石英砂过滤器超压损坏原因分析及处理

乔永生，王喜林，李爱丽

(国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司，河南 开封 475002)

0 引言

国内某电厂2×630 MW超临界燃煤直流炉机组于2009年投产。锅炉最大连续蒸发量为1 950 t/h，凝汽器管材采用不锈钢管，其循环水补水处理系统采用石灰＋混凝剂澄清、加酸、杀菌、过滤处理方式，设计水源为城市中水，备用水源为黄河水，该系统共采用8个石英砂过滤器。2017年11月，该系统相继发生多台过滤器超压变形损坏事故，严重影响了机组的安全经济运行。

1 循环水补水处理系统简介

1.1 工艺流程

城市中水(或黄河水)进入机械加速澄清池，通过石灰乳+聚合硫酸铁凝聚沉降处理，出水溢流经曲径混合槽，再加酸调节pH值、加ClO2杀菌，至石英砂过滤器除去悬浮物等杂质，出水合格进入清水池，主要用于循环水补充水、过滤器反洗用水和系统自用水。凝聚、沉淀的杂质由泥浆输送泵送入浓缩池处理。

1.2 主要运行参数

循环水补水处理系统设计正常出力：2 900 m3/h；最大出力：3 200 m3/h。机械加速澄清池的出水pH值为9.5—10.5，浊度不大于10 NTU；加酸后，控制石英砂过滤器进水pH值为8.4—9.0，过滤器出水浊度小于5 NTU。

1.3 循环水补水处理系统设备主要参数

循环水补水处理系统设备主要参数见表1。

表1 循环水补水处理系统设备主要参数

2 故障现象

2017年11月，2，4，8号过滤器反洗时相继发生憋压损坏事故，城市中水被迫暂停使用，直接影响到机组的安全经济运行。检查设备运行操作方式均按照DCS设计自动程序，各运行步序正常。对3台过滤器进行全面解体检查，发现每个过滤器内部均不同程度存在石英砂表面淤泥较多、石英砂底部板结、水帽缝隙结垢堵塞、立柱开焊、水室隔板开焊、水帽脱落造成滤料漏至出水室等现象，如图1所示。

3 反洗原理

过滤器反冲洗时，反冲洗水由下而上通过滤料层，当反洗强度较低时，滤床处于静止状态。随着反冲洗强度增加，部分滤料互相摩擦，滤层逐渐膨胀。当反洗强度达到某定值时，大部分滤料独立运动而完全不由别的滤料支撑，并且水流对滤料层的动水压力近似等于滤料层中水的重量。滤层的膨化高度与滤料密度成反比，与反洗强度成正比。

图1 故障过滤器内部情况

4 原因分析

4.1 大分子有机物增多

2017年3—11月，该系统连续使用城市中水。受水质影响，机械加速澄清池的出水pH值及浊度出现短时超标现象。大分子有机物增多，造成石英砂滤料间的粘性力、毛细力和范德华力阻碍颗粒运动，促使颗粒成团力成为主导作用力，颗粒粘结成团，表面形成胶冻状饼层，导致反洗过程中难以破碎及膨胀。

4.2 石英砂堵塞

个别水帽损坏及隔板开焊，造成石英砂流失漏至出水室，反洗母管东侧支管内2/5管段堵满石英砂，导致反洗水布水不均，反洗流量减少、压力升高。

4.3 水帽缝隙结垢、堵塞

水帽缝隙出现结垢、堵塞，影响冲洗流量，导致反洗强度下降，增加石英砂滤料间粘性力，同步加速水帽堵塞，致使反洗强度下降，恶性循环加重，最终导致石英砂板结。堵塞的水帽、板结的石英砂造成反洗阻力变大，直至过滤器超压变形。

4.4 压缩机含水且气缸不严

过滤器正、反洗水门及出水门均为DN450，DN600的气动蝶阀。在检查过程中，发现压缩空气含水且气缸有不严密，导致阀门最长开启时间达45 s。开启缓慢，影响容器内部气压、水压平衡，这也是导致过滤器超压变形的原因之一。

4.5 运行方式调整不及时

使用城市中水后，系统水质发生了变化，但相关人员未及时调整相关运行方式。

4.6 定期检查工作不到位

查询检修台账记录，发现对过滤器内部水帽及石英砂的检查距上次检查均已超过3年，存在定期检查工作不到位、不及时现象。

4.7 未设计压力辅助设施

过滤器本体、反洗管道均未设计、安装压力测量及保护装置，造成反洗时不易观察系统是否超压、保护是否得当。

5 防范措施

(1) 对损坏的过滤器进行大修，更换水帽及石英砂，修复开焊的隔板及立柱。

(2) 在反洗母管上加装压力表，在过滤器出水室加装压力变送器，并引入DCS。当压力值≥0.08 MPa时，发出报警；当压力值≥0.1 MPa时，联停反洗水泵。

(3) 缩短过滤器反洗周期，由运行24 h反洗1次修改为运行18 h反洗1次。同时延长反洗程序第5步步序反洗时间，由240 s延长至360 s；第6步步序正洗时间由200 s延长至360 s。

(4) 每次过滤器反洗程序结束后静止300 s，取过滤器出水水样化验浊度，检查反洗效果，若浊度＞5NTU，需重新进行反洗。

(5) 加强点检定修管理，各过滤器每半年进行1次内部检查，每3年进行1次大修。

6 结束语

实施上述防范措施可保证该系统的反洗效果，预防设备发生超压现象。从实际运行情况看，采取上述防范措施后，有效保证了设备的安全经济运行，取得了良好的效果，为同类型设备的状态检修及故障处理积累了宝贵的实践经验。