连续式高效流砂过滤器原理及设计案例

连续式高效流砂过滤器原理及设计案例1、作用原理1)概要连续式高效流砂过滤器是移动床向上流连续式高效流砂过滤器的简称。流砂过滤器与以往的固定床过滤器不同，无需每天停机1-2次，以便清洗滤床上的截留物。原水由流排放。截留污染物的石英砂通过底部的气提装置提升到顶部的洗砂装置中进行清洗。由于空气、水、洗砂水则通过单独的排污管排放，完成整个洗砂过程。流砂过滤器与以往的连续过滤器不同，操作员可以直接观察洗砂过程，并根据运行情况进行调节，以达最佳过滤效果。维护管理简单，操作方便。2)过滤过程原水从进水管(1)进入到锥型的引水道(2)，再进到滤床(3)。原水经过滤床时悬浮物被砂子截留变成干净的过滤水。过滤水经过溢流堰(4)，由出水管(5)流出过滤器外。应地，提砂泵所需空气量亦要增加1.5-2倍。3)洗砂过程66459328877被悬浮物污染的砂子，通过锥形的砂分配器(6)与过滤器的倾斜面形成的通道，下到集砂箱(7)。被集砂箱收集的砂子，由提砂泵(8)输送到上部洗涤槽(10)的洗砂装置中。被污染的砂子在提升过程中先与水和空气剧烈摩擦，在空气分离器(9)中空气与砂、水分离，砂子则因重力通过洗砂装置的过上下调节排水装置的调节堰，使其达到最适合的量。4)原水的前处理装置等。因此，过滤器前面要根据水质情况添加前处理设备，对原水进行前处理。如水质较好，也可直5)集砂箱过滤器倾斜面下方有集砂箱(7)，集砂箱包括与提砂泵相连的接管、筛网、排水阀及控制集砂箱进端的磨损。控制环的材料为耐磨的增强聚乙烯，可以替换。6)提砂泵胶管及管夹固定。提砂泵的下端有空气注入室，压缩空气注入后就形成砂子、水和空气的混合体，砂子被送到洗砂装置的空气分离器。空气分离器上面装有端盖，防止水和空气一起溢出。提砂泵的工作需要提供压缩空气。压缩空气所需压力是4-6kg/cm2提砂管的材质为超高分子聚乙烯，与其他塑料管不同，不能用胶水粘合，只能用胶管和管夹来固7)洗砂装置洗砂装置由外筒和内筒组成。外筒内侧有环(洗砂环)，而内筒是外侧有环。洗砂装置的外筒装在分离器。外筒的洗砂环与内筒的洗砂环相交叉，从而内外筒之间形成迷宫式通道。从下往上流，洗净缓慢下降的砂子。流砂过滤器的洗砂装置与以往的连续过滤器不同，其长度较长，洗砂环的角度也上下不一。因此提砂量与洗净水量根据水中悬浮物的浓度及性质来调整。如提砂速度过快，通道内的砂子量会增则不能充分洗净砂子；如清洗水量过多，则会造成洗净水流出过多。8)空气控制装置空气控制装置一般供应压力为4kg/cm2以上(通常取5-7kg/cm2)的压缩空气。压缩空气不能含有水或油。空气控制装置中设有压力调节装置。压力调节装置的压力，通常设定如下：型号型号压力PP1．5~2kg/cm2P-15~P-55调压的空气经过电磁阀进到空气流量计(附有调节阀)。如只有1台砂滤机，可将压力开关设在可压缩空气的供应。另外，当压力控制阀或电磁阀出现故障时，也可以报警并停止压缩空气的供应。过滤器开始运转后，滤床会收缩，填砂高度也会下降一些。3、空气控制系统的安装空气控制系统要放在方便操作的地方，并装显示盘。压力调节器接水分离器排水管。4kg/cm2以上(通常5-7kg/cm2)压缩空气接到空气控制系统。空气控制系统的空气分配器按需要接至过滤器。4、运转准备及试运转1)清水的注入最开始注水时要用清水。一开始就用污水，会堵塞滤床的筛孔，因为洗砂装置还未启动。2)滤床下降速度的测定及提砂量的调整用有刻度的测量杆测量滤床(砂堆)的下降速度。把测量杆塞进砂层深处100-200mm，测量杆会随滤床下降。以过滤器侧壁的上部为基准，记录测量杆下降2分钟内的速度。请检测砂层是否以平均3-6mm/min的速度在下降。砂层的下降速度一般是过滤机中心附近比周围快。如发现砂在某个地方停止下降，一定要参考《故障和对策》处理。如果过滤器的过滤面积为1m2，砂层下降速度为平均4mm/min时，提砂泵的提砂量是4LxLmin。过滤器注满水之后，给提砂泵供应空气。提砂量与空气的供应量有关。首先，要调整空气量，使提砂泵的提砂量确定方法如下：从空气分离器拆下提砂管前端，用适当的容器测量单位时间(秒)内的提砂量。这里所指的提砂量，是提升的砂子和水中的砂子部分。测量多次，取平均值作为提砂量。3)洗净排水量标准洗净排水量是提砂量的约1-3倍(一般是2.0倍)，但原水中的悬浮物浓度高(污染严重)的情况，需要更多的洗净水。如原水中的悬浮物浓度低(污染小)的情况，则需小的洗净水。测量单位时间(秒)内的洗净排水量。如排水装置装有排水量测量器，则直接用该测量器测量排水量。 4)过滤砂的清洗足的清水，使清水溢出洗净槽，启动过滤器。根据新砂子的污染程度，洗砂时间有所不同。一般需清洗2-4个周期，才能达到洗净的目的。一个10小时以上。5)原水供应量的调整将电气控制盘的转换开关打到开启档，同时运转供水泵。慢慢打开各个过滤器的原水进入管的管阀(最初是OFF位)，供应少量水，逐步加大供水量，最终调整到适合的供应量。切正常即可进入正常运转。5、故障和对策1)空气流量计显示很小或者接近“0”，提砂泵不提砂或提砂量很少的情况(1)检查空气控制装置是否有压缩空气供应，并检查空气供应管的水分离器是否正常运转。(2)如压缩空气按所需压力正常供应的话，检查以下几点。B．如空气控制装置的零部件没有损坏，则检查空气流量计与提砂泵的空气注入室之间的连接管是否漏气。如空气管已破损并漏气，就换一个新的空气管。C．如空气管完好，就将空气管从空气注入室拆下。空气管中如没有充足的空气出来，很有可能是(注：拆空气管时注意将空气流量计完全关闭。)D．如空气管没有问题，请检查空气注入室。打开集砂箱的排水阀，将过滤器内的水排掉。先将提砂管从集砂箱上拆下，再将空气注入室从提砂管拆下来。后清洗空气注入室内的筛网或者换2)空气流量计显示正常流量，但提砂泵不提砂或提砂量很少的情况(1)检查过滤器前处理工程的设备是否正常转、原水过滤装置是否正常。有可能前处理过程中大量的悬浮物及污泥等进到过滤器，或者杂物从过滤器上部进入到滤床。(2)过滤器里有大量的悬浮物及污泥，造成滤床堵塞的情况：先将原水进入管的管阀关闭，再向(3)过滤器有杂物进入时，很可能因为异物到达过滤器底部而造成提砂泵吸口的堵塞。这种情况A、停机并打开提砂箱的阀门，将过滤器内的水排掉。过滤器大小不同，排空时间也有所不同。通常需要8-10小时(H)。部和滤床之间加一圆筒(PVC管)，以防砂子流出。检查集砂箱，如有异物将它去除。把集砂箱重新放在过滤器底部，装上提砂泵。6、空气控制盘的操作1)初始状态(手动)1)确认压缩空气到控制盘时其压力至少有6kg/cm2以上。2)检查控制盘内部各件的安装情况,并将空气流量计的调节钮顺时针方向锁紧。3)调节压力开关，将压力调整至4kg/cm2。4)打开手动阀，将空气调整器顺时针方向缓慢旋转，把压力调至与压力表一致。5)将控制盘面上的选择开关打到“手动”档。6)将电磁阀的“开(ON)”按钮按下，电磁阀打开。7)逆时针旋转空气流量计的调节钮，选择所需的空气量。8)向提砂泵供应空气，检查是否有砂子在提砂管移动。器设计说明书 1100mg/L,处理后出水含有≤20mg/L，含悬浮物≤20mg/L[1]。滤料粒径对连续式砂滤器的处理效果有重要影响，连续式砂滤器一般采用单一粒径的石英砂滤料。根据相关文献[2]，处理含油废水及含有易粘结物质的原水时，通常使用有效直径为1.2mm、均质砂层过低会导致一些微絮体及与滤料结合力较弱的物质不能被砂层截留，随出水流出；砂层过高易形成沙锥，堵住洗沙器的出砂床厚度可取0.8-1.4m。[1]本设计选择0.8m。根据相关文献[2][3]，建议内循环连续式砂滤器的过滤速度小于指石英砂滤料在过滤器内单位时间的下移距离，单位是mm/min。这对于滤层的清洁及稳定工作至关重要。相关研究表明[4]，砂循环11.5压缩空气气压、气量对出水水质的影响MPa比为9-11时，砂滤器可以处于一种稳定的运行状态，滤料得到有效的清洗，反冲洗水量合理，处理出水水质较好[3]。1.6反冲洗水量确定[5]相关研究结论，冲洗水量是提砂量的1.5-2倍，滤料的清洗效果较好。为保证过滤效果及装置运行的经济性，在满足对滤料有效清洗的条件下，冲洗水的流量应在过滤水量的5%-10%。2.流砂过滤器设计计算书2.1流砂过滤器选择外循环式砂滤器简化了内部结构，增大了过滤面积，便于检查和维修，提砂管不易堵塞。但耗费能量较大。本设计采取内循环式砂滤器。12.2内循环流砂过滤器主体尺寸计算2.2.1砂滤器直径和截面积计算又A=0.785Ф2(2-2)圆整后取Ф=0.4m由以上计算得，设计的流砂过滤器的直径Ф=400mm。2.2.2流砂过滤器高度计算高度石油各部分的高度值和来确定的，从结构上看，砂滤器由支腿、下封头、上封头和罐体这四部分组成[6]。2.2.2.1下封头尺寸计算根据《JB/T4746-2002钢制压力容器用封头》的规定以及本砂滤器型封头总高度为H=250mm，容积V=0.0145m3。根据相关文献[8]，砂11与罐体采用法兰螺栓连接方式，便于内部检修。见下图2-1。irDN0mmmmHmm2.2.2.2支腿的高度计算根据《JB/T4713-1992腿式支座》的规定以及本砂滤器的设计要求，得知砂滤器的支腿最大支撑高度为800mm，本设计选择H=500m选择A型腿式支座，设置3个支腿，呈1200布置。具体尺寸21maxH=500mmmax规格b×b×d=63×63×8H2kcb地脚螺栓规格M20b12.2.2.3上封盖的设计计算与罐体采用螺栓连接。平板封头的厚度要比罐体的壁厚大一些，定砂滤器为压力容器，材料选择Q235A-F，其最小厚度δ主要是min制压力容器》内压圆通压力容器的计算壁厚公式：6=PФ(2-3)0：焊接接头系数，对热套圆筒取0=1.0；6=PФ=0.6400=1.065mm根据相关文献规定，轻微腐蚀，腐蚀速率在0.05-0.13mm/a，腐蚀裕量≥1mm。此处选择该砂滤器的腐蚀裕量为C=1mm。1d1考虑材料的负偏差后，取设计厚度δ=3mm。d3d12.2.2.4砂滤器的罐体高度计算罐体的高度由其内部的各部分高度确定。砂滤器的内部由空气提升泵、布水器、滤床、洗砂器、洗砂出水口、进水口、滤液出口等部分组成。2.2.2.4.1导砂器导砂器为圆锥结构，起到均匀布砂的作用，底面与砂滤器罐体定导砂器底面直径为Ф=280mm。结构见图2-3。1hhФ导砂器高度h=Ф/21=0.14=0.08m=80mm此部分高度H=h+200=280mm。42.2.2.4.2滤床高度计算滤料选择石英砂，滤料层为单层，石英砂粒径为0.5-1.2mm，根据相关文献，滤层高度一般是粒径的700-900倍，故本设计选择512.2.2.4.3洗砂器设计及计算在滤床的上面有滤料反洗膨胀层，该高度一般为滤料层的1/2。故此部分高度H=400mm，此部分设有洗砂器和砂水分离器，砂水分6离器位于洗砂器上方，上面与顶盖留出一部分距离，以保证顶部空气提砂管与滤后出水不互相影响，定为留出H=50mm的高度。其中7洗砂器高度H=300mm，直径DN=80，在洗砂器内部由交叉的薄板焊1接而成，材料选择不锈钢，薄板宽度为21mm，向下倾斜45。。见图2.2.2.4.4砂水分离器(洗砂槽)设计及计算28经过一个反洗堰由反洗出水管流出，反洗堰为一个底面为边长L=60mm的正方形的长方体，处理水从洗砂槽经过高为60mm的滤网流出反洗堰，然后从反洗出水管排出。见图2-5。234567为了保护砂滤器的正常运行，滤床的高度应相对高出其设计高度，所以可以加高砂滤器的罐体高度，最后确定砂滤器总高度H=2200mm。2.3进、出水管线、反洗出水管线及环空流道设计及计算2.3.1进、出水管线及反洗出水管线设计2.3.1.1进水管线查《给水排水设计手册第1册常用资料》，选择进水管线尺寸为1DN40。并在管线合适位置安装流量计、压力表等。2.3.1.2滤后出水管线与过滤出水堰连接，出水堰高度设为100mm，半圆弧形结构，宽度2.3.1.3反洗出水管选择反洗出水管尺寸为DN32，与罐顶相距216mm，与反洗出水堰连接，且与滤后出水管线相对布置。2.3.2提砂管及环空流道设计2.3.2.1提砂管设计之间时提砂效果最好。本设计过滤器直径Ф=400mm，所以提砂管的根据实际进行选择，本设计选为1744mm。2.3.2.2进水环空流道设计进水量布满在进水环空流道内，为了满足管道的流量和流速的D2-D2=D2(2-4)4144进水1其中，提砂管直径D=20mm；进水管直径D=40mm。进水则D=402+202=44.72mm112.4布水器设计计算布水器是在一定的工作面积上按照一定规律布置水量，常见的布水器有喷头、穿孔管、旋转布水器。本设计结合实际选择穿孔管布水器。穿孔管布水器由干管、支管、布水孔组成[13]，其中支管呈十字形分布，以干管为中心放射状铺开，布水孔的孔径等大并沿筒体径向孔距逐渐减小。2.4.1干管干管流量即为进水管流量Q=1m3/h。2.4.2支管支管的横截面积Sz=0.785dz2=0.000314m2支管流速v=q/Sz=0.22m/s12.4.3布水孔设计及计算关计算滤床的横截面直径Ф=400mm。0SDmm04布水孔的总面积S=β×S=0.24%×123637.5mm2=296.73b0b则单个布水孔面积S=0.785×d2=28.26mm2b1b布水孔总数N=S/S=296.73/28.28=10.5=10个bb1根支管布孔数n=N/4=2.52.4.3.2布水孔设置假设污水在每个布水孔的速率相等，则每个孔的出水量相等，要使滤层横截面上布水均匀，那么每个布水孔所分配的滤层横截面的面积相等[8]。也即第一圈布水孔与环形流道所含面积之差应与第二圈布水孔与第一圈布水孔所含面积之差相等，并等于第三圈布水孔与第二圈布水孔所含面积之差。S=S/3=123637.5/3=41212.510S=(D2-D2)14111S=(D2-D2)142211D：第一圈布水孔所围成圆的直径，mm；D：第二圈布水孔所围成圆的直径，mm；D：第三圈布水孔所围成圆的直径，mm，D