连续流砂过滤器在循环水系统的应用

(中国石化中原石油化工有限责任公司，河南濮阳 457000)

旁滤系统是循环水处理至关重要的部分。旁滤，是将循环水中4% ～8%比例的水通过滤层后，将水中的细小颗粒杂质截留下来，使水得到进一步的澄清和净化，从而保证整个循环水系统的浊度始终处于一个较低的水平。同时过滤还可以使水中的有机物质、细菌、病毒等随着浑浊度的降低而被大量去除，水中细菌失去浑浊物的保护和依存而呈现裸露形态，也为系统良好的杀菌效果创造了有利条件。中原石油化工有限责任公司60万t/a甲醇制烯烃项目(MTO装置)2009年获得批复，2010年开始基础建设，2011年正式投产，作为配套公用工程项目，公司新上第二套循环水装置。在旁滤系统的选择上，通过对第一循环水装置旁滤系统的对比和论证，决定采用瑞典Dynasand连续流砂过滤器，它简单、可靠，占地面积小、反洗水量低，有效降低了生产运行成本，取得了良好的经济效益。

1 原旁滤系统存在的问题

公司第一循环水系统循环水量22 000 m3/h，旁滤量为800 m3/h左右，旁滤采用重力式无阀过滤池，该过滤池由三层滤料组成，底层承托层为鹅卵石，分四级级配，分别由Φ2～Φ25粒径的各规格卵石组成，中间滤料层为粒径为Φ0.5～Φ1.0的石英砂，上层滤料层为粒径为Φ1.2～Φ1.6的无烟煤，设备两个一组，共两组。经过长期的运行观察，第一循环水旁滤系统存在以下问题:①设备在反洗过程中，反洗时间长、水量大，排掉的大量循环水在造成水量浪费的同时，影响了系统浓缩倍数的提升。②设备在运行过程中，经常会出现两种不利情况:进水量偏小时，反洗无法及时形成，反冲洗管道不断有水流出而造成水量浪费;进水量偏大时，反洗一旦形成，虹吸很难破坏，造成反洗时间过度延长，反洗水量浪费较大，严重时必须通过强制切死进水阀门来控制反洗停止，增加了操作繁琐程度。③设备滤料级配严格，一旦出现混床，检修更换比较麻烦。

2 连续流砂过滤器工艺简介

第二循环水装置设计循环水量13 500 m3/h，旁滤量为400 m3/h，现场流砂过滤器共四组，单组处理水量100 m3/h。水从吸水池经立式轴流式循环水泵加压后由循环水供水线送出，外供水一部分经流砂过滤器过滤返回至凉水塔池形成小循环，其他部分送至后装置换热升温后从循环水回水线回至凉水塔，水经上塔管线经进水分配管和喷嘴分配后进入塔内，经过淋水填料并与塔顶风机抽吸从塔两侧进入塔内的冷空气进行热交换，回水被冷却后再返回至吸水池，如此循环反复。旁滤采用供水过滤，一方面可以保证良好的进水水质，另一方面还可以充分利用泵的能力为流砂过滤器提供必须的压力水。

连续流砂过滤器不同于一般的传统过滤器，它可以集混凝、澄清、过滤为一体，无需单设混凝、澄清池，从而大大降低了一次性投资成本，减少了占地面积。为保障砂床移动的平稳、均匀，连续流砂过滤器外形为圆锥形设计，由进水管、滤液排放堰板、洗砂水排放管、布水器等组成。进水通过进水管和布水器被分配，水自下而上通过向下运动的砂床，滤后水经过排水堰通过位于过滤器顶端的排水口排放至冷却塔池内。在过滤的同时，砂床截留的杂质被空气提升泵输送到滤罐顶部的洗砂器，通过机械摩擦作用和紊流作用使污染物从滤砂表面分离出来，含有悬浮物的反洗水通过反洗水排放口排放，净砂利用自重自上而下自由散落至砂床表面，并继续过滤的过程。

图1 流砂过滤器结构图

3 流砂过滤器运行总结及问题探讨

3.1 减少反洗水量，降低排污量，节水效果明显

第一循环水系统重力式无阀滤池反洗时，反洗耗水量较大，每次反洗7～10 min，每次反洗水量150～200 m3，反洗不但将同一组两罐中的澄清水同时排走，旁滤进水也全部随反洗水排走，短时间内对吸水池液位影响较大，不利于循环水系统的平稳操作。

连续流砂过滤器在运行中有两种模式可选，一种为正常模式，即砂子连续流动，反洗一直不停，经过对反洗排水量现场精确测算，四组罐1 h反洗水量约6 m3，全天反洗水量约144 m3。传统重力式无阀滤池平均按每天每组罐反洗一次计算，全天最少需排掉反洗水300 m3，仅这种操作模式两种滤池对比每天就可减少消耗150～250 m3的水量;另一种操作模式为节水模式，在节水模式下运行时，砂床隔1 h流动一次，砂床不动时，反洗水停止，过滤出水正常，不影响正常的出水效果，可根据装置运行需要进行两种模式之间的相互切换，此种节水模式的反洗水量仅为正常模式下的二分之一。综合分析，连续流砂过滤器反洗耗水量为0.8% ～1.5%，反洗部分的水量消耗大大减少，有效降低了排污量，节水效果明显。

3.2 自动化程度高，维护简单

流砂过滤器属连续工作的过滤器，过滤器不因反冲洗而停机。运行过程中，现场只需提供一定压力要求的工业风作为空气提升泵的动力气源、加上现场电气柜上两种操作模式按钮切换，基本无其他可调操作。设备投运后，整个过程自动完成，不需人工强制反洗、无需调整反洗时的液位变化、同时能够连续出水，大大降低了人工操作强度，同时也避免了给循环水系统液位和水质带来的较大波动。流砂过滤器采用单级滤料、无需级配，因而克服了普通砂过滤器水力分布不均和初滤的问题;整个设备没有复杂的配套设备及耗材，所有部件经久耐用，控制容易、维护简单，运行至今未出现多余运行维护成本。

3.3 存在问题分析及解决探讨

负责MTO装置、新旧聚丙烯两套装置及水气车间空压机一套的第二循环水装置于2011年6月17日开始正式投运，流砂过滤器也正式投入操作。在最初的对原始管道的两次水力冲洗阶段，针对现场管线中泥沙、铁锈等浑浊度较高的脏水，浊度最高达到31.86 mg/L，但连续流砂过滤器高效的悬浮物去除率保证了水质浊度短时间内即降到了较好的水平，不但减少了不必要的水量消耗，同时提前为系统清洗预膜的水质要求打下了良好保障。

2011年9月份后，循环水系统浊度开始呈缓慢上升趋势，在2011年11月循环水月最高浊度达21.84 mg/L，月平均浊度达到 15.85 mg/L，抽样监测流砂过滤器进出水浊度，进出水浊度变化不大，反洗水浊度不能达到预期效果，滤池效果不够理想间接影响了循环水质的良好达标。

针对连续流砂滤池出现的这种情况，车间有针对性细致排查，一项项排除浊度超高和滤池过滤效果差的因素，确保将影响因素找准，并有针对性的解决。

3.3.1 化学分析操作

中心化验室内浊度测定方法采用分光光度计法，不过滤水样，在波长420 nm处、用3 cm比色皿测其吸光度，此项操作方法将不排除色度对浊度监测结果的影响。针对这种情况，对循环水进行了正常监测和定量快速滤纸过滤后监测，结果显示如表1所示。

表1 第二循环水回水浊度监测数据

从表中数据可以判断，经定量快速滤纸过滤后的数值基本上属于色度对浊度的影响因素，但同时过滤前后两者相差的8.65 mg/L的浊度差应该是循环水系统实际存在的悬浮成分，是需要流砂过滤器去除的部分。

3.3.2 连续流砂过滤器操作

滤池的过滤包含四重作用，分别为机械阻留作用、表面吸附作用、薄膜过滤作用、接触混凝作用。连续流砂过滤器内装填的砂子是粒径为1.2～2.0 mm的海砂，砂床流动和静止相比较，静止过程中砂子相对停止，过滤表面截留层不断质密，过滤效果较流动状态好。针对这种原理，将四组罐中的两组罐空气提升泵操作停止，停止砂子流动，另两组按原运行模式运行，以此对比两种模式效果。经过一个星期的对比，在流砂过滤器顶部出水堰处，肉眼即可明显识别出水水质变化区别:砂层停止的两罐水质清澈见底，能清晰看到净砂自由下落状态，初步判断浊度在3 mg/L以内，另两组流动砂床罐水质偏混，目测深度约0.5 m，很难看清砂子自由下落。

因为流砂过滤器采用的是抽取部分滤后水进行脏砂的洗砂操作，上述操作虽有比较明显的对比效果，但一旦将静止砂床投运，砂层底部积聚的较多较脏的黏泥、泥尘等新的杂质，滤层无法一下从反洗管线中排走，只能再次进入过滤后的清水中，瞬间污染清净过滤水。因此，此项操作只作为排查滤池过滤效果影响因素的一种手段，无法从根本上解决滤池过滤效果差问题。

3.3.3 循环水系统药剂成分分析

为保证良好的水质处理效果，第二循环水系统正常投加水质稳定剂分为三种，分别为缓蚀剂、缓蚀阻垢剂及分散剂。其中分散剂是保障循环水系统免于结垢倾向的重要调整成分。正常运行中，分散剂可缓释剥离掉设备表面的沉积层及产生的污泥，并将其分散成更为细小的微颗粒，呈平均分散状态悬浮于整个水系统中。为了判断分散剂可能对流砂过滤器过滤效果的影响，有计划地将分散剂浓度进行了允许范围内的相对调整，跟踪记录，分散剂用量偏高时，过滤效果明显降低，分散剂用量偏低时，过滤效果略有提升。

从流砂过滤器运行操作相关经验查询和以上三方面的因素综合分析，正常情况下，粒径级配Φ1.2～Φ2.0的海砂应该可以满足正常生产要求。而我厂连续流砂过滤器过滤效果变差的原因与药剂分散剂的使用存在必然的联系。分散剂将水中的悬浮物颗粒直径分散成为更为细小的微颗粒，导致了现有过滤器的砂粒过滤精度无法满足水质处理要求。

针对找到的问题症结，分批对现场流砂过滤器四组过滤罐进行了级配精度为Φ0.8～Φ1.2高一级的海砂装填，同时对装填后各罐的出水效果跟踪监测。经过监测，过滤效果得到根本性改善，解决方案在实践中取得了较好的效果。

表2 连续流砂过滤器各罐装填记录

表3 连续流砂过滤器各罐装填后浊度数据跟踪

4 结论

充分利用连续流砂过滤器占地面积小、自动化程度高、全自动过滤、全自动反冲洗、反洗耗水少等优势，在优化运行、节能降耗的同时，实现了循环水系统的平稳运行。通过对流砂过滤器运行中出现的问题分析探讨，及时把准影响过滤效果的根本因素并针对性的制定解决方案。应用实践证明，现循环水系统全月浊度平均保持在10 mg/L以内，最低仅为3.75 mg/L，良好的解决方案使连续流砂滤池的优势得于更加充分的发挥，在循环水系统得到了成功应用。