覆蓋式過(guò)濾器在凝結(jié)水回收中的應(yīng)用

　1、概述　　中國(guó)石油烏魯木齊石化公司生產(chǎn)區(qū)凝結(jié)水主要來(lái)自煉油廠、化肥廠、化工廠等生產(chǎn)廠,主要為蒸汽冷凝水。其中化肥廠有凝結(jié)水處理設(shè)施,對(duì)部分冷凝水進(jìn)行回收,其余作為循環(huán)水補(bǔ)充水。目前煉油廠、化工廠沒(méi)有凝結(jié)水處理設(shè)施,蒸汽冷凝水進(jìn)行降級(jí)使用。　　化肥冷凝液流量在60~180t/h,水溫50~ 80℃,水量大,熱值量高。根據(jù)國(guó)家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政 策[1],出于節(jié)水目的,需要加以回收利用。但是冷凝水中含鐵量高,無(wú)法直接補(bǔ)入鍋爐給水系統(tǒng),也不能直接作為陽(yáng)離子交換器的水源使用。如果要對(duì)化肥冷凝水加以回收利用,就必須考慮如何降 低水中的鐵含量,同時(shí)也要考慮熱量回收?；蕪S凝結(jié)水水質(zhì)見(jiàn)表1。 

　　考慮到化肥擴(kuò)能改造后蒸汽用量的增加及已 有部分凝結(jié)水進(jìn)行了回用,確定化肥凝結(jié)水處理 規(guī)模為200t/h。

　2、凝結(jié)水歷史數(shù)據(jù)的采集與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研　　從數(shù)據(jù)記錄來(lái)看,2006年6月19—21日沖洗期間,凝結(jié)水總鐵含量最高為178·1μg/L,最低為 35·8μg/L,沖洗期間總鐵含量分析結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出,沖洗前期總鐵含量較高,隨著沖洗時(shí)間的延長(zhǎng),總鐵含量開(kāi)始下降并趨于穩(wěn)定,但仍維持較高。

　3、化肥廠凝結(jié)水處理設(shè)備選擇　　凝結(jié)水處理系統(tǒng)的選用是一個(gè)較復(fù)雜的技術(shù) 經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[3]。不同的國(guó)家和地區(qū),隨機(jī)組參數(shù)、容量的不同,以及熱力設(shè)備的材質(zhì)及制造工藝水平 的差異等,采用的凝結(jié)水處理系統(tǒng)有所不同,目前 傾向于用覆蓋過(guò)濾器和空氣擦洗高速混床[4]。 覆蓋過(guò)濾器是使用粉狀過(guò)濾介質(zhì)而設(shè)計(jì)的過(guò) 濾設(shè)備[5],它是將粉狀濾料覆蓋在一種特制的多 孔管件(稱為濾元)上,使它形成一個(gè)薄層,作為濾 膜,水由管外通過(guò)濾膜和孔進(jìn)入管內(nèi),進(jìn)行過(guò)濾。 作為覆蓋過(guò)濾器的濾料,除要求其呈粉狀及化學(xué)穩(wěn)定性好外,還要求其本身有空隙。覆蓋過(guò)濾器的濾料也可稱為助濾劑,因?yàn)樵阡仦V膜時(shí)此 濾料是隨水流一起進(jìn)入過(guò)濾器的,好象助濾劑一樣。常采用的助濾劑為棉質(zhì)纖維素紙漿粉[6],它是將干的紙漿板粉碎,并經(jīng)30目的篩子過(guò)篩而 成。這種助濾劑本身有空隙,吸附能力強(qiáng),能在濾元上形成濾膜。　　3·1　覆蓋過(guò)濾器原理　　水的過(guò)濾過(guò)程最初是依靠濾層表面濾料顆粒間小孔的機(jī)械阻留和濾料表面的吸附作用來(lái)完成的。當(dāng)水中懸浮物被截留下來(lái)時(shí),它們會(huì)彼此重疊、架橋而變成一層附加的濾膜,以后這層濾膜就起主要的過(guò)濾作用。但是對(duì)于凝結(jié)水來(lái)說(shuō),因?yàn)樗械碾s質(zhì)都是很微小的懸浮物和膠體,大都能穿過(guò)普通的粒狀濾料過(guò)濾層,所以應(yīng)當(dāng)采用極細(xì)的粉狀物質(zhì)作濾料。當(dāng)采用粉狀濾料時(shí),就不宜采用在器內(nèi)堆放濾料的過(guò)濾設(shè)備,因?yàn)樗炔荒芊聪?也不需要用厚層濾料。　　3·2　覆蓋過(guò)濾器結(jié)構(gòu)　　覆蓋過(guò)濾器如圖2所示,它的本體是一個(gè)圓筒,底部為圓錐形。在筒體內(nèi)的上部,沿水平方向裝有一塊多孔板,多孔板的每個(gè)孔中固定一個(gè)濾元。　　濾元本體可由不銹鋼管或工程塑料管制成, 管外刻有許多縱向齒槽(其橫斷面宛如一個(gè)齒輪),在每條齒槽中的管壁上開(kāi)有許多小圓孔(直徑為3mm)。為了使濾元各部分的進(jìn)水均勻,在齒槽上部的孔距可大于下部的孔距。在齒棱上刻 有許多螺紋(螺距為0·7~0·8mm),沿此螺紋繞不 銹鋼絲(直徑為0·4~0·5mm),即組成濾元。管上端有一部分不開(kāi)齒槽,稱為光管。在光管上部靠近管口處車有螺紋,用來(lái)將濾元固定在多孔板上,管口敞開(kāi)作為濾元的出水口;濾元下端也有一小段不開(kāi)齒槽的螺紋管,用來(lái)擰上半球形螺帽,以封閉濾元下端的管口。

　　這些濾元直立吊裝在水平多孔板上,上端用不銹鋼螺帽鎖在多孔板上,下端用鋼條焊成的網(wǎng)固定,以防濾元擺動(dòng)。為了保證運(yùn)行時(shí)濾元間水流均勻暢通,布置濾元時(shí)使覆蓋了濾料后的管間凈距不小于25mm。多孔板與濾元應(yīng)連接得很嚴(yán)密以防漏水,因?yàn)槎嗫装鍖⒄麄€(gè)過(guò)濾器分成上下兩部分:上部是出水區(qū),下部是進(jìn)水區(qū)。　　這種覆蓋過(guò)濾器投入運(yùn)行后,在集水漏斗與上封頭之間會(huì)聚集空氣,此空間稱為上氣室。筒體內(nèi)多孔板下,濾元的光管區(qū)還會(huì)形成另一聚集空氣的區(qū)域,稱為下氣室。在下氣室的筒體上裝有放空氣管,該管上裝有可以快開(kāi)的放氣門。　　3·3　覆蓋過(guò)濾器運(yùn)行　　覆蓋過(guò)濾器的運(yùn)行分鋪膜、過(guò)濾和去膜3個(gè)步驟:鋪膜是將帶有濾料(助濾劑)的水通過(guò)濾元,使濾料在濾元外側(cè)形成濾膜;過(guò)濾就是將凝結(jié)水通過(guò)濾膜;去膜是將濾元外側(cè)已失效的濾膜清除下來(lái),并用水沖洗干凈,以便換上新的濾膜,這3 個(gè)步驟構(gòu)成一個(gè)運(yùn)行循環(huán)。　　此外,覆蓋過(guò)濾器進(jìn)行鋪膜、爆膜的過(guò)程一般 只需1~1·5h,遠(yuǎn)比混床再生為短。　　本新建凝結(jié)水除鐵裝置位于熱電廠化水車間 二化水廠房南側(cè)。綜合考慮裝置用地投資、產(chǎn)水 水質(zhì)及用途等,本項(xiàng)目采用覆蓋過(guò)濾器除鐵工藝 與離子交換相結(jié)合的工藝路線。　　覆蓋過(guò)濾器的流程示意圖見(jiàn)圖3。凝結(jié)水由 覆蓋過(guò)濾器底部進(jìn)入,經(jīng)過(guò)濾料后,由頂部流出, 進(jìn)入精密過(guò)濾器。覆蓋過(guò)濾器濾膜用原水和壓縮 空氣進(jìn)行爆膜,運(yùn)行流量為60~200m3/h,過(guò)濾周 期為7~10d。　

　4、系統(tǒng)運(yùn)行效果　　系統(tǒng)整體工藝路線為:化肥來(lái)凝結(jié)水→覆蓋 過(guò)濾器→精密過(guò)濾器→管道混合器→生水泵→陽(yáng) 離子交換器。　　由于后續(xù)的離子交換系統(tǒng)是一套相當(dāng)成熟的 工藝,所以本次試運(yùn)只進(jìn)行覆蓋過(guò)濾器至精密過(guò) 濾器單元段的試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)論將為工程驗(yàn)收提供 依據(jù)。　　4·1　系統(tǒng)除鐵效果分析　　2008年4—5月過(guò)濾器試運(yùn)期間進(jìn)出口水質(zhì) 分析結(jié)果,如圖4所示?？梢?jiàn),進(jìn)水的鐵含量最高 時(shí)能達(dá)到448μg/L以上,有5個(gè)數(shù)據(jù)在100μg/L 以上,最低時(shí)22μg/L,進(jìn)水鐵含量波動(dòng)比較大。 經(jīng)過(guò)覆蓋過(guò)濾器以后,出水中鐵含量大于30μg/L 的有4個(gè),其他均小于30μg/L,說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)鐵雜 質(zhì)的去除效果比較理想,有較強(qiáng)的耐受能力。　　

　　圖5為覆蓋過(guò)濾器的過(guò)濾效率。期間,系統(tǒng) 的平均過(guò)濾效率約為71%。

　　4·2抗沖擊試驗(yàn)　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行,在覆蓋過(guò)濾器裝置已經(jīng) 達(dá)到預(yù)期要求以后,于2008年9月15—30日進(jìn)行 了抗沖擊試驗(yàn),以考察本處理系統(tǒng)在進(jìn)水鐵含量 較高的情況下的運(yùn)行狀況、出水水質(zhì)變化以及運(yùn) 行周期。　　試驗(yàn)水質(zhì)情況:進(jìn)水鐵含量為70~200μg/L (根據(jù)工藝調(diào)整,實(shí)際進(jìn)水總鐵含量也可以較高)。 進(jìn)出水鐵含量分析結(jié)果見(jiàn)圖6。

　　由圖6可以看到,在抗沖擊試驗(yàn)開(kāi)始時(shí),系統(tǒng) 進(jìn)水的鐵含量較高。進(jìn)水鐵含量在80μg/L以上, 系統(tǒng)受到?jīng)_擊,出水鐵含量增加。在此情況下,通 過(guò)減少進(jìn)水量、同時(shí)降低來(lái)水鐵含量,系統(tǒng)出水逐 漸降低。從第15個(gè)測(cè)樣點(diǎn)以后,在來(lái)水鐵含量波 動(dòng)較大的情況下,系統(tǒng)出水較穩(wěn)定。此工況下系 統(tǒng)進(jìn)水鐵含量平均為85·2μg/L,系統(tǒng)出水鐵含量 平均為29·8μg/L。　　由沖擊試驗(yàn)可以看出,系統(tǒng)在高鐵含量進(jìn)水條件下,仍然具有一定的處理能力。說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)于高鐵含量的凝結(jié)水也具有一定的耐受能力。在沖擊試驗(yàn)中,對(duì)覆蓋過(guò)濾器每個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的壓差和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并與正常運(yùn)行周期內(nèi)的壓差和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了比較,見(jiàn)表2。

　　從表2可見(jiàn),在沖擊試驗(yàn)過(guò)程中,覆蓋過(guò)濾器 運(yùn)行的4個(gè)周期,每個(gè)周期運(yùn)行時(shí)間都很短,最長(zhǎng) 的運(yùn)行了70h,最短的只有30h。每個(gè)運(yùn)行周期內(nèi) 過(guò)濾器進(jìn)出口壓差上升都很快,而正常情況下過(guò) 濾器運(yùn)行120h后,進(jìn)出口壓差僅為23·39kPa。

　5、結(jié)論　　通過(guò)對(duì)運(yùn)行工況的優(yōu)化調(diào)整以及對(duì)出水水質(zhì) 的分析,表明化肥凝結(jié)水通過(guò)本系統(tǒng)工藝處理,出 水鐵含量指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,去除效果達(dá)到 了預(yù)期目標(biāo),系統(tǒng)對(duì)于高含鐵凝結(jié)水有較強(qiáng)的耐 受能力。出水鐵含量正常情況下可控制在30μg/ L以下,覆蓋式過(guò)濾器用于凝結(jié)水除鐵是可行的。 總體系統(tǒng)工藝具有如下優(yōu)點(diǎn):工藝成熟可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好,完全滿足離子交換器入口水水 質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求;運(yùn)行成本低,運(yùn)行管理方便,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,勞動(dòng)強(qiáng)度低。通過(guò)覆蓋過(guò)濾器的 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),還存在以下問(wèn)題需要解決:　　1)覆蓋過(guò)濾器鋪膜過(guò)程比較復(fù)雜,鋪膜有一定的失敗率,還需要在今后的運(yùn)行過(guò)程中不斷摸索。　　2)覆蓋過(guò)濾器中使用的助濾劑有多種選擇,目前離子交換樹(shù)脂粉也可用作助濾劑[7],它同時(shí)具有過(guò)濾和除鹽的作用。因此,對(duì)粉末樹(shù)脂覆蓋過(guò)濾器的特性有必要做深入的研究[8]。　　3)凝結(jié)水除鐵技術(shù)多種多樣,對(duì)它們的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較有待進(jìn)一步研究。