連續(xù)流砂過濾器在循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用

(中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司，河南濮陽 457000)

旁濾系統(tǒng)是循環(huán)水處理至關(guān)重要的部分。旁濾，是將循環(huán)水中4% ～8%比例的水通過濾層后，將水中的細(xì)小顆粒雜質(zhì)截留下來，使水得到進(jìn)一步的澄清和凈化，從而保證整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的濁度始終處于一個(gè)較低的水平。同時(shí)過濾還可以使水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌、病毒等隨著渾濁度的降低而被大量去除，水中細(xì)菌失去渾濁物的保護(hù)和依存而呈現(xiàn)裸露形態(tài)，也為系統(tǒng)良好的殺菌效果創(chuàng)造了有利條件。中原石油化工有限責(zé)任公司60萬t/a甲醇制烯烴項(xiàng)目(MTO裝置)2009年獲得批復(fù)，2010年開始基礎(chǔ)建設(shè)，2011年正式投產(chǎn)，作為配套公用工程項(xiàng)目，公司新上第二套循環(huán)水裝置。在旁濾系統(tǒng)的選擇上，通過對(duì)第一循環(huán)水裝置旁濾系統(tǒng)的對(duì)比和論證，決定采用瑞典Dynasand連續(xù)流砂過濾器，它簡單、可靠，占地面積小、反洗水量低，有效降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原旁濾系統(tǒng)存在的問題

公司第一循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水量22 000 m3/h，旁濾量為800 m3/h左右，旁濾采用重力式無閥過濾池，該過濾池由三層濾料組成，底層承托層為鵝卵石，分四級(jí)級(jí)配，分別由Φ2～Φ25粒徑的各規(guī)格卵石組成，中間濾料層為粒徑為Φ0.5～Φ1.0的石英砂，上層濾料層為粒徑為Φ1.2～Φ1.6的無煙煤，設(shè)備兩個(gè)一組，共兩組。經(jīng)過長期的運(yùn)行觀察，第一循環(huán)水旁濾系統(tǒng)存在以下問題:①設(shè)備在反洗過程中，反洗時(shí)間長、水量大，排掉的大量循環(huán)水在造成水量浪費(fèi)的同時(shí)，影響了系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的提升。②設(shè)備在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)兩種不利情況:進(jìn)水量偏小時(shí)，反洗無法及時(shí)形成，反沖洗管道不斷有水流出而造成水量浪費(fèi);進(jìn)水量偏大時(shí)，反洗一旦形成，虹吸很難破壞，造成反洗時(shí)間過度延長，反洗水量浪費(fèi)較大，嚴(yán)重時(shí)必須通過強(qiáng)制切死進(jìn)水閥門來控制反洗停止，增加了操作繁瑣程度。③設(shè)備濾料級(jí)配嚴(yán)格，一旦出現(xiàn)混床，檢修更換比較麻煩。

2 連續(xù)流砂過濾器工藝簡介

第二循環(huán)水裝置設(shè)計(jì)循環(huán)水量13 500 m3/h，旁濾量為400 m3/h，現(xiàn)場流砂過濾器共四組，單組處理水量100 m3/h。水從吸水池經(jīng)立式軸流式循環(huán)水泵加壓后由循環(huán)水供水線送出，外供水一部分經(jīng)流砂過濾器過濾返回至涼水塔池形成小循環(huán)，其他部分送至后裝置換熱升溫后從循環(huán)水回水線回至涼水塔，水經(jīng)上塔管線經(jīng)進(jìn)水分配管和噴嘴分配后進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)過淋水填料并與塔頂風(fēng)機(jī)抽吸從塔兩側(cè)進(jìn)入塔內(nèi)的冷空氣進(jìn)行熱交換，回水被冷卻后再返回至吸水池，如此循環(huán)反復(fù)。旁濾采用供水過濾，一方面可以保證良好的進(jìn)水水質(zhì)，另一方面還可以充分利用泵的能力為流砂過濾器提供必須的壓力水。

連續(xù)流砂過濾器不同于一般的傳統(tǒng)過濾器，它可以集混凝、澄清、過濾為一體，無需單設(shè)混凝、澄清池，從而大大降低了一次性投資成本，減少了占地面積。為保障砂床移動(dòng)的平穩(wěn)、均勻，連續(xù)流砂過濾器外形為圓錐形設(shè)計(jì)，由進(jìn)水管、濾液排放堰板、洗砂水排放管、布水器等組成。進(jìn)水通過進(jìn)水管和布水器被分配，水自下而上通過向下運(yùn)動(dòng)的砂床，濾后水經(jīng)過排水堰通過位于過濾器頂端的排水口排放至冷卻塔池內(nèi)。在過濾的同時(shí)，砂床截留的雜質(zhì)被空氣提升泵輸送到濾罐頂部的洗砂器，通過機(jī)械摩擦作用和紊流作用使污染物從濾砂表面分離出來，含有懸浮物的反洗水通過反洗水排放口排放，凈砂利用自重自上而下自由散落至砂床表面，并繼續(xù)過濾的過程。

圖1 流砂過濾器結(jié)構(gòu)圖

3 流砂過濾器運(yùn)行總結(jié)及問題探討

3.1 減少反洗水量，降低排污量，節(jié)水效果明顯

第一循環(huán)水系統(tǒng)重力式無閥濾池反洗時(shí)，反洗耗水量較大，每次反洗7～10 min，每次反洗水量150～200 m3，反洗不但將同一組兩罐中的澄清水同時(shí)排走，旁濾進(jìn)水也全部隨反洗水排走，短時(shí)間內(nèi)對(duì)吸水池液位影響較大，不利于循環(huán)水系統(tǒng)的平穩(wěn)操作。

連續(xù)流砂過濾器在運(yùn)行中有兩種模式可選，一種為正常模式，即砂子連續(xù)流動(dòng)，反洗一直不停，經(jīng)過對(duì)反洗排水量現(xiàn)場精確測(cè)算，四組罐1 h反洗水量約6 m3，全天反洗水量約144 m3。傳統(tǒng)重力式無閥濾池平均按每天每組罐反洗一次計(jì)算，全天最少需排掉反洗水300 m3，僅這種操作模式兩種濾池對(duì)比每天就可減少消耗150～250 m3的水量;另一種操作模式為節(jié)水模式，在節(jié)水模式下運(yùn)行時(shí)，砂床隔1 h流動(dòng)一次，砂床不動(dòng)時(shí)，反洗水停止，過濾出水正常，不影響正常的出水效果，可根據(jù)裝置運(yùn)行需要進(jìn)行兩種模式之間的相互切換，此種節(jié)水模式的反洗水量僅為正常模式下的二分之一。綜合分析，連續(xù)流砂過濾器反洗耗水量為0.8% ～1.5%，反洗部分的水量消耗大大減少，有效降低了排污量，節(jié)水效果明顯。

3.2 自動(dòng)化程度高，維護(hù)簡單

流砂過濾器屬連續(xù)工作的過濾器，過濾器不因反沖洗而停機(jī)。運(yùn)行過程中，現(xiàn)場只需提供一定壓力要求的工業(yè)風(fēng)作為空氣提升泵的動(dòng)力氣源、加上現(xiàn)場電氣柜上兩種操作模式按鈕切換，基本無其他可調(diào)操作。設(shè)備投運(yùn)后，整個(gè)過程自動(dòng)完成，不需人工強(qiáng)制反洗、無需調(diào)整反洗時(shí)的液位變化、同時(shí)能夠連續(xù)出水，大大降低了人工操作強(qiáng)度，同時(shí)也避免了給循環(huán)水系統(tǒng)液位和水質(zhì)帶來的較大波動(dòng)。流砂過濾器采用單級(jí)濾料、無需級(jí)配，因而克服了普通砂過濾器水力分布不均和初濾的問題;整個(gè)設(shè)備沒有復(fù)雜的配套設(shè)備及耗材，所有部件經(jīng)久耐用，控制容易、維護(hù)簡單，運(yùn)行至今未出現(xiàn)多余運(yùn)行維護(hù)成本。

3.3 存在問題分析及解決探討

負(fù)責(zé)MTO裝置、新舊聚丙烯兩套裝置及水氣車間空壓機(jī)一套的第二循環(huán)水裝置于2011年6月17日開始正式投運(yùn)，流砂過濾器也正式投入操作。在最初的對(duì)原始管道的兩次水力沖洗階段，針對(duì)現(xiàn)場管線中泥沙、鐵銹等渾濁度較高的臟水，濁度最高達(dá)到31.86 mg/L，但連續(xù)流砂過濾器高效的懸浮物去除率保證了水質(zhì)濁度短時(shí)間內(nèi)即降到了較好的水平，不但減少了不必要的水量消耗，同時(shí)提前為系統(tǒng)清洗預(yù)膜的水質(zhì)要求打下了良好保障。

2011年9月份后，循環(huán)水系統(tǒng)濁度開始呈緩慢上升趨勢(shì)，在2011年11月循環(huán)水月最高濁度達(dá)21.84 mg/L，月平均濁度達(dá)到 15.85 mg/L，抽樣監(jiān)測(cè)流砂過濾器進(jìn)出水濁度，進(jìn)出水濁度變化不大，反洗水濁度不能達(dá)到預(yù)期效果，濾池效果不夠理想間接影響了循環(huán)水質(zhì)的良好達(dá)標(biāo)。

針對(duì)連續(xù)流砂濾池出現(xiàn)的這種情況，車間有針對(duì)性細(xì)致排查，一項(xiàng)項(xiàng)排除濁度超高和濾池過濾效果差的因素，確保將影響因素找準(zhǔn)，并有針對(duì)性的解決。

3.3.1 化學(xué)分析操作

中心化驗(yàn)室內(nèi)濁度測(cè)定方法采用分光光度計(jì)法，不過濾水樣，在波長420 nm處、用3 cm比色皿測(cè)其吸光度，此項(xiàng)操作方法將不排除色度對(duì)濁度監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。針對(duì)這種情況，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行了正常監(jiān)測(cè)和定量快速濾紙過濾后監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示如表1所示。

表1 第二循環(huán)水回水濁度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從表中數(shù)據(jù)可以判斷，經(jīng)定量快速濾紙過濾后的數(shù)值基本上屬于色度對(duì)濁度的影響因素，但同時(shí)過濾前后兩者相差的8.65 mg/L的濁度差應(yīng)該是循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際存在的懸浮成分，是需要流砂過濾器去除的部分。

3.3.2 連續(xù)流砂過濾器操作

濾池的過濾包含四重作用，分別為機(jī)械阻留作用、表面吸附作用、薄膜過濾作用、接觸混凝作用。連續(xù)流砂過濾器內(nèi)裝填的砂子是粒徑為1.2～2.0 mm的海砂，砂床流動(dòng)和靜止相比較，靜止過程中砂子相對(duì)停止，過濾表面截留層不斷質(zhì)密，過濾效果較流動(dòng)狀態(tài)好。針對(duì)這種原理，將四組罐中的兩組罐空氣提升泵操作停止，停止砂子流動(dòng)，另兩組按原運(yùn)行模式運(yùn)行，以此對(duì)比兩種模式效果。經(jīng)過一個(gè)星期的對(duì)比，在流砂過濾器頂部出水堰處，肉眼即可明顯識(shí)別出水水質(zhì)變化區(qū)別:砂層停止的兩罐水質(zhì)清澈見底，能清晰看到凈砂自由下落狀態(tài)，初步判斷濁度在3 mg/L以內(nèi)，另兩組流動(dòng)砂床罐水質(zhì)偏混，目測(cè)深度約0.5 m，很難看清砂子自由下落。

因?yàn)榱魃斑^濾器采用的是抽取部分濾后水進(jìn)行臟砂的洗砂操作，上述操作雖有比較明顯的對(duì)比效果，但一旦將靜止砂床投運(yùn)，砂層底部積聚的較多較臟的黏泥、泥塵等新的雜質(zhì)，濾層無法一下從反洗管線中排走，只能再次進(jìn)入過濾后的清水中，瞬間污染清凈過濾水。因此，此項(xiàng)操作只作為排查濾池過濾效果影響因素的一種手段，無法從根本上解決濾池過濾效果差問題。

3.3.3 循環(huán)水系統(tǒng)藥劑成分分析

為保證良好的水質(zhì)處理效果，第二循環(huán)水系統(tǒng)正常投加水質(zhì)穩(wěn)定劑分為三種，分別為緩蝕劑、緩蝕阻垢劑及分散劑。其中分散劑是保障循環(huán)水系統(tǒng)免于結(jié)垢傾向的重要調(diào)整成分。正常運(yùn)行中，分散劑可緩釋剝離掉設(shè)備表面的沉積層及產(chǎn)生的污泥，并將其分散成更為細(xì)小的微顆粒，呈平均分散狀態(tài)懸浮于整個(gè)水系統(tǒng)中。為了判斷分散劑可能對(duì)流砂過濾器過濾效果的影響，有計(jì)劃地將分散劑濃度進(jìn)行了允許范圍內(nèi)的相對(duì)調(diào)整，跟蹤記錄，分散劑用量偏高時(shí)，過濾效果明顯降低，分散劑用量偏低時(shí)，過濾效果略有提升。

從流砂過濾器運(yùn)行操作相關(guān)經(jīng)驗(yàn)查詢和以上三方面的因素綜合分析，正常情況下，粒徑級(jí)配Φ1.2～Φ2.0的海砂應(yīng)該可以滿足正常生產(chǎn)要求。而我廠連續(xù)流砂過濾器過濾效果變差的原因與藥劑分散劑的使用存在必然的聯(lián)系。分散劑將水中的懸浮物顆粒直徑分散成為更為細(xì)小的微顆粒，導(dǎo)致了現(xiàn)有過濾器的砂粒過濾精度無法滿足水質(zhì)處理要求。

針對(duì)找到的問題癥結(jié)，分批對(duì)現(xiàn)場流砂過濾器四組過濾罐進(jìn)行了級(jí)配精度為Φ0.8～Φ1.2高一級(jí)的海砂裝填，同時(shí)對(duì)裝填后各罐的出水效果跟蹤監(jiān)測(cè)。經(jīng)過監(jiān)測(cè)，過濾效果得到根本性改善，解決方案在實(shí)踐中取得了較好的效果。

表2 連續(xù)流砂過濾器各罐裝填記錄

表3 連續(xù)流砂過濾器各罐裝填后濁度數(shù)據(jù)跟蹤

4 結(jié)論

充分利用連續(xù)流砂過濾器占地面積小、自動(dòng)化程度高、全自動(dòng)過濾、全自動(dòng)反沖洗、反洗耗水少等優(yōu)勢(shì)，在優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能降耗的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。通過對(duì)流砂過濾器運(yùn)行中出現(xiàn)的問題分析探討，及時(shí)把準(zhǔn)影響過濾效果的根本因素并針對(duì)性的制定解決方案。應(yīng)用實(shí)踐證明，現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)全月濁度平均保持在10 mg/L以內(nèi)，最低僅為3.75 mg/L，良好的解決方案使連續(xù)流砂濾池的優(yōu)勢(shì)得于更加充分的發(fā)揮，在循環(huán)水系統(tǒng)得到了成功應(yīng)用。