化学水装置三层滤料过滤器的运行探讨

李雄杰

（中国石化长岭分公司，湖南岳阳414012）

1 概述

某公司化学水装置主要为锅炉补给水及炼油装置供水。水源为长江水，经过一级泵站的混凝澄清送到二级泵站、二级泵站未经任何处理加压转送化学水装置。生水经三层滤料过滤器和高效纤维过滤器过滤后，经换热器加热，送到原水箱，经阳离子交换器、鼓风式除碳器、阴离子交换器交换后的一级化学除盐水一部分经过加氨调节pH 值后，做为中压锅炉补给水及各装置机泵密封水；另一部分进混床进行二级除盐后给循环硫化床锅炉供水。

生水过滤系统是化学水处理的重要环节，生水水质的好坏直接影响后续水处理设备的正常运行及除盐水的水质。化学水装置1999 年对过滤系统进行了改造，采用第一代有囊高效纤维过滤器，虽然提高了出水量，但水囊易破损，出水水质易变差。2007年改造为第二代无囊高效纤维过滤器，经过多年运行，发现存在不少问题，尤其自2010 年阳固定床V703 ～V705 改造为双室双层浮动床后，由于阳双室双层浮动床体外清洗操作复杂，对进水浊度要求较高，悬浮物应尽可能除净。原生水过滤系统出水水质差，直接导致阳浮动床因大量悬浮物沉积时压差增大，树脂破损率增加，导致压差更大，后期供水负荷无法达到设计能力的50%，严重影响生产，不得不更新树脂，V703～V705上层凝胶型树脂更新为耐磨的大孔型树脂。同时生水过滤系统由一级过滤改为二级过滤，在原高效纤维过滤器系统前增加三层滤料过滤器。

2 三层滤料过滤器

2.1 工艺原理

三层滤料过滤器采用三种不同比重不同粒径的滤料，自上而下粒径逐渐变小，比重逐渐变大，利用深层过滤的原理，增大过滤器的截污能力，在保证出水水质的情况下大大增加了过滤速度。三层滤料过滤器不仅可以去除水中悬浮物，对铁锰也有很好的去除效果。

三层滤料过滤器上层滤料粒径最大，由密度小的无烟煤滤料组成；中层滤料粒径居中，密度居中，由石英砂组成；下层滤料由粒径最小，密度最大的重质滤料磁铁矿组成。由于密度差的限制，三层介质过滤器的滤料选择基本上固定。上层滤料起粗滤作用，下层滤料起精滤作用，这样就充分发挥了多介质滤床的作用，出水水质明显好于单层滤料的滤床。

三层滤料过滤器由滤床、布水装置、集水装置、外配管及仪表取样装置等组成。进水装置为上进水、缠绕管进水，集水装置为穹形多孔板加承托层结构；滤床部分滤料磁铁矿粒径0.25 ～0.5 mm，石英砂粒径0.5～0.8 mm，无烟煤粒径0.8～2.0 mm。承托层由滤料鹅卵石（粒径32 ～16 mm）、磁铁矿（粒径8～0.5 mm）组成，粒径自下而上，由大到小铺垫。在滤料中，鹅卵石主要起支撑作用，因其强度高，相互之间的间距稳定，孔隙大，便于正洗工序中滤后水顺利通过；同样，反洗工序中，反洗水和反洗空气能顺利通过。三层滤料过滤器结构见图1。

图1 三层滤料过滤器结构

2.2 三层滤料过滤器的反冲洗

三层滤料过滤器在过滤过程中，原水中的悬浮物等被滤料层截留吸附并不断地在滤料层中积累，于是滤层孔隙逐渐被污物堵塞，在滤层表面形成滤饼，过滤水头损失不断增加，水流对吸附在滤料表面污物的剪切力变大，其中有些颗粒在水流的冲击下移到下层滤料中，最终会使水中的悬浮物含量不断上升，过滤器出水水质下降。当杂质透过滤层时，过滤器失去过滤效果，同时过滤器进出口压差增大、单台过滤器流量下降。当压差达到一定程度时，滤料需进行反冲洗，使滤层恢复性能，继续工作。

反冲洗即水流逆向通过承托层进入滤料层，使滤层膨胀、悬浮。先用空气反冲洗，再用水反冲洗，借助风、水流的剪切力和颗粒的碰撞摩擦力清洗滤料层，使滤料层内的污物脱离并随反洗水排出。不同滤料具有较大的密度差，保证反洗扰动后不会发生混层现象。

3 三层滤料过滤器运行效果

3.1 相比高效纤维过滤器出水水质更好

原高效纤维过滤器出水浊度约为1 mg/L，现三层滤料过滤器出水浊度约0.5 mg/L；相同运行周期内阳床大反洗用水量明显减少，清洗时间缩短。

3.2 出水水质更稳定

三层滤料过滤器出水水质更稳定，出水水质受进水浊度变化的影响小；高效纤维过滤器在进水浊度≥5 mg/L的情况下，出水也会有明显变化，特别是纤维板结时出水更差，出水浊度甚至超过2 mg/L。

3.3 投用三层滤料过滤器后反洗用水量减少

原高效纤维过滤器累计制水达8 000 t反洗一次，每次耗水约140 t；三层滤料过滤器压差达50 kPa反洗一次，反洗一次耗水约100 t，累计制水量亦约8 000 t。投运三层滤料过滤器后，改二级纤维过滤器累计制水量达3万t以上才反洗一次。过滤器系统反洗水耗由1.75%降至1.25%。三层滤料过滤器投用后纤维过滤器的复苏由每年3 次降为1 次，复苏用水量每年降低12 000 t。

4 三层滤料过滤器运行、反洗过程中出现的问题

4.1 风压过大，导致滤料被穿透

过滤器进行非净化风反冲洗时，非净化风输入强度难以掌握，强度过小冲洗效果不太好，强度过大容易造成滤料跑损。由于系统中未设计罗茨风机，利用非净化风可以节省能源，但非净化风的风压在0.5～0.6 MPa，过滤器所需风压只有5 kPa，通过减压阀降压，很难控制，保证了风压，风量却不能保证；保证了风量，风压又过高，特别是刚开反洗风时，会因风压过高直接击穿滤料层。

4.2 滤料跑损

1）气洗前排水一定要控制好过滤器水位。排水时间过短，过滤器表面水位过高，气洗单位体积滤料颗粒数变少，颗粒碰撞机会减少，不利于清洗；另外，在气流带动下易造成无烟煤滤料从排空阀跑损。排水时间过长，水位降到滤层表面以下时，滤层上部没有水的浸润，颗粒的上下扰动过程中，污物不能有效排出，反而会往滤层深处移动，同样影响清洗效果。

2）过滤器进行水反洗前必须先关排空阀。排空管口没有任何防护措施，在进行水反洗时，大量无烟煤颗粒会在水流的带动下从排空管跑损。

3）过滤器第二次反洗完必须有数分钟的静置时间。若没有自然沉降时间，在水流的作用下快速沉降，各层滤料不能按比重分层，在过滤器运行过程中，不能有效利用各滤层过滤能力，影响过滤水质、周期制水量，增加水耗。

4）投运过滤器应从第一次反冲洗开始。过滤器长时间停运后投运，由于水中的悬浮物中含有大量有机物，长期滞留在滤层中会导致细菌微生物富集繁殖，发生厌氧腐败现象，所以投运过滤器应从第一次反冲洗开始。

4.3 布水装置、排水装置堵塞

1）由于三层滤料过滤器的进水布水装置和反洗排水装置集成在一起，用的是发散式母、支管形式，支管用的是不锈钢绕线管，不锈钢绕线管可以将水中的漂浮物或较大的颗粒物拦截下来，不进入滤料层，减轻了滤料的负担，但同时由于不锈钢绕线管的缝隙小，容易积存细小颗粒和其他杂质在绕线管内表面的缝隙中，影响支管的流通面积。

2）过滤后被拦截下来的泥沙结块，反洗时随着水流和风压会击打在绕线管上，也会堵塞绕线管的外表面缝隙；同时无烟煤比重轻，随着反洗也会击打在绕线管上，堵塞绕线管的外表面缝隙。

3）内外作用就会使绕丝管的流通面积越来越小，运行流量也会随之减少；反洗不出水或出少量的水，影响反洗效果，运行压差降不下来，运行流量持续下降，出水水质变差，影响正常生产运行。

4.4 滤料跑损，出水水质变差，影响后续设备运行

1）由于风压过大，导致滤料被穿透，承托层、滤料层结构发生改变，间隙变大，运行时水流通过被穿透的地方优先流出，也会带着滤料一起流失，出水水质变差，滤料进入后续增压泵，再随增压泵进入纤维过滤器，随着纤维过滤器的反洗、运行将会有少量的滤料进入清水箱，甚至进入阳床，给后续设备增加了很大的负担。

2）滤料进入增压泵，将随叶轮的转动反复击打泵壳体，摩擦、击打时间一长，泵壳体就会减薄、穿孔，损坏机械密封引起泄漏。

3）滤料进入纤维过滤器，增加纤维过滤器的负担，增加活动孔板提升装置的重量，导致电机过载、活动孔板变形、纤维偏向，运行时纤维不能充满滤料层而使出水水质变差。

4）滤料进入清水箱后，会随着水流进入清水泵的入口，被入口滤网拦截，清水泵的流量会减小，经常要清理滤网，给生产带来不便。

5 三层滤料过滤器的生产优化、设备改造

5.1 增加滤料捕捉器

为了降低滤料跑损对后续设备的影响，在三层滤料过滤器的总出口加设滤料捕捉器，一旦出现滤料跑损可以通过日常巡检滤料捕捉器，发现有滤料积存就进行排放，同时通过远程观察流量的变化可以判断滤料捕捉器中的滤料多少，及时采取措施。

5.2 加设非净化风的母管排放阀

每次进行风反洗之前，开启非净化风的母管排放阀，待压力符合要求后再开启三层滤料过滤的风反洗阀，三层滤料过滤的风反洗阀完全开启后关闭非净化风的母管排放阀，这样就不会因风压过高冲击滤料，造成击穿、滤料乱层现象。

5.3 布水、排水装置支管外层绕丝更换为不锈钢丝网

布水、排水装置的支管外由绕丝改为不锈钢丝网后，不会产生布水、排水装置被堵塞的情况，减小了运行、反洗阻力，流量得到保证。

5.4 在出口集水装置外覆盖不锈钢丝网

在出口集水装置外覆盖不锈钢丝网，再铺设鹅卵石等承托层材料，滤料不会再跑损。从实验的情况来看，基本没有出现滤料跑损情况，保证了生产的正常进行。

6 结论

三层滤料过滤器吸附能力强、截污容量大、产水量高、出水水质好、过滤周期长、水耗低，但需要在反洗、运行上做好措施，使滤料不会跑损；增加风储存罐，解决好风量、风压问题，远传能观察控制风压，避免滤料乱层；采用性能好的控制阀，做好逻辑控制，避免因阀门开关不到位导致滤料跑损和水资源浪费。