化學水裝置三層濾料過濾器的運行探討

李雄杰

（中國石化長嶺分公司，湖南岳陽414012）

1 概述

某公司化學水裝置主要為鍋爐補給水及煉油裝置供水。水源為長江水，經過一級泵站的混凝澄清送到二級泵站、二級泵站未經任何處理加壓轉送化學水裝置。生水經三層濾料過濾器和高效纖維過濾器過濾后，經換熱器加熱，送到原水箱，經陽離子交換器、鼓風式除碳器、陰離子交換器交換后的一級化學除鹽水一部分經過加氨調節(jié)pH 值后，做為中壓鍋爐補給水及各裝置機泵密封水；另一部分進混床進行二級除鹽后給循環(huán)硫化床鍋爐供水。

生水過濾系統(tǒng)是化學水處理的重要環(huán)節(jié)，生水水質的好壞直接影響后續(xù)水處理設備的正常運行及除鹽水的水質?；瘜W水裝置1999 年對過濾系統(tǒng)進行了改造，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，出水水質易變差。2007年改造為第二代無囊高效纖維過濾器，經過多年運行，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床后，由于陽雙室雙層浮動床體外清洗操作復雜，對進水濁度要求較高，懸浮物應盡可能除凈。原生水過濾系統(tǒng)出水水質差，直接導致陽浮動床因大量懸浮物沉積時壓差增大，樹脂破損率增加，導致壓差更大，后期供水負荷無法達到設計能力的50%，嚴重影響生產，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。同時生水過濾系統(tǒng)由一級過濾改為二級過濾，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，密度最大的重質濾料磁鐵礦組成。由于密度差的限制，三層介質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)揮了多介質濾床的作用，出水水質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。進水裝置為上進水、纏繞管進水，集水裝置為穹形多孔板加承托層結構；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。三層濾料過濾器結構見圖1。

圖1 三層濾料過濾器結構

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，最終會使水中的懸浮物含量不斷上升，過濾器出水水質下降。當雜質透過濾層時，過濾器失去過濾效果，同時過濾器進出口壓差增大、單臺過濾器流量下降。當壓差達到一定程度時，濾料需進行反沖洗，使濾層恢復性能，繼續(xù)工作。

反沖洗即水流逆向通過承托層進入濾料層，使濾層膨脹、懸浮。先用空氣反沖洗，再用水反沖洗，借助風、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，保證反洗擾動后不會發(fā)生混層現(xiàn)象。

3 三層濾料過濾器運行效果

3.1 相比高效纖維過濾器出水水質更好

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；相同運行周期內陽床大反洗用水量明顯減少，清洗時間縮短。

3.2 出水水質更穩(wěn)定

三層濾料過濾器出水水質更穩(wěn)定，出水水質受進水濁度變化的影響??；高效纖維過濾器在進水濁度≥5 mg/L的情況下，出水也會有明顯變化，特別是纖維板結時出水更差，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制水達8 000 t反洗一次，每次耗水約140 t；三層濾料過濾器壓差達50 kPa反洗一次，反洗一次耗水約100 t，累計制水量亦約8 000 t。投運三層濾料過濾器后，改二級纖維過濾器累計制水量達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蘇由每年3 次降為1 次，復蘇用水量每年降低12 000 t。

4 三層濾料過濾器運行、反洗過程中出現(xiàn)的問題

4.1 風壓過大，導致濾料被穿透

過濾器進行非凈化風反沖洗時，非凈化風輸入強度難以掌握，強度過小沖洗效果不太好，強度過大容易造成濾料跑損。由于系統(tǒng)中未設計羅茨風機，利用非凈化風可以節(jié)省能源，但非凈化風的風壓在0.5～0.6 MPa，過濾器所需風壓只有5 kPa，通過減壓閥降壓，很難控制，保證了風壓，風量卻不能保證；保證了風量，風壓又過高，特別是剛開反洗風時，會因風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，顆粒碰撞機會減少，不利于清洗；另外，在氣流帶動下易造成無煙煤濾料從排空閥跑損。排水時間過長，水位降到濾層表面以下時，濾層上部沒有水的浸潤，顆粒的上下擾動過程中，污物不能有效排出，反而會往濾層深處移動，同樣影響清洗效果。

2）過濾器進行水反洗前必須先關排空閥。排空管口沒有任何防護措施，在進行水反洗時，大量無煙煤顆粒會在水流的帶動下從排空管跑損。

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

4）投運過濾器應從第一次反沖洗開始。過濾器長時間停運后投運，由于水中的懸浮物中含有大量有機物，長期滯留在濾層中會導致細菌微生物富集繁殖，發(fā)生厭氧腐敗現(xiàn)象，所以投運過濾器應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，不進入濾料層，減輕了濾料的負擔，但同時由于不銹鋼繞線管的縫隙小，容易積存細小顆粒和其他雜質在繞線管內表面的縫隙中，影響支管的流通面積。

2）過濾后被攔截下來的泥沙結塊，反洗時隨著水流和風壓會擊打在繞線管上，也會堵塞繞線管的外表面縫隙；同時無煙煤比重輕，隨著反洗也會擊打在繞線管上，堵塞繞線管的外表面縫隙。

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

4.4 濾料跑損，出水水質變差，影響后續(xù)設備運行

1）由于風壓過大，導致濾料被穿透，承托層、濾料層結構發(fā)生改變，間隙變大，運行時水流通過被穿透的地方優(yōu)先流出，也會帶著濾料一起流失，出水水質變差，濾料進入后續(xù)增壓泵，再隨增壓泵進入纖維過濾器，隨著纖維過濾器的反洗、運行將會有少量的濾料進入清水箱，甚至進入陽床，給后續(xù)設備增加了很大的負擔。

2）濾料進入增壓泵，將隨葉輪的轉動反復擊打泵殼體，摩擦、擊打時間一長，泵殼體就會減薄、穿孔，損壞機械密封引起泄漏。

3）濾料進入纖維過濾器，增加纖維過濾器的負擔，增加活動孔板提升裝置的重量，導致電機過載、活動孔板變形、纖維偏向，運行時纖維不能充滿濾料層而使出水水質變差。

4）濾料進入清水箱后，會隨著水流進入清水泵的入口，被入口濾網攔截，清水泵的流量會減小，經常要清理濾網，給生產帶來不便。

5 三層濾料過濾器的生產優(yōu)化、設備改造

5.1 增加濾料捕捉器

為了降低濾料跑損對后續(xù)設備的影響，在三層濾料過濾器的總出口加設濾料捕捉器，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)有濾料積存就進行排放，同時通過遠程觀察流量的變化可以判斷濾料捕捉器中的濾料多少，及時采取措施。

5.2 加設非凈化風的母管排放閥

每次進行風反洗之前，開啟非凈化風的母管排放閥，待壓力符合要求后再開啟三層濾料過濾的風反洗閥，三層濾料過濾的風反洗閥完全開啟后關閉非凈化風的母管排放閥，這樣就不會因風壓過高沖擊濾料，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

布水、排水裝置的支管外由繞絲改為不銹鋼絲網后，不會產生布水、排水裝置被堵塞的情況，減小了運行、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

在出口集水裝置外覆蓋不銹鋼絲網，再鋪設鵝卵石等承托層材料，濾料不會再跑損。從實驗的情況來看，基本沒有出現(xiàn)濾料跑損情況，保證了生產的正常進行。

6 結論

三層濾料過濾器吸附能力強、截污容量大、產水量高、出水水質好、過濾周期長、水耗低，但需要在反洗、運行上做好措施，使濾料不會跑損；增加風儲存罐，解決好風量、風壓問題，遠傳能觀察控制風壓，避免濾料亂層；采用性能好的控制閥，做好邏輯控制，避免因閥門開關不到位導致濾料跑損和水資源浪費。