連續流砂過濾器在循環水系統的應用

(中國石化中原石油化工有限責任公司，河南濮陽 457000)

旁濾系統是循環水處理至關重要的部分。旁濾，是將循環水中4% ～8%比例的水通過濾層后，將水中的細小顆粒雜質截留下來，使水得到進一步的澄清和凈化，從而保證整個循環水系統的濁度始終處于一個較低的水平。同時過濾還可以使水中的有機物質、細菌、病毒等隨著渾濁度的降低而被大量去除，水中細菌失去渾濁物的保護和依存而呈現裸露形態，也為系統良好的殺菌效果創造了有利條件。中原石油化工有限責任公司60萬t/a甲醇制烯烴項目(MTO裝置)2009年獲得批復，2010年開始基礎建設，2011年正式投產，作為配套公用工程項目，公司新上第二套循環水裝置。在旁濾系統的選擇上，通過對第一循環水裝置旁濾系統的對比和論證，決定采用瑞典Dynasand連續流砂過濾器，它簡單、可靠，占地面積小、反洗水量低，有效降低了生產運行成本，取得了良好的經濟效益。

1 原旁濾系統存在的問題

公司第一循環水系統循環水量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，分四級級配，分別由Φ2～Φ25粒徑的各規格卵石組成，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，設備兩個一組，共兩組。經過長期的運行觀察，第一循環水旁濾系統存在以下問題:①設備在反洗過程中，反洗時間長、水量大，排掉的大量循環水在造成水量浪費的同時，影響了系統濃縮倍數的提升。②設備在運行過程中，經常會出現兩種不利情況:進水量偏小時，反洗無法及時形成，反沖洗管道不斷有水流出而造成水量浪費;進水量偏大時，反洗一旦形成，虹吸很難破壞，造成反洗時間過度延長，反洗水量浪費較大，嚴重時必須通過強制切死進水閥門來控制反洗停止，增加了操作繁瑣程度。③設備濾料級配嚴格，一旦出現混床，檢修更換比較麻煩。

2 連續流砂過濾器工藝簡介

第二循環水裝置設計循環水量13 500 m3/h，旁濾量為400 m3/h，現場流砂過濾器共四組，單組處理水量100 m3/h。水從吸水池經立式軸流式循環水泵加壓后由循環水供水線送出，外供水一部分經流砂過濾器過濾返回至涼水塔池形成小循環，其他部分送至后裝置換熱升溫后從循環水回水線回至涼水塔，水經上塔管線經進水分配管和噴嘴分配后進入塔內，經過淋水填料并與塔頂風機抽吸從塔兩側進入塔內的冷空氣進行熱交換，回水被冷卻后再返回至吸水池，如此循環反復。旁濾采用供水過濾，一方面可以保證良好的進水水質，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。

連續流砂過濾器不同于一般的傳統過濾器，它可以集混凝、澄清、過濾為一體，無需單設混凝、澄清池，從而大大降低了一次性投資成本，減少了占地面積。為保障砂床移動的平穩、均勻，連續流砂過濾器外形為圓錐形設計，由進水管、濾液排放堰板、洗砂水排放管、布水器等組成。進水通過進水管和布水器被分配，水自下而上通過向下運動的砂床，濾后水經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。在過濾的同時，砂床截留的雜質被空氣提升泵輸送到濾罐頂部的洗砂器，通過機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，并繼續過濾的過程。

圖1 流砂過濾器結構圖

3 流砂過濾器運行總結及問題探討

3.1 減少反洗水量，降低排污量，節水效果明顯

第一循環水系統重力式無閥濾池反洗時，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排走，旁濾進水也全部隨反洗水排走，短時間內對吸水池液位影響較大，不利于循環水系統的平穩操作。

連續流砂過濾器在運行中有兩種模式可選，一種為正常模式，即砂子連續流動，反洗一直不停，經過對反洗排水量現場精確測算，四組罐1 h反洗水量約6 m3，全天反洗水量約144 m3。傳統重力式無閥濾池平均按每天每組罐反洗一次計算，全天最少需排掉反洗水300 m3，僅這種操作模式兩種濾池對比每天就可減少消耗150～250 m3的水量;另一種操作模式為節水模式，在節水模式下運行時，砂床隔1 h流動一次，砂床不動時，反洗水停止，過濾出水正常，不影響正常的出水效果，可根據裝置運行需要進行兩種模式之間的相互切換，此種節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，節水效果明顯。

3.2 自動化程度高，維護簡單

流砂過濾器屬連續工作的過濾器，過濾器不因反沖洗而停機。運行過程中，現場只需提供一定壓力要求的工業風作為空氣提升泵的動力氣源、加上現場電氣柜上兩種操作模式按鈕切換，基本無其他可調操作。設備投運后，整個過程自動完成，不需人工強制反洗、無需調整反洗時的液位變化、同時能夠連續出水，大大降低了人工操作強度，同時也避免了給循環水系統液位和水質帶來的較大波動。流砂過濾器采用單級濾料、無需級配，因而克服了普通砂過濾器水力分布不均和初濾的問題;整個設備沒有復雜的配套設備及耗材，所有部件經久耐用，控制容易、維護簡單，運行至今未出現多余運行維護成本。

3.3 存在問題分析及解決探討

負責MTO裝置、新舊聚丙烯兩套裝置及水氣車間空壓機一套的第二循環水裝置于2011年6月17日開始正式投運，流砂過濾器也正式投入操作。在最初的對原始管道的兩次水力沖洗階段，針對現場管線中泥沙、鐵銹等渾濁度較高的臟水，濁度最高達到31.86 mg/L，但連續流砂過濾器高效的懸浮物去除率保證了水質濁度短時間內即降到了較好的水平，不但減少了不必要的水量消耗，同時提前為系統清洗預膜的水質要求打下了良好保障。

2011年9月份后，循環水系統濁度開始呈緩慢上升趨勢，在2011年11月循環水月最高濁度達21.84 mg/L，月平均濁度達到 15.85 mg/L，抽樣監測流砂過濾器進出水濁度，進出水濁度變化不大，反洗水濁度不能達到預期效果，濾池效果不夠理想間接影響了循環水質的良好達標。

針對連續流砂濾池出現的這種情況，車間有針對性細致排查，一項項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，并有針對性的解決。

3.3.1 化學分析操作

中心化驗室內濁度測定方法采用分光光度計法，不過濾水樣，在波長420 nm處、用3 cm比色皿測其吸光度，此項操作方法將不排除色度對濁度監測結果的影響。針對這種情況，對循環水進行了正常監測和定量快速濾紙過濾后監測，結果顯示如表1所示。

表1 第二循環水回水濁度監測數據

從表中數據可以判斷，經定量快速濾紙過濾后的數值基本上屬于色度對濁度的影響因素，但同時過濾前后兩者相差的8.65 mg/L的濁度差應該是循環水系統實際存在的懸浮成分，是需要流砂過濾器去除的部分。

3.3.2 連續流砂過濾器操作

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

因為流砂過濾器采用的是抽取部分濾后水進行臟砂的洗砂操作，上述操作雖有比較明顯的對比效果，但一旦將靜止砂床投運，砂層底部積聚的較多較臟的黏泥、泥塵等新的雜質，濾層無法一下從反洗管線中排走，只能再次進入過濾后的清水中，瞬間污染清凈過濾水。因此，此項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 循環水系統藥劑成分分析

為保證良好的水質處理效果，第二循環水系統正常投加水質穩定劑分為三種，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水系統免于結垢傾向的重要調整成分。正常運行中，分散劑可緩釋剝離掉設備表面的沉積層及產生的污泥，并將其分散成更為細小的微顆粒，呈平均分散狀態懸浮于整個水系統中。為了判斷分散劑可能對流砂過濾器過濾效果的影響，有計劃地將分散劑濃度進行了允許范圍內的相對調整，跟蹤記錄，分散劑用量偏高時，過濾效果明顯降低，分散劑用量偏低時，過濾效果略有提升。

從流砂過濾器運行操作相關經驗查詢和以上三方面的因素綜合分析，正常情況下，粒徑級配Φ1.2～Φ2.0的海砂應該可以滿足正常生產要求。而我廠連續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系。分散劑將水中的懸浮物顆粒直徑分散成為更為細小的微顆粒，導致了現有過濾器的砂粒過濾精度無法滿足水質處理要求。

針對找到的問題癥結，分批對現場流砂過濾器四組過濾罐進行了級配精度為Φ0.8～Φ1.2高一級的海砂裝填，同時對裝填后各罐的出水效果跟蹤監測。經過監測，過濾效果得到根本性改善，解決方案在實踐中取得了較好的效果。

表2 連續流砂過濾器各罐裝填記錄

表3 連續流砂過濾器各罐裝填后濁度數據跟蹤

4 結論

充分利用連續流砂過濾器占地面積小、自動化程度高、全自動過濾、全自動反沖洗、反洗耗水少等優勢，在優化運行、節能降耗的同時，實現了循環水系統的平穩運行。通過對流砂過濾器運行中出現的問題分析探討，及時把準影響過濾效果的根本因素并針對性的制定解決方案。應用實踐證明，現循環水系統全月濁度平均保持在10 mg/L以內，最低僅為3.75 mg/L，良好的解決方案使連續流砂濾池的優勢得于更加充分的發揮，在循環水系統得到了成功應用。