盐相同）：2RNa+Ca（HCO3）2 →CaR2+2NaHCO3

非碳酸盐硬度成分（Mg盐相同）：2RNa+CaSO4 →CaR2+Na2SO4

2RNa+CaCl2 →CaR2+2NaCl

2.3 工作过程

逆流再生浮动床钠离子交换器，分交换器本体和盐箱两部分。交换器的左右两个交换柱内装001X7树脂，上下法兰之间是水帽布水器。软化过程水由下端进入，树脂层浮起（浮动床）状态，水经过树脂层，由上口流出被软化。同时，另一个交换柱依次执行松床、再生、置换工艺。其中一个交换柱的产水时间等于另一柱松床、再生、置换时间之和。再生和置换过程，水由上端进入，和软化过程的水流方向相反（逆流再生）。逆流再生使得交换柱上层树脂再生度最高。这样，当该交换柱进入软化过程，水流由下向上经过出水端时，始终接触再生度高的新鲜树脂，从而确保出水质量。

3 钠离子交换器集输系统的应用

3.1 使用情况

目前安塞油田集输系统的卧式燃气锅炉均采用钠离子交换器对锅炉用水进行预处理，均达到安塞油田锅炉水质标准。

3.2 存在问题

（1）离子交换器内均采用钠型树脂，按要求必须定期更换，在使用长期停用时也要求保管，其方法是：将阳离子交换树脂转化成钠型；阴离子交换树脂还原成氯型。并通入约10% 的食盐水使树脂浸泡在其中，这样既能有效保证树脂为原型，又能防止树脂发霉受污染。但目前离子交换器夏季停运时普遍未对其进行还原保护，加之做不到定期更换，使得树脂污染，造成树脂丧失一定的转换能力，从而影响离子交换器出水水质。

（2）现用的钠离子交换器及其周围复杂控制管线普遍采用铁制，由于各集输站均未对给水进行过滤处理，在长时间使用过程中忽视对交换器、管线的防腐工作，造成管线腐蚀结垢严重，穿孔现象时有发生，特别是盐泵进出口水管与盐箱连接处部件易受到损坏，给钠离子交换器的正常使用造成很大苦难。

（3）根据GB1576-96《低压锅炉水质》，蒸汽锅炉给水硬度≤0.03mmol/L。因为，回水回收率越大时，钠离子交换器的出水控制硬度可相应提高。

表1中数据表明，当冷凝回水回收率达80%时，即使钠离子交换器出水的控制硬度已远远超标，达到≤0.15mmol/L，仍可将软化水罐内水质控制在低于临界值≤0.03mmol/ L范围内，而目前安塞油田集输系统锅炉冷凝回水回收率很低（回收率不高于40%），大量蒸汽冷凝回水无法回收，不仅仅是造成水资源的浪费，软化水量大大增加，更是使得钠离子交换器出水硬度值必须要控制在临界值以下，使得产水时间不宜过长，树脂再生频繁，经济性差。

3.3 采取的措施

（1）组织对集中处理站污染严重的钠型树脂进行更换，并做好停用期间的保管工作，在条件不允许的情况下，也要首先再生还原树脂，然后通过清水（软化水）浸泡，避免树脂遭到破坏。

（2）针对管线易腐蚀的问题，联系钠离子交换器生产厂家，在厂家配合下对各集输站的水处理设施管线进行改造，将原有腐蚀严重的铁制管线更换为高压耐腐蚀的ABS管线。

（3）引进集水罐及整套冷凝装置，回收的冷凝水进入软水罐重新进入水循环系统，实现蒸汽回水二次利用，既提高了系统回收率增加了离子交换器的水质硬度指标，也减少了水资源的浪费，符合节能节水的时代要求。

4 应用效果分析

4.1 减缓设备腐蚀结垢，提高了锅炉热效率

采用钠离子交换器处理后得到的软化水硬度基本保持在0.03mmol/L以下，极大的降低了锅炉及其安全附件、系统管线的腐蚀结垢，受热面的良好维护也使得锅炉内部传热效果较以往大大增强，减少排烟温度损失热量，确保了锅炉具有较好的热效率。

4.2 增强了锅炉运行的稳定性及安全性

原水中含有大量的钙、镁等离子，钙、镁在高温的条件下易于铁离子置换，从而结垢、腐蚀管线和锅炉内部附件，离子交换器利用盐中的钠离子交换出钙、镁离子，很大程度上减缓了水对管线、锅炉及设备的损伤。在另一方面增加了系统运行的稳定性，另一方面减少由锅炉结垢引发的受热不均爆炉、管线腐蚀穿孔等事故。

5 结论及认识

（1）钠离子逆流再生交换器为锅炉用水提供了有力保障，但仅依靠处理后的软化水是远不能满足锅炉安全运行的需要，还应在日常锅炉操作过程中按时、按量排污，并实时对锅炉用水进行化验、不断提高水处理水平。

（2）设备的使用的关键在于操作者能掌握对各个运行参数的调试，设备要能够稳定自动运行与设备的外部条件密切相关，如：进水压力的变化，盐的纯度粒度的变化，盐液系统的清理和维护等有关系。

（3）保证锅炉用水质量，使相关工作更有成效或产品质量更好，避免水资源的浪费，降低污水排放量，减少再生废液的集中处理或回收成本才是我们今后主要的研究方向。

参考文献

[1] 林华曦.工业锅炉水质和水处理方法 锅炉制造，2008，（1）

作者简介

李法龙（1984-），男，汉族，山东寿光人，本科，助理工程师，油气储运工程专业，主要从事油田原油处理工作。