精制工业盐在钠离子交换器上的应用实践
摘 要：山东中烟公司济南卷烟厂使用6台钠离子交换器制备软水，其再生过程需要用到高浓度盐水。为提高交换器制水能力，将设备再生用盐由二级日晒盐更换为一级精制盐，但是更换后盐颗粒小，融化困难，需要增加一套曝气搅拌装置辅助融化。现场研制曝气搅拌装置增速精制盐融化，用于交换器再生，大大提高了设备制水能力，减少交换器再生频次，降低了再生用盐消耗。
关键词：钠离子交换器；精致工业盐；曝气搅拌
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.010
1 研究背景
济南卷烟厂拥有6台钠离子交换器，用于制备软化水，自来水经过树脂层，钙镁离子被钠离子置换。当树脂失效时，需要通过高浓度的盐水再生树脂，恢复其制水能力。
目前，车间使用二级日晒盐作为交换器再生用盐，多年运行发现，二级日晒盐含杂质较多，其钙镁离子浓度高达0.78%，使用该盐进行交换器再生，会影响到设备制水能力。车间软水品质，降低设备故障率，确保软水供应能力，尝试使用一级精制盐作为再生用盐，对两种工业盐进行化验，结果如表1所示。
化验结果表明，一级精制盐品质远远优于二级日晒盐，并且新盐颗粒小，不溶物杂质含量少。
2 存在问题
首先在2台交换器上更换再生用盐进行试验，发现新盐颗粒小，盐粒之间的缝隙小，静置在盐罐底部，融化速度很慢。当交换器再生时，由于新盐板结，水流不能在盐粒之间流过，只能在特定的缝隙通过，造成交换器吸入的盐水浓度太低，再生完毕后，盐罐底部会残留约三分之一左右的盐没有融化掉，并且交换器再生后出水不合格。交换器再生完毕后，增加正洗时间，出水硬度没有改善，静置3小时候进行二次再生。二次再生后，交换器仍然不合格。
更换后的再生用盐虽然指标更加适合交换器，但是由于其物理特性，导致不依靠外力难以融化，交换器效果大打折扣再生，严重影响到了交换器的制水能力。为了保证交换器制备软水能力，需要对交换器设备进行局部改造，增加裝置加速工业盐的溶解，提高盐水浓度，以制备盐水。根据交换器再生要求，需要盐水浓度≥20%，查询《盐水波美度换算表》，发现当盐水波美度=19°Bé时，盐水浓度=20.97%，因此，确定目标为盐水浓度大于19°Bé。
3 设备研制
利用搅拌的方式可以将沉积在盐罐底部的盐搅起，提高盐颗粒与水的接触面积，同时，加快盐水流动，使高浓度区域和低浓度区域的接触面积增大，使盐罐底层盐水浓度降低，加快盐溶解进溶液的速度，本次设备改造中，选择曝气搅拌的方式，加速工业盐溶解。
首先要确定曝气装置材质，曝气装置需要长期浸泡在高浓度的盐水中，因此对于管道的防腐性能有很高的要求，同时考虑到交换器中树脂对铁元素较为敏感，整个交换器接触水的部件全部为非金属材质。对比PVC管或PPR管两种管材，都能满足现场安装要求，但是，考虑到安装完毕后，由于盐罐曝气搅拌时，盐水振动较为剧烈，PVC管道不如PPR管道柔韧性好，易发生折损。
由于考虑到盐罐为成品密封桶，考虑整体密封性，原则上只允许在盐罐上端开口固定，将PPR管道底部改为十字形状，同时在两端固定，确保整个曝气管道贴合在盐罐底部。
现场共有6套钠离子交换器，需要6台曝气装置，可实现单独控制，设计时增设一个备用阀门，用于各电磁阀故障时替代，同时可以作为测试阀门，快速进行曝气时间和曝气压力的测试，根据此原则，设计了曝气装置控制系统。
现场需要一控制器对设备进行自动控制，由于盐罐曝气装置需要的功能比较简单，但是考虑到后期和管控系统对接，选用西门子LOGO！控制器，其继电器输出点可以直接输出220V，控制系统更加方便。
考虑到系统安全性要求控制电路和动力电路的隔离。查询LOGO！控制器的使用手册，LOGO！控制器的继电器输出点本身就增加了阻容，可以直接连接低功率的继电器。
最终确定了盐罐曝气搅拌装置的最终设计方案并实施，采用焊接碳钢作为供气管道，双端固定的十字PPR管作为曝气装置，使用现有的控制柜、加压阀、电磁阀，配合相应的快接插头、止回阀等气源元件，购置西门子LOGO！控制器及扩展模块，组成完整的盐罐曝气装置。
为更好的指导现场运行人员进行操作，还在作业指导书中明确了盐罐曝气搅拌装置的运行要求。
（1）盐罐搅拌装置启动前的检查与准备：1）盐罐底部曝气孔附近应清洁，无杂物堵塞；2）检查总进气阀门和各盐罐出气阀门，确保各阀门处于开启状；3）检查空压气减压阀，确保空压气压力保持在0.2±0.02MPa。
（2）启动与运行操作、监控：1）将搅拌装置手自动转换开关旋至自动位置；2）按F1键，选择待处理盐罐，按F3，自动搅拌程序启动，系统将会按内部时间设置进行4次曝气搅拌，用时大约1小时；3）观察盐罐曝气情况，避免曝气量过大或过小；4）经常检查搅拌装置管道，防止阀门或管道连接处出现漏气情况；5）观察盐罐震动情况，确保盐罐稳固；6）在完成一个搅拌周期前，无法对其他盐罐进行操作。
4 实施效果
增加盐罐搅拌装置，可以使更换后再生用盐充分融化，测量盐水浓度高于20°Bé，确保了一级精制盐在钠离子交换器上的使用，统计改造前后全年软水交换器用盐量和费用，见表2所示。
从统计结果可以看出，更换一级精制盐作为再生用盐后，盐的价格较高，但是由于盐的质量好，软水交换器单次再生用盐量有所下降，而且交换器出水量增大，再生次数减少，最终用盐量大幅降低，一年可以节约费用1.52万元。
作者简介：万少超（1988-），男，山东烟台人，工程硕士，工程师，中共党员，从事动力配电工作。
