化學(xué)水裝置三層濾料過濾器的運(yùn)行探討

李雄杰

（中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南岳陽414012）

1 概述

某公司化學(xué)水裝置主要為鍋爐補(bǔ)給水及煉油裝置供水。水源為長(zhǎng)江水，經(jīng)過一級(jí)泵站的混凝澄清送到二級(jí)泵站、二級(jí)泵站未經(jīng)任何處理加壓轉(zhuǎn)送化學(xué)水裝置。生水經(jīng)三層濾料過濾器和高效纖維過濾器過濾后，經(jīng)換熱器加熱，送到原水箱，經(jīng)陽離子交換器、鼓風(fēng)式除碳器、陰離子交換器交換后的一級(jí)化學(xué)除鹽水一部分經(jīng)過加氨調(diào)節(jié)pH 值后，做為中壓鍋爐補(bǔ)給水及各裝置機(jī)泵密封水；另一部分進(jìn)混床進(jìn)行二級(jí)除鹽后給循環(huán)硫化床鍋爐供水。

生水過濾系統(tǒng)是化學(xué)水處理的重要環(huán)節(jié)，生水水質(zhì)的好壞直接影響后續(xù)水處理設(shè)備的正常運(yùn)行及除鹽水的水質(zhì)。化學(xué)水裝置1999 年對(duì)過濾系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用第一代有囊高效纖維過濾器，雖然提高了出水量，但水囊易破損，出水水質(zhì)易變差。2007年改造為第二代無囊高效纖維過濾器，經(jīng)過多年運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)存在不少問題，尤其自2010 年陽固定床V703 ～V705 改造為雙室雙層浮動(dòng)床后，由于陽雙室雙層浮動(dòng)床體外清洗操作復(fù)雜，對(duì)進(jìn)水濁度要求較高，懸浮物應(yīng)盡可能除凈。原生水過濾系統(tǒng)出水水質(zhì)差，直接導(dǎo)致陽浮動(dòng)床因大量懸浮物沉積時(shí)壓差增大，樹脂破損率增加，導(dǎo)致壓差更大，后期供水負(fù)荷無法達(dá)到設(shè)計(jì)能力的50%，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，不得不更新樹脂，V703～V705上層凝膠型樹脂更新為耐磨的大孔型樹脂。同時(shí)生水過濾系統(tǒng)由一級(jí)過濾改為二級(jí)過濾，在原高效纖維過濾器系統(tǒng)前增加三層濾料過濾器。

2 三層濾料過濾器

2.1 工藝原理

三層濾料過濾器采用三種不同比重不同粒徑的濾料，自上而下粒徑逐漸變小，比重逐漸變大，利用深層過濾的原理，增大過濾器的截污能力，在保證出水水質(zhì)的情況下大大增加了過濾速度。三層濾料過濾器不僅可以去除水中懸浮物，對(duì)鐵錳也有很好的去除效果。

三層濾料過濾器上層濾料粒徑最大，由密度小的無煙煤濾料組成；中層濾料粒徑居中，密度居中，由石英砂組成；下層濾料由粒徑最小，密度最大的重質(zhì)濾料磁鐵礦組成。由于密度差的限制，三層介質(zhì)過濾器的濾料選擇基本上固定。上層濾料起粗濾作用，下層濾料起精濾作用，這樣就充分發(fā)揮了多介質(zhì)濾床的作用，出水水質(zhì)明顯好于單層濾料的濾床。

三層濾料過濾器由濾床、布水裝置、集水裝置、外配管及儀表取樣裝置等組成。進(jìn)水裝置為上進(jìn)水、纏繞管進(jìn)水，集水裝置為穹形多孔板加承托層結(jié)構(gòu)；濾床部分濾料磁鐵礦粒徑0.25 ～0.5 mm，石英砂粒徑0.5～0.8 mm，無煙煤粒徑0.8～2.0 mm。承托層由濾料鵝卵石（粒徑32 ～16 mm）、磁鐵礦（粒徑8～0.5 mm）組成，粒徑自下而上，由大到小鋪墊。在濾料中，鵝卵石主要起支撐作用，因其強(qiáng)度高，相互之間的間距穩(wěn)定，孔隙大，便于正洗工序中濾后水順利通過；同樣，反洗工序中，反洗水和反洗空氣能順利通過。三層濾料過濾器結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 三層濾料過濾器結(jié)構(gòu)

2.2 三層濾料過濾器的反沖洗

三層濾料過濾器在過濾過程中，原水中的懸浮物等被濾料層截留吸附并不斷地在濾料層中積累，于是濾層孔隙逐漸被污物堵塞，在濾層表面形成濾餅，過濾水頭損失不斷增加，水流對(duì)吸附在濾料表面污物的剪切力變大，其中有些顆粒在水流的沖擊下移到下層濾料中，最終會(huì)使水中的懸浮物含量不斷上升，過濾器出水水質(zhì)下降。當(dāng)雜質(zhì)透過濾層時(shí)，過濾器失去過濾效果，同時(shí)過濾器進(jìn)出口壓差增大、單臺(tái)過濾器流量下降。當(dāng)壓差達(dá)到一定程度時(shí)，濾料需進(jìn)行反沖洗，使濾層恢復(fù)性能，繼續(xù)工作。

反沖洗即水流逆向通過承托層進(jìn)入濾料層，使濾層膨脹、懸浮。先用空氣反沖洗，再用水反沖洗，借助風(fēng)、水流的剪切力和顆粒的碰撞摩擦力清洗濾料層，使濾料層內(nèi)的污物脫離并隨反洗水排出。不同濾料具有較大的密度差，保證反洗擾動(dòng)后不會(huì)發(fā)生混層現(xiàn)象。

3 三層濾料過濾器運(yùn)行效果

3.1 相比高效纖維過濾器出水水質(zhì)更好

原高效纖維過濾器出水濁度約為1 mg/L，現(xiàn)三層濾料過濾器出水濁度約0.5 mg/L；相同運(yùn)行周期內(nèi)陽床大反洗用水量明顯減少，清洗時(shí)間縮短。

3.2 出水水質(zhì)更穩(wěn)定

三層濾料過濾器出水水質(zhì)更穩(wěn)定，出水水質(zhì)受進(jìn)水濁度變化的影響小；高效纖維過濾器在進(jìn)水濁度≥5 mg/L的情況下，出水也會(huì)有明顯變化，特別是纖維板結(jié)時(shí)出水更差，出水濁度甚至超過2 mg/L。

3.3 投用三層濾料過濾器后反洗用水量減少

原高效纖維過濾器累計(jì)制水達(dá)8 000 t反洗一次，每次耗水約140 t；三層濾料過濾器壓差達(dá)50 kPa反洗一次，反洗一次耗水約100 t，累計(jì)制水量亦約8 000 t。投運(yùn)三層濾料過濾器后，改二級(jí)纖維過濾器累計(jì)制水量達(dá)3萬t以上才反洗一次。過濾器系統(tǒng)反洗水耗由1.75%降至1.25%。三層濾料過濾器投用后纖維過濾器的復(fù)蘇由每年3 次降為1 次，復(fù)蘇用水量每年降低12 000 t。

4 三層濾料過濾器運(yùn)行、反洗過程中出現(xiàn)的問題

4.1 風(fēng)壓過大，導(dǎo)致濾料被穿透

過濾器進(jìn)行非凈化風(fēng)反沖洗時(shí)，非凈化風(fēng)輸入強(qiáng)度難以掌握，強(qiáng)度過小沖洗效果不太好，強(qiáng)度過大容易造成濾料跑損。由于系統(tǒng)中未設(shè)計(jì)羅茨風(fēng)機(jī)，利用非凈化風(fēng)可以節(jié)省能源，但非凈化風(fēng)的風(fēng)壓在0.5～0.6 MPa，過濾器所需風(fēng)壓只有5 kPa，通過減壓閥降壓，很難控制，保證了風(fēng)壓，風(fēng)量卻不能保證；保證了風(fēng)量，風(fēng)壓又過高，特別是剛開反洗風(fēng)時(shí)，會(huì)因風(fēng)壓過高直接擊穿濾料層。

4.2 濾料跑損

1）氣洗前排水一定要控制好過濾器水位。排水時(shí)間過短，過濾器表面水位過高，氣洗單位體積濾料顆粒數(shù)變少，顆粒碰撞機(jī)會(huì)減少，不利于清洗；另外，在氣流帶動(dòng)下易造成無煙煤濾料從排空閥跑損。排水時(shí)間過長(zhǎng)，水位降到濾層表面以下時(shí)，濾層上部沒有水的浸潤(rùn)，顆粒的上下擾動(dòng)過程中，污物不能有效排出，反而會(huì)往濾層深處移動(dòng)，同樣影響清洗效果。

2）過濾器進(jìn)行水反洗前必須先關(guān)排空閥。排空管口沒有任何防護(hù)措施，在進(jìn)行水反洗時(shí)，大量無煙煤顆粒會(huì)在水流的帶動(dòng)下從排空管跑損。

3）過濾器第二次反洗完必須有數(shù)分鐘的靜置時(shí)間。若沒有自然沉降時(shí)間，在水流的作用下快速沉降，各層濾料不能按比重分層，在過濾器運(yùn)行過程中，不能有效利用各濾層過濾能力，影響過濾水質(zhì)、周期制水量，增加水耗。

4）投運(yùn)過濾器應(yīng)從第一次反沖洗開始。過濾器長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)后投運(yùn)，由于水中的懸浮物中含有大量有機(jī)物，長(zhǎng)期滯留在濾層中會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌微生物富集繁殖，發(fā)生厭氧腐敗現(xiàn)象，所以投運(yùn)過濾器應(yīng)從第一次反沖洗開始。

4.3 布水裝置、排水裝置堵塞

1）由于三層濾料過濾器的進(jìn)水布水裝置和反洗排水裝置集成在一起，用的是發(fā)散式母、支管形式，支管用的是不銹鋼繞線管，不銹鋼繞線管可以將水中的漂浮物或較大的顆粒物攔截下來，不進(jìn)入濾料層，減輕了濾料的負(fù)擔(dān)，但同時(shí)由于不銹鋼繞線管的縫隙小，容易積存細(xì)小顆粒和其他雜質(zhì)在繞線管內(nèi)表面的縫隙中，影響支管的流通面積。

2）過濾后被攔截下來的泥沙結(jié)塊，反洗時(shí)隨著水流和風(fēng)壓會(huì)擊打在繞線管上，也會(huì)堵塞繞線管的外表面縫隙；同時(shí)無煙煤比重輕，隨著反洗也會(huì)擊打在繞線管上，堵塞繞線管的外表面縫隙。

3）內(nèi)外作用就會(huì)使繞絲管的流通面積越來越小，運(yùn)行流量也會(huì)隨之減少；反洗不出水或出少量的水，影響反洗效果，運(yùn)行壓差降不下來，運(yùn)行流量持續(xù)下降，出水水質(zhì)變差，影響正常生產(chǎn)運(yùn)行。

4.4 濾料跑損，出水水質(zhì)變差，影響后續(xù)設(shè)備運(yùn)行

1）由于風(fēng)壓過大，導(dǎo)致濾料被穿透，承托層、濾料層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，間隙變大，運(yùn)行時(shí)水流通過被穿透的地方優(yōu)先流出，也會(huì)帶著濾料一起流失，出水水質(zhì)變差，濾料進(jìn)入后續(xù)增壓泵，再隨增壓泵進(jìn)入纖維過濾器，隨著纖維過濾器的反洗、運(yùn)行將會(huì)有少量的濾料進(jìn)入清水箱，甚至進(jìn)入陽床，給后續(xù)設(shè)備增加了很大的負(fù)擔(dān)。

2）濾料進(jìn)入增壓泵，將隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)反復(fù)擊打泵殼體，摩擦、擊打時(shí)間一長(zhǎng)，泵殼體就會(huì)減薄、穿孔，損壞機(jī)械密封引起泄漏。

3）濾料進(jìn)入纖維過濾器，增加纖維過濾器的負(fù)擔(dān)，增加活動(dòng)孔板提升裝置的重量，導(dǎo)致電機(jī)過載、活動(dòng)孔板變形、纖維偏向，運(yùn)行時(shí)纖維不能充滿濾料層而使出水水質(zhì)變差。

4）濾料進(jìn)入清水箱后，會(huì)隨著水流進(jìn)入清水泵的入口，被入口濾網(wǎng)攔截，清水泵的流量會(huì)減小，經(jīng)常要清理濾網(wǎng)，給生產(chǎn)帶來不便。

5 三層濾料過濾器的生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備改造

5.1 增加濾料捕捉器

為了降低濾料跑損對(duì)后續(xù)設(shè)備的影響，在三層濾料過濾器的總出口加設(shè)濾料捕捉器，一旦出現(xiàn)濾料跑損可以通過日常巡檢濾料捕捉器，發(fā)現(xiàn)有濾料積存就進(jìn)行排放，同時(shí)通過遠(yuǎn)程觀察流量的變化可以判斷濾料捕捉器中的濾料多少，及時(shí)采取措施。

5.2 加設(shè)非凈化風(fēng)的母管排放閥

每次進(jìn)行風(fēng)反洗之前，開啟非凈化風(fēng)的母管排放閥，待壓力符合要求后再開啟三層濾料過濾的風(fēng)反洗閥，三層濾料過濾的風(fēng)反洗閥完全開啟后關(guān)閉非凈化風(fēng)的母管排放閥，這樣就不會(huì)因風(fēng)壓過高沖擊濾料，造成擊穿、濾料亂層現(xiàn)象。

5.3 布水、排水裝置支管外層繞絲更換為不銹鋼絲網(wǎng)

布水、排水裝置的支管外由繞絲改為不銹鋼絲網(wǎng)后，不會(huì)產(chǎn)生布水、排水裝置被堵塞的情況，減小了運(yùn)行、反洗阻力，流量得到保證。

5.4 在出口集水裝置外覆蓋不銹鋼絲網(wǎng)

在出口集水裝置外覆蓋不銹鋼絲網(wǎng)，再鋪設(shè)鵝卵石等承托層材料，濾料不會(huì)再跑損。從實(shí)驗(yàn)的情況來看，基本沒有出現(xiàn)濾料跑損情況，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

6 結(jié)論

三層濾料過濾器吸附能力強(qiáng)、截污容量大、產(chǎn)水量高、出水水質(zhì)好、過濾周期長(zhǎng)、水耗低，但需要在反洗、運(yùn)行上做好措施，使濾料不會(huì)跑損；增加風(fēng)儲(chǔ)存罐，解決好風(fēng)量、風(fēng)壓?jiǎn)栴}，遠(yuǎn)傳能觀察控制風(fēng)壓，避免濾料亂層；采用性能好的控制閥，做好邏輯控制，避免因閥門開關(guān)不到位導(dǎo)致濾料跑損和水資源浪費(fèi)。