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摘要：目前国内外工业用大型过滤器，基本为石英砂多介质过滤器。其主要形式为无阀滤池和中高速过滤器。该类型的过滤器由于其构造所致，在长期使用中存在一些不足之处：体积大、阀门多、能耗大（反冲洗水量大及需要压缩空气），同时在运行一定年限后需要更换介质，造成了长期运行费用高。而浅层砂全自动过滤系统具有体积小、节能、无跑砂、漏砂及板结现象，长期运行费用低等优点。2003年浅层砂过滤器第一次在上海宝山钢铁股份有限公司高炉项目改造中投入应用，在随后的几年中，浅层砂全自动过滤系统已应用到宝钢集团50多个项目中。此外，浅层砂全自动过滤系统已分别在包钢厚板项目淬火浊环、韶钢连铸浊环中投入使用并且效果良好，但目前为止浅层砂全自动过滤设备还未在含油较高的轧钢浊环系统中有过应用的实例。
宁钢轧钢浊环高速过滤器运行至今两年有余，高速过滤器已经出现严重板结现象，目前滤料已经全部更换一次，阀门更换频繁，年维护成本居高不下。同时高速过滤器的频繁离线检修、换料也对轧钢浊环水系统的稳定生产埋下了隐患。
本项目通过浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中的应用试验，确定了浅层砂全自动过滤在轧钢浊环系统中应用的可行性，为轧钢浊环水系统过滤设备的改良做好了准备工作。
关键词：高速过滤器；浅层砂全自动过滤设备；降低维护成本
中图分类号：TP65文献标识码： A
浅层砂全自动过滤设备
1. 研究计划要点及执行情况概述
在轧钢浊环水系统二次平流沉淀池泵房现场安装一套浅层砂全自动过滤设备，从二沉池轧钢7D泵组总管处接DN200管道进入过滤设备，过滤出水直接回二沉池6D泵组吸水口，新装入过滤设备与原高速过滤器同时在线并列运行。进行为期6个月的在线运行试验，收集、测定详细的运行数据和水质数据。水样送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行化验分析：悬浮物检测方法为采用GB11901-89，检出下限为5mg/L；含油量检测方法为采用GBT16488-1996。过滤出水水质控制标准：出水悬浮物指标≤10mg/L、出水含油量指标≤5mg/L。
通过进行连续运行试验，形成详实的运行数据与经验，分析浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中应用的可行性。最终我们得出结论：浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中能够充分保证系统的水质要求，运行安全稳定。
表1 本次研究计划与实际进度表
阶段 进度目标要求和主要内容 计划 实际
技术准备 成立试验研究小组，编制并审定试验协议、技术方案。 2012.03 2012.03.01-2012.03.20
设备准备 浅层砂全自动过滤设备到场安装调试 2012.03 2012.03.21
試运转 调整设备运行条件和参数，确定良好稳定的运行状态。 2012.04 2012.03.22-2012.05.31
数据积累 一周五天取样化验，送宝钢检测化验分析；记录运行参数记录和水质化验数据。 2012.06-2012.12 2012.06.05-2012.12.31
试验结果对比分析阶段 统计运行数据和水质数据，分析设备运行状况。比对传统过滤器进行优劣分析。 2013.01-2013.02 2013.02.28
2. 研究工作主要进展和取得的成果
2.1 浅层砂全自动过滤设备运行监测
2.1.1进出水悬浮物测定
每天在浅层砂全自动过滤设备入口和出口处分别采集水样，送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行悬浮物测定。分析过滤设备对悬浮物的去除效果。经过滤后出水悬浮物指标要求：SS≤10mg/L。
图一：9月进出水悬浮物对比折线图
悬浮物检测结果分析：
2012年7月—12月期间，完成化验分析264次。从试验统计的分析数据可以看到，浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用试验中在悬浮物一项指标上，满足了系统的运行要求。进水悬浮物指标在7-70mg/L范围波动的情况下，出水悬浮物指标在6 mg/L以下，数据稳定。
2.1.2进出水油份测定
每天在浅层砂全自动过滤设备入口和出口处分别采集水样，送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行含油量测定。分析过滤设备对油份的去除效果。经过滤后出水含油量指标要求：≤5mg/L。
图二：9月进出水含油量对比折线图
从试验统计的数据可以看到，过滤器进水的含油量已经处于5mg/L以下，由于工艺条件的变化，前期设定的过滤后出水含油量指标也就无法衡量浅层砂全自动过滤设备的除油效果。经过试验小组讨论决定，抽取同期高速过滤器出水含油量测量记录做为参照指标，以此来衡量浅层砂全自动过滤设备的除油效果。随后小组随机抽取了10-11月期间的20天高速过滤器出水含油量化验结果，并进行了比对。
图三：含油量抽样对比折线图
含油量抽样对比检测结果分析：
从试验统计的分析数据可以看到，浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用试验中在含油量一项指标上，优于传统的高速过滤器，对系统中的油份具有一定的去除效果。
2.2 浅层砂全自动过滤设备与传统高速过滤器运行比对
2.2.1水耗比对
经过试验确定单套浅层砂全自动过滤设备的稳定运行流量为250-280m3/h，轧钢浊环系统目前运行流量在m3/h左右，把所有高速过滤器都转换成浅层砂全自动过滤设备需要40套，每天的反洗水量为：14.4x40=576m3。
浅层砂全自动过滤设备水耗比高速过滤器每天节约反洗水：
7800-576=7224m3。
全年按生产300天，反洗水按再利用水价0.20元/吨计，年节约再利用水耗216.72万立方米，可以实现节约水费43.34万元。
备注：再利用水财务内部结算价格为0.10元，定价时主要从鼓励厂内多用再利用水的方面考虑，人为降低了为再利用水价格。再利用水的实际价格是0.20元，其中主要包括药剂处理费用（0.15元/吨）和电费（0.05元/吨）。
2.2.2电耗比对
浅层砂全自动过滤设备比高速过滤器每天节约电耗765.31KW。全年按生产300天，电费按照0.56元/度计，年节约电耗:
765.31×300=267876KWH
年节约电费:
26.78×0.56=12.86万元。
2.2.3维修费用比对
2.2.3.1高速过滤器维修费用
轧钢浊环高速过滤器运行至两年半时间，高速过滤器已经出现严重板结现象，进行了全部更换，更换一台过滤器滤料成本8万元，安装费用2万元，全部更换滤料总计花费180万元，年平均滤料消耗费用为72万元。由于跑料造成阀门密封垫损坏，每年阀门跟换数量37台，设备采购费用达到20万元。高速过滤器年维修成本92万元。
2.2.3.2 浅层砂全自动过滤设备维修费用
浅层砂全自动过滤器滤料采用30#特制过滤介质，平均使用寿命5年，预计5年进行全部滤料的更换。每个罐体装填1.0吨，30#特制过滤介质单价为1000元/吨。把所有高速过滤器都转换成浅层砂全自动过滤设备需要40套。
滤料费用为：1.0×6*40*1000/10000=24.0万元。
每年滤料更换材料成本为：240000/5/10000=4.8000万元。
滤料更换安装费用1.2万元，年维护成本为6.0万元。
2.3投资回报分析
2.3.1浅层砂全自动过滤设备投资
单套浅层砂全自动过滤设备价格为60万元，轧钢浊环水系统全部配备浅层砂全自动过滤设备需要40套，投资总额为2400万元。
2.3.2浅层砂全自动过滤设备和高速过滤器维护费用比较
浅层砂全自动过滤设备比高速过滤器每年可以节约维修费用：
43.34+12.86+92-6.0=142.2万元。
2.3.3投资回收期
投资回收期=2400/142.2=16.88年
2.3.4含油高时的风险应对
轧钢年休复产期间，大量废油进入系统，造成了浅层砂全自动过滤器的滤料堵塞，EPD人员入场进行了紧急处理。通过翻砂、添加除油剂和水冲的方法，利用半天的时间恢复了设备功能。
鉴于此，当高浓度废油进入系统时，采用在线投加除油剂和开罐冲洗的方式消除滤料堵塞。
2.3结论
本试验采用平行运行的实验方法，将浅层砂全自动过滤设备与原有高速过滤器同时在系统中上线运行，通过7个月运行数据和水质数据积累，通过对数据的分析得知，浅层砂全自动过滤设备能够满足目前宁钢轧钢浊环系统的运行要求。在悬浮物指标上达到了设定目标(SS≤10mg/L)，在油份指标上明显优于现有的高速过滤器。浅层砂全自动过滤设备能够满足目前宁钢轧钢浊环系统的运行要求，并且每年可以节约运行费用142.2万元。
2.3.1验收标准
2.3.1.1以宝钢检测宁波分公司测定的出水SS和油指标做为水质监测的依据，化验频度与原系统相同。
2.3.1.2跑料情况以滤料填装结束浸泡三天后的滤料厚度做为标准，运行6个月后滤料的厚度保持不变。浸泡三天后滤料高出观察窗平均高度15cm。
2.1.1.3设备运行6个月后，对过滤设备进行开盖检查，滤料不发生板结现象。
2.3.2验收结果：
2.2.2.1浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用中，在悬浮物指标上达到了设定目标(SS≤10mg/L)，在油份指标上明显优于现有的高速过滤器。
2.2.2.2设备运行7个月，滤料经过反洗后滤料的厚度基本保持不变。滤料高出观察窗平均高度15cm。
2.1.1.3设备运行7个月后，对过滤设备进行开盖检查，滤料未发生板结现象。
3. 形成的创新点（专利、技术秘密和技术规程）
《浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中应用试验研究》首次将浅层砂全自动过滤设备引用在含油高的轧钢浊环水系统中，对含油高的循环水处理具有推广价值。
4. 存在的问题、建议及其它需要說明的情况
由于工艺条件的变化，先期设定的含油量≤5mg/L的评价指标失去了指导意义，通过高速过滤器和浅层砂全自动过滤设备的同期出水含油量对比，表明了浅层砂全自动过滤设备在进水含油量≤5mg/L的情况下除油效果优于高速过滤器。说明浅层砂全自动过滤设备在目前的情况下，能够满足宁钢轧钢浊环系统的生产需求。由于轧钢事故漏油情况的出现（进水含油量远大于20mg/L），曾造成浅层砂全自动过滤设备的滤料堵塞，上海EPD公司利用半天的时间，通过滤料的冲洗快速恢复了设备的正常功能。说明浅层砂全自动过滤设备在应付进水含油量大于20mg/L异常状况下的快速处置能力。进水含油量在10-20mg/L状况下浅层砂全自动过滤设备的除油效果应该通过试验研究进一步确定。
建议延长浅层砂全自动过滤设备的在线运行时间并增加除油剂在线投加装置，进一步积累滤料使用寿命数据，对进水含油量在10-20mg/L状况下的运行效果和进水含油量大于20mg/L异常状况下的应对处理积累运行数据，做进一步的研究。
宁钢轧钢浊环高速过滤器运行至今两年有余，高速过滤器已经出现严重板结现象，目前滤料已经全部更换一次，阀门更换频繁，年维护成本居高不下。同时高速过滤器的频繁离线检修、换料也对轧钢浊环水系统的稳定生产埋下了隐患。
本项目通过浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中的应用试验，确定了浅层砂全自动过滤在轧钢浊环系统中应用的可行性，为轧钢浊环水系统过滤设备的改良做好了准备工作。
关键词：高速过滤器；浅层砂全自动过滤设备；降低维护成本
中图分类号：TP65文献标识码： A
浅层砂全自动过滤设备
1. 研究计划要点及执行情况概述
在轧钢浊环水系统二次平流沉淀池泵房现场安装一套浅层砂全自动过滤设备，从二沉池轧钢7D泵组总管处接DN200管道进入过滤设备，过滤出水直接回二沉池6D泵组吸水口，新装入过滤设备与原高速过滤器同时在线并列运行。进行为期6个月的在线运行试验，收集、测定详细的运行数据和水质数据。水样送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行化验分析：悬浮物检测方法为采用GB11901-89，检出下限为5mg/L；含油量检测方法为采用GBT16488-1996。过滤出水水质控制标准：出水悬浮物指标≤10mg/L、出水含油量指标≤5mg/L。
通过进行连续运行试验，形成详实的运行数据与经验，分析浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中应用的可行性。最终我们得出结论：浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中能够充分保证系统的水质要求，运行安全稳定。
表1 本次研究计划与实际进度表
阶段 进度目标要求和主要内容 计划 实际
技术准备 成立试验研究小组，编制并审定试验协议、技术方案。 2012.03 2012.03.01-2012.03.20
设备准备 浅层砂全自动过滤设备到场安装调试 2012.03 2012.03.21
試运转 调整设备运行条件和参数，确定良好稳定的运行状态。 2012.04 2012.03.22-2012.05.31
数据积累 一周五天取样化验，送宝钢检测化验分析；记录运行参数记录和水质化验数据。 2012.06-2012.12 2012.06.05-2012.12.31
试验结果对比分析阶段 统计运行数据和水质数据，分析设备运行状况。比对传统过滤器进行优劣分析。 2013.01-2013.02 2013.02.28
2. 研究工作主要进展和取得的成果
2.1 浅层砂全自动过滤设备运行监测
2.1.1进出水悬浮物测定
每天在浅层砂全自动过滤设备入口和出口处分别采集水样，送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行悬浮物测定。分析过滤设备对悬浮物的去除效果。经过滤后出水悬浮物指标要求：SS≤10mg/L。
图一：9月进出水悬浮物对比折线图
悬浮物检测结果分析：
2012年7月—12月期间，完成化验分析264次。从试验统计的分析数据可以看到，浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用试验中在悬浮物一项指标上，满足了系统的运行要求。进水悬浮物指标在7-70mg/L范围波动的情况下，出水悬浮物指标在6 mg/L以下，数据稳定。
2.1.2进出水油份测定
每天在浅层砂全自动过滤设备入口和出口处分别采集水样，送宝钢工业技术服务有限公司宁波分公司进行含油量测定。分析过滤设备对油份的去除效果。经过滤后出水含油量指标要求：≤5mg/L。
图二：9月进出水含油量对比折线图
从试验统计的数据可以看到，过滤器进水的含油量已经处于5mg/L以下，由于工艺条件的变化，前期设定的过滤后出水含油量指标也就无法衡量浅层砂全自动过滤设备的除油效果。经过试验小组讨论决定，抽取同期高速过滤器出水含油量测量记录做为参照指标，以此来衡量浅层砂全自动过滤设备的除油效果。随后小组随机抽取了10-11月期间的20天高速过滤器出水含油量化验结果，并进行了比对。
图三：含油量抽样对比折线图
含油量抽样对比检测结果分析：
从试验统计的分析数据可以看到，浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用试验中在含油量一项指标上，优于传统的高速过滤器，对系统中的油份具有一定的去除效果。
2.2 浅层砂全自动过滤设备与传统高速过滤器运行比对
2.2.1水耗比对
经过试验确定单套浅层砂全自动过滤设备的稳定运行流量为250-280m3/h，轧钢浊环系统目前运行流量在m3/h左右，把所有高速过滤器都转换成浅层砂全自动过滤设备需要40套，每天的反洗水量为：14.4x40=576m3。
浅层砂全自动过滤设备水耗比高速过滤器每天节约反洗水：
7800-576=7224m3。
全年按生产300天，反洗水按再利用水价0.20元/吨计，年节约再利用水耗216.72万立方米，可以实现节约水费43.34万元。
备注：再利用水财务内部结算价格为0.10元，定价时主要从鼓励厂内多用再利用水的方面考虑，人为降低了为再利用水价格。再利用水的实际价格是0.20元，其中主要包括药剂处理费用（0.15元/吨）和电费（0.05元/吨）。
2.2.2电耗比对
浅层砂全自动过滤设备比高速过滤器每天节约电耗765.31KW。全年按生产300天，电费按照0.56元/度计，年节约电耗:
765.31×300=267876KWH
年节约电费:
26.78×0.56=12.86万元。
2.2.3维修费用比对
2.2.3.1高速过滤器维修费用
轧钢浊环高速过滤器运行至两年半时间，高速过滤器已经出现严重板结现象，进行了全部更换，更换一台过滤器滤料成本8万元，安装费用2万元，全部更换滤料总计花费180万元，年平均滤料消耗费用为72万元。由于跑料造成阀门密封垫损坏，每年阀门跟换数量37台，设备采购费用达到20万元。高速过滤器年维修成本92万元。
2.2.3.2 浅层砂全自动过滤设备维修费用
浅层砂全自动过滤器滤料采用30#特制过滤介质，平均使用寿命5年，预计5年进行全部滤料的更换。每个罐体装填1.0吨，30#特制过滤介质单价为1000元/吨。把所有高速过滤器都转换成浅层砂全自动过滤设备需要40套。
滤料费用为：1.0×6*40*1000/10000=24.0万元。
每年滤料更换材料成本为：240000/5/10000=4.8000万元。
滤料更换安装费用1.2万元，年维护成本为6.0万元。
2.3投资回报分析
2.3.1浅层砂全自动过滤设备投资
单套浅层砂全自动过滤设备价格为60万元，轧钢浊环水系统全部配备浅层砂全自动过滤设备需要40套，投资总额为2400万元。
2.3.2浅层砂全自动过滤设备和高速过滤器维护费用比较
浅层砂全自动过滤设备比高速过滤器每年可以节约维修费用：
43.34+12.86+92-6.0=142.2万元。
2.3.3投资回收期
投资回收期=2400/142.2=16.88年
2.3.4含油高时的风险应对
轧钢年休复产期间，大量废油进入系统，造成了浅层砂全自动过滤器的滤料堵塞，EPD人员入场进行了紧急处理。通过翻砂、添加除油剂和水冲的方法，利用半天的时间恢复了设备功能。
鉴于此，当高浓度废油进入系统时，采用在线投加除油剂和开罐冲洗的方式消除滤料堵塞。
2.3结论
本试验采用平行运行的实验方法，将浅层砂全自动过滤设备与原有高速过滤器同时在系统中上线运行，通过7个月运行数据和水质数据积累，通过对数据的分析得知，浅层砂全自动过滤设备能够满足目前宁钢轧钢浊环系统的运行要求。在悬浮物指标上达到了设定目标(SS≤10mg/L)，在油份指标上明显优于现有的高速过滤器。浅层砂全自动过滤设备能够满足目前宁钢轧钢浊环系统的运行要求，并且每年可以节约运行费用142.2万元。
2.3.1验收标准
2.3.1.1以宝钢检测宁波分公司测定的出水SS和油指标做为水质监测的依据，化验频度与原系统相同。
2.3.1.2跑料情况以滤料填装结束浸泡三天后的滤料厚度做为标准，运行6个月后滤料的厚度保持不变。浸泡三天后滤料高出观察窗平均高度15cm。
2.1.1.3设备运行6个月后，对过滤设备进行开盖检查，滤料不发生板结现象。
2.3.2验收结果：
2.2.2.1浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环系统应用中，在悬浮物指标上达到了设定目标(SS≤10mg/L)，在油份指标上明显优于现有的高速过滤器。
2.2.2.2设备运行7个月，滤料经过反洗后滤料的厚度基本保持不变。滤料高出观察窗平均高度15cm。
2.1.1.3设备运行7个月后，对过滤设备进行开盖检查，滤料未发生板结现象。
3. 形成的创新点（专利、技术秘密和技术规程）
《浅层砂全自动过滤设备在轧钢浊环水系统中应用试验研究》首次将浅层砂全自动过滤设备引用在含油高的轧钢浊环水系统中，对含油高的循环水处理具有推广价值。
4. 存在的问题、建议及其它需要說明的情况
由于工艺条件的变化，先期设定的含油量≤5mg/L的评价指标失去了指导意义，通过高速过滤器和浅层砂全自动过滤设备的同期出水含油量对比，表明了浅层砂全自动过滤设备在进水含油量≤5mg/L的情况下除油效果优于高速过滤器。说明浅层砂全自动过滤设备在目前的情况下，能够满足宁钢轧钢浊环系统的生产需求。由于轧钢事故漏油情况的出现（进水含油量远大于20mg/L），曾造成浅层砂全自动过滤设备的滤料堵塞，上海EPD公司利用半天的时间，通过滤料的冲洗快速恢复了设备的正常功能。说明浅层砂全自动过滤设备在应付进水含油量大于20mg/L异常状况下的快速处置能力。进水含油量在10-20mg/L状况下浅层砂全自动过滤设备的除油效果应该通过试验研究进一步确定。
建议延长浅层砂全自动过滤设备的在线运行时间并增加除油剂在线投加装置，进一步积累滤料使用寿命数据，对进水含油量在10-20mg/L状况下的运行效果和进水含油量大于20mg/L异常状况下的应对处理积累运行数据，做进一步的研究。