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摘要：没有经过净化处理的水中含有许多杂质，特别是钙镁离子，这些杂质如果不经任何处理随给水进入换热器内，悬浮物、胶体、无机盐受热或超过其饱和浓度时，就会沉降析出形成水垢、泥渣、导致金属腐蚀，降低换热器的传热效率，增加能耗。对热交换器运行时的效率和安全性存在很大隐患。本文主要介绍矿区换热站全自动水处理装置工作原理、设备组成、控制方式、工作流程、经济运行分析、操作注意事项以及运行中常出现的故障分析。
关键词：工作原理;传热效率;经济运行;故障分析
1.引言
目前平朔矿区共有换热站34座，热水制备站8座，拥有各类型水-水板式换热器83台，由于水中含有溶解度较小的钙、镁盐类，这些盐类有共同特性，其溶解度随着水温升高而下降，且变成难溶的盐类，这种盐类的存在，将导致换热器由于水垢的存在传热效率下降，同时水垢附在传热面上难于清除，不仅增加检修费用，而且会使受热面受到损伤或发生腐蚀，降低换热器寿命，严重时甚至会堵塞换热器流通截面，使换热器不能正常运行，因此换热器流体水质要求非常重要，在运行管理中，必须利用全自动水处理装置对矿区供热用水进行软化处理，确保水质达到《城镇供热管网设计规范》不高于0.6mmol/L的标准，防止换热器结垢或腐蚀，延长换热器使用寿命。
2.全自动水处理装置介绍
2.1. 全自动水处理装置工作原理
矿区换热站主要水处理设备是全自动水处理装置，该装置利用钠离子交换法，将水中的Ca2+及Mg2+的盐类，利用置换的原理，将水中的Ca2+、Mg2+用Na+离子置换，这样水中的Ca2+及Mg2+就会很少，钠型树脂在一定温度下与溶液中钙离子的交换反应可简写成：
当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便與树脂吸附的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子同时钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。
当树脂吸附一定量的钙镁离子之后，树脂内部吸附的钙、镁离子达到饱和就必须进行再生，再生过程通俗的讲就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，从专业角度来说就是利用钠离子将树脂中的钙、镁离子置换出来，然后钙、镁离子随再生废液排出罐外，然后树脂恢复初始软化交换功能。
2.2. 全自动水处理装置设备组成及控制方式
全自动水处理装置主要由控制器、树脂罐、盐罐、强酸性盐离子树脂及其附属管件组成。不同型号全自动水处理装置其控制器型号、树脂罐、盐罐容积等都有一定区别。
根据控制器的控制方式全自动水处理装置分为流量型全自动水处理装置（即时再生型）和时间型全自动水处理装置（延时再生型）两种。具体选用哪种型号及控制方式的全自动水处理装置，视每个换热站耗水量大小及用水规律而定，当用水规律性较强时，可采用时间型控制方式;当用水不规律且原水较差时，采用流量控制方式。由于矿区供热情况相对复杂，跑冒滴漏现象较为普遍，所以大部分换热站选用流量型全自动水处理装置。
3.全自动水处理装置工作流程分析
软化水设备工作流程有工作（产软水）、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置换）、快冲洗、注水六个过程。
3.1. 反洗过程
当树脂失去再生能力以后，树脂罐出水硬度会变高，为了保证再生的效果，需对树脂进行反洗，反洗的目的一是使压实的树脂层充分膨胀，再生更容易进行;二是冲洗掉在树脂层上交换时截流下的杂质，反洗时间的长短可根据再生效果通过改变定时器上销子的数目相应的改变反洗时间的长短。
3.2. 再生过程
当树脂罐出水水质超过标准（大于0.6mmol/L）后，就需要进行再生。所谓再生过程，就是用一定量的适当浓度的再生剂（矿区只使用工业盐），慢速流过树脂使其恢复交换能力的过程。该过程不仅直接影响到树脂的交换容量、出水质量和水处理经济性，而且是保证树脂能够反复使用的关键性操作过程。这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量、树脂质量、树脂容量的影响。 运行人员可通过单个运行周期内产水量的大小判断再生时间的长短，再生时间过长会造成大量的工业盐浪费。
3.3. 慢洗过程
盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，此冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，再生过程结束后慢洗马上开始，这个过程一般与吸盐时间相同，即30分钟左右。
3.4. 快洗过程
用正洗水冲洗树脂层，其目的在于洗净残余的再生剂和再生后产物及一些杂质，实际操作时大都采用短时间高流速清洗，快洗过程中大量的废水从排污管快速流出。正洗时间以出水水质合格为止。用工业盐做再生剂，出水硬度要合格，同时要求出水中的氯根含量与清洗水的氯根含量接近。软化水氯根含量过高，会引起锅炉或换热器板片腐蚀。一般情况下，快冲洗过程为4-16分钟。
3.5. 注水过程
硬水由阀门入口流入设备，向上流入注水器然后通过盐水阀门再注入盐罐，以备下次再生使用，注水时间一般6-10分钟。
3.6. 工作过程（交换过程）
离子交换器的交换过程，实际上指交换器的运行过程，生水以一定的流速通过树脂层，水中的钙镁离子和树脂中的钠离子进行交换，生产出合格的软化水。
4.全自动软化水装置的经济运行分析
为便于对钠离子型全自动软化水装置经济运行分析，可通过以下公式计算再生一次用盐量，通过计算数据和实际盐耗对比分析单耗是否在合理范围之内：
由以上公式可知，交换器内树脂体积、原水的总硬度、从开始运行到软水硬度升高到0.03mmol/L时，通过离子交换器的水量、运行一个周期软化水量、软化水残余硬度这些参数都是计算盐耗的重要参数。而在实际运行当中，交换器内树脂体积、运行一个周期软化水量、通过离子交换器的水量等这些重要参数往往都不做统计，化验员全凭经验加盐，甚至为了保证水质合格，往盐罐内一次加入50-150KG工业颗粒盐，虽然保证了水质，但是工业盐单耗超出正常水平几十倍以上，而且化验员加盐工作强度大。 矿区不同区域水质硬度存在一定差异，运行人员应根据区域自来水硬度、需求软水硬度、周期软化水量计算盐耗。运行当中按正确的操作顺序和严格的水质监督，遵循科学的理论计算数据，将盐耗减小到最小，保证换热器中水垢较小甚至做到没有水垢。
5.全自动软化水装置运行操作要求
1）慢慢地打开进水阀至1/4开启处，此时可以听到空气从排污管排出的声音;待空气排净后，全部开启进水阀，但进水压力不能高于0.6MPa，否则可能造成树脂罐开裂或机头与树脂罐脱扣;
2）首次运行时用水管向盐罐内加水，并按要求加入再生用大颗粒盐;
3）接通电源，旋转手动再生旋钮，启动一次再生;
4）自动再生完成后，从取样阀取水样进行水质分析，合格后即可投入使用;按照操作要求设定时间或流量的再生周期。
6.全自动软化水装置故障分析及处理
6.1. 树脂被污染
树脂最常见的是Fe3+中毒。供水管道腐蚀后管道中的Fe3+进入树脂罐会造成树脂中毒，树脂中毒后颜色会逐渐加深，颜色由浅黄色至棕红再至褐色。铁中毒的树脂散失了交换能力，需要用10%盐酸清洗树脂进行复苏，然后再用10%的食盐水按再生的要求再生树脂，恢复树脂交换能力。
6.2. 树脂流失
树脂流失也是导致周期制水量逐渐下降的原因之一，反洗强度过大或布水器破损后，树脂会在水流的冲击下从布水器流出，导致树脂短时间内大量的流失。此时需要相应的调整反洗时间或重新更换新的布水器。
6.3. 出水不达标
出水不达标可能的原因有以下几个方面①没有关闭自来水旁路阀;②.盐罐中没有加入盐;③.注水器筛网堵塞;④.流入盐罐的水量不足⑤.水罐内存有硬质离子⑥.分布器内管子泄漏;⑦.内部调节阀泄漏⑧树脂罐中心管与机头脱落等等。
采取的措施：①.关闭旁路阀;②.往盐罐中加盐，并保持盐的高度;③.清洗注水器筛网;④.检查盐罐注水时间，如果盐管路堵塞及时清理;⑤.根据需要反复冲洗水罐;⑥.确保分布器没有破裂，检查O型环和管口;⑦.更换密封环和垫片（或活塞）：⑧拆下机头重新安装中心管。
6.4. 软化水设备再生程序紊乱
软化水设备再生程序紊乱出现的原因主要是由于设备意外断电或者是手动再生轮转动速度过快，导致程序轮指示状态与实际运行状态不符，设备再生程序紊乱后重新调整的步骤如下：
1）手动逆时针拨动再生轮，使设备进入再生状态;
2）停頓5秒钟待多向阀平移到位后观察出水状态，判断实际再生状态（工作、反洗、吸盐、慢洗、快洗、盐罐注水6步中的某一步）;
3）设备断电（拔下电源插头）;
4）手动缓慢拨动程序轮，使程序轮指针对准控制器实际状态;
5）设备重新上电，验证程序是否正常，如不正常，重复以上步骤进行校正，直至设备程序正常。
7.结论
综上可知，全自动水处理装置在矿区换热站中起着举足轻重的作用，在运行管理中，如果重视不够，不注意掌握水质标准，不准确进行水质处理，不严格执行水质监督，只注重出水水质不进行盐耗分析，必然会造成盐耗大软水成本高、设备结垢或腐蚀，甚至影响到矿区正常供热，增加换热器清洗成本，缩短设备使用寿命。
参考文献
[1] 马志彪，谭翠萍.供热系统调试与运行.中国建筑工业出版社，2018.
[2] 许兴炜.工业锅炉防垢除垢.中国劳动社会保障出版社，2017.
[3] 冯敏等.工业锅炉水处理技术.海洋出版社，2017.
[4] 程宝华，李先瑞.板式换热器及换热装置，中国建筑工业出版社，2018.
[5] 刘华波，何文雪.西门子S7-300/400 PLC.机械工业出版社，2017.
关键词：工作原理;传热效率;经济运行;故障分析
1.引言
目前平朔矿区共有换热站34座，热水制备站8座，拥有各类型水-水板式换热器83台，由于水中含有溶解度较小的钙、镁盐类，这些盐类有共同特性，其溶解度随着水温升高而下降，且变成难溶的盐类，这种盐类的存在，将导致换热器由于水垢的存在传热效率下降，同时水垢附在传热面上难于清除，不仅增加检修费用，而且会使受热面受到损伤或发生腐蚀，降低换热器寿命，严重时甚至会堵塞换热器流通截面，使换热器不能正常运行，因此换热器流体水质要求非常重要，在运行管理中，必须利用全自动水处理装置对矿区供热用水进行软化处理，确保水质达到《城镇供热管网设计规范》不高于0.6mmol/L的标准，防止换热器结垢或腐蚀，延长换热器使用寿命。
2.全自动水处理装置介绍
2.1. 全自动水处理装置工作原理
矿区换热站主要水处理设备是全自动水处理装置，该装置利用钠离子交换法，将水中的Ca2+及Mg2+的盐类，利用置换的原理，将水中的Ca2+、Mg2+用Na+离子置换，这样水中的Ca2+及Mg2+就会很少，钠型树脂在一定温度下与溶液中钙离子的交换反应可简写成：
当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便與树脂吸附的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子同时钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。
当树脂吸附一定量的钙镁离子之后，树脂内部吸附的钙、镁离子达到饱和就必须进行再生，再生过程通俗的讲就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子再置换出来，从专业角度来说就是利用钠离子将树脂中的钙、镁离子置换出来，然后钙、镁离子随再生废液排出罐外，然后树脂恢复初始软化交换功能。
2.2. 全自动水处理装置设备组成及控制方式
全自动水处理装置主要由控制器、树脂罐、盐罐、强酸性盐离子树脂及其附属管件组成。不同型号全自动水处理装置其控制器型号、树脂罐、盐罐容积等都有一定区别。
根据控制器的控制方式全自动水处理装置分为流量型全自动水处理装置（即时再生型）和时间型全自动水处理装置（延时再生型）两种。具体选用哪种型号及控制方式的全自动水处理装置，视每个换热站耗水量大小及用水规律而定，当用水规律性较强时，可采用时间型控制方式;当用水不规律且原水较差时，采用流量控制方式。由于矿区供热情况相对复杂，跑冒滴漏现象较为普遍，所以大部分换热站选用流量型全自动水处理装置。
3.全自动水处理装置工作流程分析
软化水设备工作流程有工作（产软水）、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置换）、快冲洗、注水六个过程。
3.1. 反洗过程
当树脂失去再生能力以后，树脂罐出水硬度会变高，为了保证再生的效果，需对树脂进行反洗，反洗的目的一是使压实的树脂层充分膨胀，再生更容易进行;二是冲洗掉在树脂层上交换时截流下的杂质，反洗时间的长短可根据再生效果通过改变定时器上销子的数目相应的改变反洗时间的长短。
3.2. 再生过程
当树脂罐出水水质超过标准（大于0.6mmol/L）后，就需要进行再生。所谓再生过程，就是用一定量的适当浓度的再生剂（矿区只使用工业盐），慢速流过树脂使其恢复交换能力的过程。该过程不仅直接影响到树脂的交换容量、出水质量和水处理经济性，而且是保证树脂能够反复使用的关键性操作过程。这个过程一般需要30分钟左右，实际时间受用盐量、树脂质量、树脂容量的影响。 运行人员可通过单个运行周期内产水量的大小判断再生时间的长短，再生时间过长会造成大量的工业盐浪费。
3.3. 慢洗过程
盐水流过树脂以后，用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗，此冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换，再生过程结束后慢洗马上开始，这个过程一般与吸盐时间相同，即30分钟左右。
3.4. 快洗过程
用正洗水冲洗树脂层，其目的在于洗净残余的再生剂和再生后产物及一些杂质，实际操作时大都采用短时间高流速清洗，快洗过程中大量的废水从排污管快速流出。正洗时间以出水水质合格为止。用工业盐做再生剂，出水硬度要合格，同时要求出水中的氯根含量与清洗水的氯根含量接近。软化水氯根含量过高，会引起锅炉或换热器板片腐蚀。一般情况下，快冲洗过程为4-16分钟。
3.5. 注水过程
硬水由阀门入口流入设备，向上流入注水器然后通过盐水阀门再注入盐罐，以备下次再生使用，注水时间一般6-10分钟。
3.6. 工作过程（交换过程）
离子交换器的交换过程，实际上指交换器的运行过程，生水以一定的流速通过树脂层，水中的钙镁离子和树脂中的钠离子进行交换，生产出合格的软化水。
4.全自动软化水装置的经济运行分析
为便于对钠离子型全自动软化水装置经济运行分析，可通过以下公式计算再生一次用盐量，通过计算数据和实际盐耗对比分析单耗是否在合理范围之内：
由以上公式可知，交换器内树脂体积、原水的总硬度、从开始运行到软水硬度升高到0.03mmol/L时，通过离子交换器的水量、运行一个周期软化水量、软化水残余硬度这些参数都是计算盐耗的重要参数。而在实际运行当中，交换器内树脂体积、运行一个周期软化水量、通过离子交换器的水量等这些重要参数往往都不做统计，化验员全凭经验加盐，甚至为了保证水质合格，往盐罐内一次加入50-150KG工业颗粒盐，虽然保证了水质，但是工业盐单耗超出正常水平几十倍以上，而且化验员加盐工作强度大。 矿区不同区域水质硬度存在一定差异，运行人员应根据区域自来水硬度、需求软水硬度、周期软化水量计算盐耗。运行当中按正确的操作顺序和严格的水质监督，遵循科学的理论计算数据，将盐耗减小到最小，保证换热器中水垢较小甚至做到没有水垢。
5.全自动软化水装置运行操作要求
1）慢慢地打开进水阀至1/4开启处，此时可以听到空气从排污管排出的声音;待空气排净后，全部开启进水阀，但进水压力不能高于0.6MPa，否则可能造成树脂罐开裂或机头与树脂罐脱扣;
2）首次运行时用水管向盐罐内加水，并按要求加入再生用大颗粒盐;
3）接通电源，旋转手动再生旋钮，启动一次再生;
4）自动再生完成后，从取样阀取水样进行水质分析，合格后即可投入使用;按照操作要求设定时间或流量的再生周期。
6.全自动软化水装置故障分析及处理
6.1. 树脂被污染
树脂最常见的是Fe3+中毒。供水管道腐蚀后管道中的Fe3+进入树脂罐会造成树脂中毒，树脂中毒后颜色会逐渐加深，颜色由浅黄色至棕红再至褐色。铁中毒的树脂散失了交换能力，需要用10%盐酸清洗树脂进行复苏，然后再用10%的食盐水按再生的要求再生树脂，恢复树脂交换能力。
6.2. 树脂流失
树脂流失也是导致周期制水量逐渐下降的原因之一，反洗强度过大或布水器破损后，树脂会在水流的冲击下从布水器流出，导致树脂短时间内大量的流失。此时需要相应的调整反洗时间或重新更换新的布水器。
6.3. 出水不达标
出水不达标可能的原因有以下几个方面①没有关闭自来水旁路阀;②.盐罐中没有加入盐;③.注水器筛网堵塞;④.流入盐罐的水量不足⑤.水罐内存有硬质离子⑥.分布器内管子泄漏;⑦.内部调节阀泄漏⑧树脂罐中心管与机头脱落等等。
采取的措施：①.关闭旁路阀;②.往盐罐中加盐，并保持盐的高度;③.清洗注水器筛网;④.检查盐罐注水时间，如果盐管路堵塞及时清理;⑤.根据需要反复冲洗水罐;⑥.确保分布器没有破裂，检查O型环和管口;⑦.更换密封环和垫片（或活塞）：⑧拆下机头重新安装中心管。
6.4. 软化水设备再生程序紊乱
软化水设备再生程序紊乱出现的原因主要是由于设备意外断电或者是手动再生轮转动速度过快，导致程序轮指示状态与实际运行状态不符，设备再生程序紊乱后重新调整的步骤如下：
1）手动逆时针拨动再生轮，使设备进入再生状态;
2）停頓5秒钟待多向阀平移到位后观察出水状态，判断实际再生状态（工作、反洗、吸盐、慢洗、快洗、盐罐注水6步中的某一步）;
3）设备断电（拔下电源插头）;
4）手动缓慢拨动程序轮，使程序轮指针对准控制器实际状态;
5）设备重新上电，验证程序是否正常，如不正常，重复以上步骤进行校正，直至设备程序正常。
7.结论
综上可知，全自动水处理装置在矿区换热站中起着举足轻重的作用，在运行管理中，如果重视不够，不注意掌握水质标准，不准确进行水质处理，不严格执行水质监督，只注重出水水质不进行盐耗分析，必然会造成盐耗大软水成本高、设备结垢或腐蚀，甚至影响到矿区正常供热，增加换热器清洗成本，缩短设备使用寿命。
参考文献
[1] 马志彪，谭翠萍.供热系统调试与运行.中国建筑工业出版社，2018.
[2] 许兴炜.工业锅炉防垢除垢.中国劳动社会保障出版社，2017.
[3] 冯敏等.工业锅炉水处理技术.海洋出版社，2017.
[4] 程宝华，李先瑞.板式换热器及换热装置，中国建筑工业出版社，2018.
[5] 刘华波，何文雪.西门子S7-300/400 PLC.机械工业出版社，2017.