離心脫水機振動超標的原因分析及對策探究

胡開強，楊峰

（獨山子石化公司乙烯廠，新疆 克拉瑪依 833699）

臥螺離心式脫水機（簡稱離心機）已廣泛被用于污泥脫水處理。該污泥離心機，目前負責處理所在石化公司的所有污水處理過程中產(chǎn)生的油泥、浮渣、剩余活性污泥。離心機的運行負荷及運行狀況關系到整個石化公司后處理的正常運行，進而影響石化公司污水總排合格率。因此，確保離心機的長周期平穩(wěn)運行，已成為所在車間的工作重點之一。

1 離心機結構及工作原理

凈化水聯(lián)合車間油泥脫水單元采用的是德國基埃韋斯伐利亞離心機，其結構如圖1所示。

圖1 離心機結構示意圖

臥螺離心機是一種螺旋卸料沉降離心機。主要由高轉速的轉鼓、與轉鼓轉向相且轉速比轉鼓略低的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當要分離的懸浮液由空心轉軸送入轉筒后，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉鼓腔內。高速旋轉的轉鼓產(chǎn)生強大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉鼓內壁上，形成固體層(因為環(huán)狀，稱為固環(huán)層)；水分由于密度較小，離心力小，因此，只能在固環(huán)層內側形成液體層，稱為液環(huán)層。

由于螺旋和轉鼓的轉速不同，二者存在有相對運動（即轉速差），利用螺旋和轉鼓的相對運動把固環(huán)層的污泥緩慢地推動到轉鼓的錐端，并經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉鼓圓周分布的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則靠重力由堰口連續(xù)“溢流”排至轉鼓外，形成分離液（濾后液）。

2 工藝簡介

凈化水聯(lián)合車間污水處理場各工段產(chǎn)生的污泥及，先經(jīng)污泥泵排放至濃縮池進行重力濃縮，濃縮后的污泥經(jīng)切割機絞碎后，再經(jīng)進泥泵提升至離心機，在離心機入口前，混合絮凝劑聚丙烯酰胺（簡稱PAM）溶液，經(jīng)離心機分離后得到含水率為85%以上的干泥餅和濾后液，干泥餅進入焚燒爐進行焚燒處理，濾后液排至污水場重新處理。其工藝流程如圖2所示。

圖2 污泥脫水工藝流程

3 存在問題及分析

該臺離心機原來只負責處理新區(qū)煉油和新區(qū)乙烯各裝置生產(chǎn)過程中排放的污水處理過程中產(chǎn)生的油泥，由于現(xiàn)場工藝條件所限需要間歇運行，自2016年每次計劃停機后再次開機經(jīng)常振動異常上升或者直接超標，導致離心機無法長周期運行或者根本無法再次啟動，使得2#工業(yè)水場污水處理后的污泥的正常排出受限，進而嚴重影響2#工業(yè)水場的平穩(wěn)運行。特別是2017年國家對污水外排指標提高后，公司通過技術改造增加了老區(qū)煉油、第二電廠和老區(qū)乙烯部分外排污水進入凈化水水場處理，這就使得凈化水場的污水處理量不斷增加，產(chǎn)生的含油污泥量也逐漸增多，油泥離心機也由間歇性運行改為連續(xù)運行，而且處理負荷不斷加大。此時，發(fā)現(xiàn)了兩個嚴重的問題：一是運行過程中當逐漸提升離心機負荷時離心機機體振動也隨之逐漸增大，振動最大值為20.0mm/s，且離心機處理負荷只能提至6m3/h，就因為離心機振動超標聯(lián)鎖跳車無法運行，遠遠達不到設計處理能力15m3/h，二是在離心機扭矩過大，平均在32%，進一步制約了離心機的處理能力；由于車間產(chǎn)生的污泥含水率在98%～99%，污泥量約為400m3/d,經(jīng)濃縮后含水率降低為97%～98%，相應的污泥量減少為約200m3/d，很明顯，離心機無法長周期、高負荷運行就不能完全確保車間污水處理場的正常運行。

為了使離心脫水機達到或者接近設計處理能力的同時能夠長周期平穩(wěn)運行，2017年6月12日乙烯鉗工車間對離心機進行解體檢查，如圖3、圖4所示，

圖3

圖4

發(fā)現(xiàn)下述情況：（1）圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時黏附物在轉鼓表面不均勻分布。黏附物為黑色油性松軟固體，帶黏性，中間夾帶有白色膠狀物。對上述沉積物進行分析，認為黑色沉積物是油泥脫水后長時間沉積在螺旋槽內形成的，其中的白色膠狀物就是PAM膠體。（2）螺旋葉片和轉鼓存在較嚴重的不規(guī)則磨損。

結合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機的結構進行分析：

（1）從離心機的結構來看，圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時黏附物在轉鼓表面不均勻分布，使得螺旋槽被堵和螺旋葉片磨損，使槽深變淺離心機內有效容積變小同時破壞離心機的動平衡，離心機在高速旋轉時（最高 4500r/min），這種不平衡力被放大后導致離心機振動上升或超標。螺旋葉片的不規(guī)則磨損，使螺旋與轉鼓的間隙變大，螺旋的固體傳送能力也隨之下降，分離效果也逐漸減低，上述兩種變化共同作用的結果就是離心機處理能力低同時離心機振動超標；在此情況下，提高進料泵變頻，處理負荷不會有明顯的提升，反而因為進料壓力增大，導致離心機螺旋內黏附物在壓力作用下變實硬化，進一步破壞離心機的動平衡。

（2）從離心機的重量來看，螺旋槽內的黏附物和黏附物在轉鼓表面不均勻分布極大的增加了轉子的自重，造成低負荷情況下，扭矩過大，甚至是過載聯(lián)鎖保護停車；黏附物在螺旋槽內的分布不均和螺旋葉片的磨損又導致離心機振動幅度增加。

（3）離心機就是利用螺旋將沉降在轉鼓內表面上的固體輸送到小端排出口，螺旋葉片的外緣與轉鼓內表面之間發(fā)生相對運行，從而導致螺旋葉片一定程度的磨損，這是無法避免的。

通過上述分析，我們認為螺旋槽內的黏附物及黏附物在轉鼓表面不均勻分布是造成這兩個問題的根本原因，所以解決問題的關鍵就轉為如何控制和消除螺旋槽內的黏附物及黏附物在轉鼓表面不均勻分布。

4 原因分析

結合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機的結構進行分析，認為造成該問題的主要原因有以下幾點：

（1）該離心機處理的污泥，由預處理系統(tǒng)產(chǎn)生的油泥、浮渣等收集排放后形成稱為含油污泥，它是由固體污染物、油、水組成。為黑臭黏稠的漿液，主要成分是油、有機物，其粒子質輕，常溫下呈固體或半固體而易變形，一般由水包油、油包水以及懸浮固體組成的穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系，是導致其脫水困難的根本原因，也是脫水難度最大的。由于含油污泥的物化性質，造成離心脫水性能差，并且易于黏附在螺旋槽內較難去除，從而導致泥進去后就出不來，逐漸在螺旋槽內黏附同在轉鼓表面不均勻分布，形成上述沉積物。車間為保證含油污泥的可脫水性，采用的在含油污泥濃縮池進料中增加剩余活性污泥，使得油泥、浮渣及生化系統(tǒng)排出的剩余活性污泥，這“三泥”一起進入含油污泥濃縮池進行濃縮處理，再進行離心脫水處理；由于剩余活性污泥里面含有部分活的微生物，其會對油泥中的油和有機物起一定的降解作用，降低油泥的黏度，從而使污泥物化性質有所改變，脫水性能得到一定改善。根據(jù)車間的實際產(chǎn)泥情況，含油污泥與剩余污泥的體積比，控制在3:1到5:1。

（2）由于離心機是利用固液兩相的密度差來實現(xiàn)固液分離的，因此，污泥顆粒比重越大越易于分離。為進一步改善污泥脫水性能，進行離心脫水前需投加絮凝劑，使固相凝聚，污泥固相和液相分離后更易于脫水。車間是在離心機入口前投加濃度為3‰的絮凝劑PAM溶液，采取自動配藥系統(tǒng)，投加前絮凝劑PAM已在藥罐充分熟化，無塊狀未溶物。但在實際運行中，PAM投加量平均在250～600L/h，泥餅干度和上清液質量控制均較好，滿足處理要求。但由于PAM溶液濃度較大，當PAM需要量較小時，只能降低加藥泵的供給量，這樣勢必造成因投加流量過低，與進泥混合不均，導致PAM和污泥混合不均局部PAM過量。過量的PAM因不發(fā)生絮凝而“失效”，聚集形成塊狀物，被黏附物包裹并一起黏附在螺旋槽內，表現(xiàn)為白色膠狀物。

（3）因生產(chǎn)的需要，離心機自2018年10月開機以來，直至2020年10檢修未做任何清理，其間只按照廠家說明進行常規(guī)的的自動沖洗，由于水的去污能力不強，加之轉鼓內壁及螺旋槽內的黏附物為疏水的油性污垢和沉積物，沖洗的強度不夠，效果不明顯，導致螺旋槽內的沉積物越積越多，厚度越來越厚。

5 預防措施

針對以上分析制訂了以下五點預防措施。

（1）增加進入油泥濃縮池的活性污泥，分析含油污泥理化物性及時調整含油污泥和活性污泥進入油泥濃縮池的比例，根據(jù)車間的生產(chǎn)情況，合理安排生化污泥的排放量；污泥濃縮時間由2h延長為4h，使不同種類的污泥之間充分混合，更好的壓縮沉降，增加污泥比重。

（2）在污泥濃縮池中投加聚合氯化鋁鐵，在并充分鼓風混合反應，破壞污泥的膠體結構，減少其與水的親合力，對污泥進行預調理，使其膠體顆粒進一步增大，提高污泥顆粒的比重。

（3）絮凝劑PAM投加濃度由3‰降低為1‰～2‰，在保證PAM投加量的前提下，加大了藥泵的供給流量，避免或減少了其與污泥混合不均而發(fā)生局部過量的情況，同樣多的流量所含的PAM有所減少，所以減少了PAM形成的白色膠狀物。

（4）增加停車沖洗時長及沖洗強度：每次停機沖洗時在執(zhí)行PLC程序的自動停機沖洗程序后后，對含油離心機進行全速（4500rpm左右）沖洗1小時，再按照全速（4500rpm左右）沖洗5分鐘，中速（2500rpm左右）沖洗五分中，低速（1000～800rpm）沖洗五分鐘的程序執(zhí)行。

（5）每次停機后對轉鼓和螺旋進行一次CIP清洗（亦可根據(jù)實際生產(chǎn)情況，靈活安排），CIP清洗液即配制1%～1.5%的氫氧化鈉溶液，確保pH在12～13。浸泡24h，并每間隔2h，將轉鼓和螺旋分別旋轉180°，使轉鼓和螺旋充分浸泡，最后用水沖洗直至澄清。

6 總論

檢修后試運行，各主要參數(shù)如表1。

表1 離心機主要運行參數(shù)

由圖5和表1可見，離心機處理在接近設計負荷15m3/h的大負荷處理污泥的情況下，扭矩、振動都明顯下降，在設備長期運行的允許范圍內，振動值遠遠低于該離心機的振動報警值12mm/s。2020年10月～2021年1月，離心機的運行振動值主要保持在3～6mm/s。

圖5 離心機2020年10月～2021年1月振動趨勢圖

2021年1月，離心機停機經(jīng)過沖洗后對離心機解體檢查，情況如圖6所示。

圖6

圖6 與圖3、圖4進行比較，很明顯，前圖所示螺旋槽內沉積較少，說明以上措施對黏附物有一定的預防和清除作用，保證了螺旋和轉鼓組成的轉子部分保持有效的動平衡，為離心機平穩(wěn)高負荷運行創(chuàng)造了條件。