摘要：介绍覆盖过滤器工作原理、结构特点,通过现场实验表明,选用覆盖过滤器对凝结水中的铁杂质进 行处理是有效的,能满足凝结水净化目的。该系统具有投资少、操作简单、运行灵活、耐高温等优点。
关键词：凝结水 覆盖式过滤器 回收 除铁
1 概述
中国石油乌鲁木齐石化公司生产区凝结水主要来自炼油厂、化肥厂、化工厂等生产厂,主要为蒸汽冷凝水。其中化肥厂有凝结水处理设施,对部分冷凝水进行回收,其余作为循环水补充水。 目前炼油厂、化工厂没有凝结水处理设施,蒸汽冷凝水进行降级使用。
化肥冷凝液流量在60~180t/h,水温50~ 80℃,水量大,热值量高。根据国家的相关产业政 策[1],出于节水目的,需要加以回收利用。但是冷凝水中含铁量高,无法直接补入锅炉给水系统,也 不能直接作为阳离子交换器的水源使用。如果要对化肥冷凝水加以回收利用,就必须考虑如何降 低水中的铁含量,同时也要考虑热量回收[2]。化肥厂凝结水水质见表1。
考虑到化肥扩能改造后蒸汽用量的增加及已 有部分凝结水进行了回用,确定化肥凝结水处理 规模为200t/h。
2 凝结水历史数据的采集与现场调研
从数据记录来看,2006年6月19—21日冲洗期间,凝结水总铁含量最高为178·1μg/L,最低为 35·8μg/L,冲洗期间总铁含量分析结果如图1所示。从图1可以看出,冲洗前期总铁含量较高,随着冲洗时间的延长,总铁含量开始下降并趋于稳定,但仍维持较高。
3 化肥厂凝结水处理设备选择
凝结水处理系统的选用是一个较复杂的技术 经济问题[3]。不同的国家和地区,随机组参数、容量的不同,以及热力设备的材质及制造工艺水平 的差异等,采用的凝结水处理系统有所不同,目前 倾向于用覆盖过滤器和空气擦洗高速混床[4]。 覆盖过滤器是使用粉状过滤介质而设计的过 滤设备[5],它是将粉状滤料覆盖在一种特制的多 孔管件(称为滤元)上,使它形成一个薄层,作为滤 膜,水由管外通过滤膜和孔进入管内,进行过滤。 作为覆盖过滤器的滤料,除要求其呈粉状及化学稳定性好外,还要求其本身有空隙。覆盖过滤器的滤料也可称为助滤剂,因为在铺滤膜时此 滤料是随水流一起进入过滤器的,好象助滤剂一样。常采用的助滤剂为棉质纤维素纸浆粉[6],它是将干的纸浆板粉碎,并经30目的筛子过筛而 成。这种助滤剂本身有空隙,吸附能力强,能在滤元上形成滤膜。
3·1 覆盖过滤器原理
水的过滤过程最初是依靠滤层表面滤料颗粒间小孔的机械阻留和滤料表面的吸附作用来完成的。当水中悬浮物被截留下来时,它们会彼此重叠、架桥而变成一层附加的滤膜,以后这层滤膜就起主要的过滤作用。但是对于凝结水来说,因为它所含有的杂质都是很微小的悬浮物和胶体,大都能穿过普通的粒状滤料过滤层,所以应当采用极细的粉状物质作滤料。当采用粉状滤料时,就不宜采用在器内堆放滤料的过滤设备,因为它既不能反洗,也不需要用厚层滤料。
3·2 覆盖过滤器结构
覆盖过滤器如图2所示,它的本体是一个圆筒,底部为圆锥形。在筒体内的上部,沿水平方向装有一块多孔板,多孔板的每个孔中固定一个滤元。
滤元本体可由不锈钢管或工程塑料管制成, 管外刻有许多纵向齿槽(其横断面宛如一个齿轮),在每条齿槽中的管壁上开有许多小圆孔(直径为3mm)。为了使滤元各部分的进水均匀,在齿槽上部的孔距可大于下部的孔距。在齿棱上刻 有许多螺纹(螺距为0·7~0·8mm),沿此螺纹绕不 锈钢丝(直径为0·4~0·5mm),即组成滤元。管上端有一部分不开齿槽,称为光管。在光管上部靠近管口处车有螺纹,用来将滤元固定在多孔板上,管口敞开作为滤元的出水口;滤元下端也有一小段不开齿槽的螺纹管,用来拧上半球形螺帽,以封闭滤元下端的管口。
这些滤元直立吊装在水平多孔板上,上端用不锈钢螺帽锁在多孔板上,下端用钢条焊成的网固定,以防滤元摆动。为了保证运行时滤元间水流均匀畅通,布置滤元时使覆盖了滤料后的管间净距不小于25mm。多孔板与滤元应连接得很严密以防漏水,因为多孔板将整个过滤器分成上下两部分:上部是出水区,下部是进水区。
这种覆盖过滤器投入运行后,在集水漏斗与上封头之间会聚集空气,此空间称为上气室。筒体内多孔板下,滤元的光管区还会形成另一聚集空气的区域,称为下气室。在下气室的筒体上装有放空气管,该管上装有可以快开的放气门。
3·3 覆盖过滤器运行
覆盖过滤器的运行分铺膜、过滤和去膜3个步骤:铺膜是将带有滤料(助滤剂)的水通过滤元,使滤料在滤元外侧形成滤膜;过滤就是将凝结水通过滤膜;去膜是将滤元外侧已失效的滤膜清除下来,并用水冲洗干净,以便换上新的滤膜,这3 个步骤构成一个运行循环。
此外,覆盖过滤器进行铺膜、爆膜的过程一般 只需1~1·5h,远比混床再生为短。
本新建凝结水除铁装置位于热电厂化水车间 二化水厂房南侧。综合考虑装置用地投资、产水 水质及用途等,本项目采用覆盖过滤器除铁工艺 与离子交换相结合的工艺路线。
覆盖过滤器的流程示意图见图3。凝结水由 覆盖过滤器底部进入,经过滤料后,由顶部流出, 进入精密过滤器。覆盖过滤器滤膜用原水和压缩 空气进行爆膜,运行流量为60~200m3/h,过滤周 期为7~10d。
4 系统运行效果
系统整体工艺路线为:化肥来凝结水→覆盖 过滤器→精密过滤器→管道混合器→生水泵→阳 离子交换器。
由于后续的离子交换系统是一套相当成熟的 工艺,所以本次试运只进行覆盖过滤器至精密过 滤器单元段的试验,试验结论将为工程验收提供 依据。
4·1 系统除铁效果分析
2008年4—5月过滤器试运期间进出口水质 分析结果,如图4所示。可见,进水的铁含量最高 时能达到448μg/L以上,有5个数据在100μg/L 以上,最低时22μg/L,进水铁含量波动比较大。 经过覆盖过滤器以后,出水中铁含量大于30μg/L 的有4个,其他均小于30μg/L,说明系统对铁杂 质的去除效果比较理想,有较强的耐受能力。
图5为覆盖过滤器的过滤效率。期间,系统 的平均过滤效率约为71%。
4·2 抗冲击试验
经过一段时间运行,在覆盖过滤器装置已经 达到预期要求以后,于2008年9月15—30日进行 了抗冲击试验,以考察本处理系统在进水铁含量 较高的情况下的运行状况、出水水质变化以及运 行周期。
试验水质情况:进水铁含量为70~200μg/L (根据工艺调整,实际进水总铁含量也可以较高)。 进出水铁含量分析结果见图6。
由图6可以看到,在抗冲击试验开始时,系统 进水的铁含量较高。进水铁含量在80μg/L以上, 系统受到冲击,出水铁含量增加。在此情况下,通 过减少进水量、同时降低来水铁含量,系统出水逐 渐降低。从第15个测样点以后,在来水铁含量波 动较大的情况下,系统出水较稳定。此工况下系 统进水铁含量平均为85·2μg/L,系统出水铁含量 平均为29·8μg/L。
由冲击试验可以看出,系统在高铁含量进水条件下,仍然具有一定的处理能力。说明系统对于高铁含量的凝结水也具有一定的耐受能力。在冲击试验中,对覆盖过滤器每个运行周期内的压差和运行时间进行了统计,并与正常运行周期内的压差和运行时间进行了比较,见表2。
从表2可见,在冲击试验过程中,覆盖过滤器 运行的4个周期,每个周期运行时间都很短,最长 的运行了70h,最短的只有30h。每个运行周期内 过滤器进出口压差上升都很快,而正常情况下过 滤器运行120h后,进出口压差仅为23·39kPa。
5 结论
通过对运行工况的优化调整以及对出水水质 的分析,表明化肥凝结水通过本系统工艺处理,出 水铁含量指标均能达到设计要求,去除效果达到 了预期目标,系统对于高含铁凝结水有较强的耐 受能力。出水铁含量正常情况下可控制在30μg/ L以下,覆盖式过滤器用于凝结水除铁是可行的。 总体系统工艺具有如下优点:工艺成熟可靠、运行稳定、出水水质好,完全满足离子交换器入口水水 质标准的要求;运行成本低,运行管理方便,操作简单,维护方便,劳动强度低。通过覆盖过滤器的 现场试验,还存在以下问题需要解决:
1)覆盖过滤器铺膜过程比较复杂,铺膜有一定的失败率,还需要在今后的运行过程中不断摸索。
2)覆盖过滤器中使用的助滤剂有多种选择,目前离子交换树脂粉也可用作助滤剂[7],它同时具有过滤和除盐的作用。因此,对粉末树脂覆盖过滤器的特性有必要做深入的研究[8]。
3)凝结水除铁技术多种多样,对它们的技术经济性比较有待进一步研究。
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