石英砂過濾器超壓損壞原因分析及處理

喬永生，王喜林，李愛麗

(國家電投集團河南電力有限公司開封發電分公司，河南 開封 475002)

0 引言

國內某電廠2×630 MW超臨界燃煤直流爐機組于2009年投產。鍋爐最大連續蒸發量為1 950 t/h，凝汽器管材采用不銹鋼管，其循環水補水處理系統采用石灰＋混凝劑澄清、加酸、殺菌、過濾處理方式，設計水源為城市中水，備用水源為黃河水，該系統共采用8個石英砂過濾器。2017年11月，該系統相繼發生多臺過濾器超壓變形損壞事故，嚴重影響了機組的安全經濟運行。

1 循環水補水處理系統簡介

1.1 工藝流程

城市中水(或黃河水)進入機械加速澄清池，通過石灰乳+聚合硫酸鐵凝聚沉降處理，出水溢流經曲徑混合槽，再加酸調節pH值、加ClO2殺菌，至石英砂過濾器除去懸浮物等雜質，出水合格進入清水池，主要用于循環水補充水、過濾器反洗用水和系統自用水。凝聚、沉淀的雜質由泥漿輸送泵送入濃縮池處理。

1.2 主要運行參數

循環水補水處理系統設計正常出力：2 900 m3/h；最大出力：3 200 m3/h。機械加速澄清池的出水pH值為9.5—10.5，濁度不大于10 NTU；加酸后，控制石英砂過濾器進水pH值為8.4—9.0，過濾器出水濁度小于5 NTU。

1.3 循環水補水處理系統設備主要參數

循環水補水處理系統設備主要參數見表1。

表1 循環水補水處理系統設備主要參數

2 故障現象

2017年11月，2，4，8號過濾器反洗時相繼發生憋壓損壞事故，城市中水被迫暫停使用，直接影響到機組的安全經濟運行。檢查設備運行操作方式均按照DCS設計自動程序，各運行步序正常。對3臺過濾器進行全面解體檢查，發現每個過濾器內部均不同程度存在石英砂表面淤泥較多、石英砂底部板結、水帽縫隙結垢堵塞、立柱開焊、水室隔板開焊、水帽脫落造成濾料漏至出水室等現象，如圖1所示。

3 反洗原理

過濾器反沖洗時，反沖洗水由下而上通過濾料層，當反洗強度較低時，濾床處于靜止狀態。隨著反沖洗強度增加，部分濾料互相摩擦，濾層逐漸膨脹。當反洗強度達到某定值時，大部分濾料獨立運動而完全不由別的濾料支撐，并且水流對濾料層的動水壓力近似等于濾料層中水的重量。濾層的膨化高度與濾料密度成反比，與反洗強度成正比。

圖1 故障過濾器內部情況

4 原因分析

4.1 大分子有機物增多

2017年3—11月，該系統連續使用城市中水。受水質影響，機械加速澄清池的出水pH值及濁度出現短時超標現象。大分子有機物增多，造成石英砂濾料間的粘性力、毛細力和范德華力阻礙顆粒運動，促使顆粒成團力成為主導作用力，顆粒粘結成團，表面形成膠凍狀餅層，導致反洗過程中難以破碎及膨脹。

4.2 石英砂堵塞

個別水帽損壞及隔板開焊，造成石英砂流失漏至出水室，反洗母管東側支管內2/5管段堵滿石英砂，導致反洗水布水不均，反洗流量減少、壓力升高。

4.3 水帽縫隙結垢、堵塞

水帽縫隙出現結垢、堵塞，影響沖洗流量，導致反洗強度下降，增加石英砂濾料間粘性力，同步加速水帽堵塞，致使反洗強度下降，惡性循環加重，最終導致石英砂板結。堵塞的水帽、板結的石英砂造成反洗阻力變大，直至過濾器超壓變形。

4.4 壓縮機含水且氣缸不嚴

過濾器正、反洗水門及出水門均為DN450，DN600的氣動蝶閥。在檢查過程中，發現壓縮空氣含水且氣缸有不嚴密，導致閥門最長開啟時間達45 s。開啟緩慢，影響容器內部氣壓、水壓平衡，這也是導致過濾器超壓變形的原因之一。

4.5 運行方式調整不及時

使用城市中水后，系統水質發生了變化，但相關人員未及時調整相關運行方式。

4.6 定期檢查工作不到位

查詢檢修臺賬記錄，發現對過濾器內部水帽及石英砂的檢查距上次檢查均已超過3年，存在定期檢查工作不到位、不及時現象。

4.7 未設計壓力輔助設施

過濾器本體、反洗管道均未設計、安裝壓力測量及保護裝置，造成反洗時不易觀察系統是否超壓、保護是否得當。

5 防范措施

(1) 對損壞的過濾器進行大修，更換水帽及石英砂，修復開焊的隔板及立柱。

(2) 在反洗母管上加裝壓力表，在過濾器出水室加裝壓力變送器，并引入DCS。當壓力值≥0.08 MPa時，發出報警；當壓力值≥0.1 MPa時，聯停反洗水泵。

(3) 縮短過濾器反洗周期，由運行24 h反洗1次修改為運行18 h反洗1次。同時延長反洗程序第5步步序反洗時間，由240 s延長至360 s；第6步步序正洗時間由200 s延長至360 s。

(4) 每次過濾器反洗程序結束后靜止300 s，取過濾器出水水樣化驗濁度，檢查反洗效果，若濁度＞5NTU，需重新進行反洗。

(5) 加強點檢定修管理，各過濾器每半年進行1次內部檢查，每3年進行1次大修。

6 結束語

實施上述防范措施可保證該系統的反洗效果，預防設備發生超壓現象。從實際運行情況看，采取上述防范措施后，有效保證了設備的安全經濟運行，取得了良好的效果，為同類型設備的狀態檢修及故障處理積累了寶貴的實踐經驗。