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FLECK全自動軟水器設計導則

2010-11-22

FLECK全自動軟水器設計導則

富來全自動軟水器原理及組成
 
近些年來隨著科學技術的發展,自動控制鈉離子交換器(通常也稱全自動軟水器)已廣泛的應用到工業鍋爐軟化水處理中。
全自動軟水器就是將軟水器運行及再生過程的每一個步驟實現自動控制,并采用時間或流量等方式來啟動再生程序,其工作性能主要取決于控制閥的特性。
目前應用最多的是美國濱特爾(Pentair)水處理集團下屬的富來(Fleck,也譯為富來克)控制裝置制造公司生產的控制閥。通常把安裝有這種控制閥的軟水器稱為富來全自動軟水器(以下簡稱軟水器)。
 
一、富來全自動軟水器工作原理
富來全自動軟水器采用的是固定床鈉離子交換軟化法。固定床運行時,水流從上向下通過鈉離子交換樹脂層時,水中的鈣、鎂離子與樹脂中的鈉離子進行交換反應,使原水得到軟化,樹脂選用001×7強酸性苯乙烯陽離子交換樹脂。當鈉離子交換樹脂失效后,為了恢復其軟化能力,用鈉離子再生劑進行再生,既有順流再生,也有逆流再生,再生劑一般采用食鹽(NaCl)溶液。
二、富來全自動軟水器工作過程
富來全自動軟水器一般采用的是固定床順流再生,工作過程為運行、反洗、再生、置換、正洗、鹽箱注水。
1、運行,也稱產軟水
原水在一定的壓力、流量下,進入裝有鈉離子交換樹脂的樹脂罐,樹脂中含有的可交換離子Na+,與水中的Ca2+、Mg2+進行離子交換軟化反應,使出水硬度達到使用要求。
當出水硬度超過使用要求時,軟水器會根據時間或流量信號啟動再生程序,再生循環各步驟由再生控制器按設定的時間自動完成。
2、反洗(再生循環第一步)
樹脂失效后,在進行樹脂再生之前先用水自下而上的進行反洗,反洗的目的有兩個,一是通過反洗,使運行中壓緊的樹脂層松動,有利于樹脂顆粒與再生液充分接觸,二是清除運行中在樹脂表面積累的懸浮物同時一些破碎樹脂顆粒也可隨著反洗水排出。這樣,軟水器的水流阻力不會越來越大。為了保證反洗時完整樹脂不會被沖走,在設計軟水器時,應在樹脂層上留有一定的反洗空間。反洗強度越大,所要求的反洗空間也就越大,通常設計選用50%的樹脂層高度作為反洗膨脹高度,它適應的反洗流速為12m/h,反洗的好壞直接影響再生效果。
3、再生,也稱吸鹽(再生循環第二步)
從鹽箱內吸入飽和鹽液,并稀釋至規定濃度后,以一定的流量流經失效的樹脂層,將樹脂還原成鈉型,使其恢復軟化能力。
4、置換,也稱慢洗(再生循環第三步)
在再生液進完后,軟水器的膨脹空間及樹脂層中還有尚未參與再生交換的鹽液,為了充分利用這部分鹽液,采用小于或相當于再生液流速的清水進行清洗,目的是不使清水與再生液產生混合。一般清洗水量為樹脂體積的0.5-1倍。
5、正洗(再生循環第四步)
為清除樹脂層中殘留的再生廢液,通常以反洗流速清洗至出水合格為止,水流方向與反洗相反。
6、鹽箱注水(再生循環第五步)
向鹽箱注入溶解下次再生所需耗鹽量的水。通常1立方米水溶解360kg食鹽(濃度為26.47%),即1加侖水溶解3磅食鹽。
為了保證鹽箱中的鹽液濃度達到飽和,首先應保證食鹽溶解時間不小于6小時,其次是必須保持鹽箱中始終有固體顆粒食鹽。
以上2-6為一個再生循環程序,軟水器在正洗結束后,即鹽箱注水工作開始時,已經轉入到運行工作狀態,也就是說鹽箱注水工作與運行工作過程是同時進行的,直至鹽箱注水工作結束。
如果采用固定床逆流再生工作過程為:運行、再生、置換、反洗、正洗。
富來全自動軟水器由于采用的是無頂壓式逆流再生,所以必須控制好再生流速,防止樹脂亂層,一般要求再生流速小于2m/h,否則逆流再生的效果將受到很大影響。
三、富來全自動軟水器組成-

全自動軟水器在技術理論上并未有新的突破,其軟化和再生的原理與同類型傳統的手動(固定床順流或逆流)軟水器基本相同,只是體積變小了,由手動操作,變為自動控制操作,但還是需要操作人員對其運行進行維護,從而保證軟水器運行的穩定性和經濟性。
全自動軟水器工藝流程如下圖,它利用多路閥代替了傳統的手動閥門,多路閥由程序控制器控制其軟化、再生所有工作過程,水流程與傳統的手動軟水器相同。
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全自動軟水器的程序控制原理如下圖,程序控制器根據再生控制信號源(時間或流量)來啟動再生程序,并向多路閥驅動器發出動作指令,通過閥定位器來控制活塞的動作位置,從而來改變水流方向,完成不同的工作過程。
傳統的手動軟水器主要由多個手動閥門、交換器、溶鹽系統等組成,而富來全自動軟水器主要由控制閥、樹脂罐和鹽箱組成,如圖。
控制閥可根據設定的程序,自動完成軟水器的所有工作過程,樹脂罐用于填裝鈉離子交換樹脂,做為軟化、再生反應的容器(即交換器),鹽箱則用于溶解軟水器再生時所用的飽和食鹽(NaCl)溶液。
1、控制閥
富來全自動控制閥規格齊全,從進口管徑3/4in至3in有多達十幾種型號,其流量范圍從最小的3.4噸至56.8噸(在15psi條件下)。每種型號控制閥至少有7種規格的射流器供用戶選用,互換性能強,并且有近百種規格的流量控制孔板供用戶選擇,能最大限度的滿足用戶要求。
每個受壓零件的設計都滿足從0-190psi的循環壓力試驗250000次,再生、運行的周期循環試驗滿足10000次,使用壽命長。進出口管徑大于1in的控制閥采用無鉛黃銅制造。
2、樹脂罐
樹脂罐是用來填裝樹脂的罐體,一般采用玻璃鋼或不銹鋼制造,內部
還安裝有中心管(頂裝形式)及上下布水器,上下布水器主要用于軟化和再生過程中使水流分布均勻。上布水器與控制閥連接,然后中心管從上布水器內插入到控制閥內,下布水器固定在中心管下端。
樹脂罐的規格根據樹脂的填裝量來確定,控制閥及樹脂罐的規格確定后,即可選擇相應規格的中心管及上下布水器。
 
3、鹽箱
鹽箱主要是用來配制再生用飽和食鹽溶液,一般采用工程塑料制造,內部還安裝有鹽蓖、鹽井,在鹽井內還放有鹽閥(空氣止回閥)。鹽箱的規格根據樹脂罐內樹脂每次再生耗鹽量來確定,一般要求鹽箱內的裝鹽量不少于6次再生用的食鹽量,通常規格有100L、200L、300L、500L、1000L、2000L等。

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