硫膏生产工艺真空过滤机装置运行优化研究_汤炎锦.pdf

收稿日期：。作者简介：汤炎锦，男，毕业于西南石油大学机械工程专业，硕士，主要从事天然气开发行业设备管理工作，助理工程师。：。硫膏生产工艺真空过滤机装置运行优化研究汤炎锦，李霄，郭威，龚小平，张园园（中国石油化工股份有限公司西南油气分公司采气二厂，四川 阆中 ）摘要：真空过滤机是将天然气脱硫系统中的硫磺浆进行固液分离的设备。硫磺浆分离之后得到硫膏和滤液。在现场使用过程中出现了如下问题：）在生产硫膏时，产出的硫膏含水率较高，可能造成污染；）真空过滤机运行过程中出现异常振动。针对上述问题，从真空过滤机运行参数、设备性能以及设备异常振动等方面进行优化，具体为：）控制硫膏生产时的进料速度、驱动轮转速等运行参数；）控制设备结构参数，包括对滤液支管弯头进行限流，将通径 缩小为，以及将孔径为 的滤布更换为；）依据现场工况调整阀门开度，同时定期维护保养，消除真空过滤机异常振动问题。通过采取上述控制优化措施，真空过滤机产出的硫膏含水率由高于 降至低于，设备振动值由高于 降至低于，硫膏含水高、振动大的问题均得到解决。关键词：真空过滤机硫膏含水率振动环保 ：过滤是在推动力作用下使悬浮液中的液体透过过滤介质、并使其中的固体颗粒被过滤介质截留、实现固液分离的化工单元操作。真 空过滤机作为脱硫系统的一个重要设备，其作用是将硫磺浆中的固液进行分离，分别得到固态的硫膏和液态的脱硫剂滤液，实现固液分离、药剂回收。某单位的真空过滤机使用已经接近时间，使用过程中产生了如下缺陷：）在生产硫膏时，产出的硫膏含水率较高，外观较稀，转运过程中可能发生泄漏，造成污染；）真空过滤机运行过程中出现设备异常振动。本文将阐述这些问题现象，分析其产生的原因，并提出相应对策，从运行参数、设备性能等方面对该装置进行优化，以期能够使装置运行稳定，生产出合格的硫膏。硫膏生产工艺真空过滤机原理滤饼过滤原理真空过滤机过滤原理为滤饼过滤，即悬浮液中的固体颗粒在滤布上方架桥形成滤饼，悬浮液粒子借助滤饼层进行截留，液体则通过滤饼、滤布的孔隙到达滤布另一侧，如图所示。图滤饼过滤原理假设滤布中的孔洞为圆形，孔径为，单位面积内滤孔的个数为（滤布的目数），则单位面积内滤孔的面积可由式（）表示。（）假设滤孔均匀分布，各孔为直径为的圆形，则式（）转化为式（）。（）单位面积内非滤孔部分的面积见式（）。（）动设备石油化工设备技术，（）在相同的滤饼层厚度条件下，假设单位时间内透过滤饼的滤液流速均匀，则单位时间内流过滤布的流量由式（）表示。（）假设料浆中的固体颗粒含量为一定值，生成相同含水率的滤饼需脱水的量为，则滤饼生成的时间可由式（）得到。（）单位时间内滤液流过滤布的流量反映了过滤速度，当滤孔个数逐渐增多时，孔径逐渐减小，滤孔面积逐渐减小，当、时，滤布理论上无孔隙，滤液无法穿过；当、（为某一定值）、时，滤布上全为孔隙，料浆未过滤即被抽吸。由于本文讨论的是橡胶带式真空过滤机（简称真空过滤机），过滤过程中滤布将向前移动，逐渐形成滤饼，并在下料口由刮刀卸料，所以过滤完成形成滤饼的时间应该越短越好。由式（）可以看出，当孔径越大时，滤 液 流 速越 快，越小。另一方面，滤饼过滤的原理是料浆中的固体颗粒在滤布上方架桥、堆积形成滤饼，液体通过滤布上的孔隙被抽吸。因此，要保证料浆中的固体颗粒顺利架桥，就要求料浆中颗粒粒径大于滤布孔径，即。因此，滤布孔径选用的原则应为：保证料浆中的固体粒子可在滤布上方顺利架桥，同时滤液抽出速度应尽可能快，即的条件下，尽量取较大值。真空过滤机技术原理真空过滤机【】是以循环移动的环形滤带作为过滤介质，利用真空设备提供的负压和重力作用，使固液快速分离的一种连续式过滤机。图为现场使用的真空过滤机结构示意，其主要由滤布、橡胶带、真空室、驱动辊、从动辊、进料槽、滤布调偏装置、滤布张紧装置、驱动装置、洗涤装置和机架等部件组成。工作原理为：硫磺浆经进料装置均匀分布到移动的滤布上，在真空的作用下进行过滤，抽滤后形成的滤饼向前接受洗涤，可采用多级逆流洗涤方式，洗涤后的滤饼再次经真空脱水、吸干，运行至滤布转向处，依靠自重和刮刀进行卸除，滤布在返回时经洗涤获得再生。图 给 出 了 真 空 过 滤 机 真 空 室 的 剖 面 示意【】，从上至下依次为滤布、橡胶带、密封带、真空室。当设备运行时，真空室内产生一定真空度，料浆中的液体通过橡胶带的导向槽、滤水孔进入真空室内。图真空过滤机原理第 卷第期汤炎锦等硫膏生产工艺真空过滤机装置运行优化研究图真空过滤机真空室剖面示意图为真空过滤机撬的工艺流程示意【】。在真空过滤机中，硫浆进料后经过滤、洗涤、抽干得到硫膏，在卸料口完成卸料后，由硫膏输送装置输送下料并装袋。滤液通过真空室、滤液总管进入滤液罐，滤液罐中的液体由滤液泵泵入真空过滤机或氧化塔。硫膏生产过程中产生的尾气由尾气引风机抽吸汇入尾气总管，经过一系列处理后外排。真空过滤机运行参数优化当硫膏含水量较高时，转运可能发生液体泄漏，造成环境污染，同时由于滤液回收量减小，还会增加药剂成本。因此，降低真空过滤机产出硫膏的含水率，是实现降本增效、节能环保的重要途径。对进料速度、驱动轮转速进行工艺参数优化，可降低硫膏含水率。图真空过滤机撬工艺流程进料速度优化根据现场运行情况可知，硫膏含水率与硫浆的进料速度有关。以进料阀开度表示进料量，当阀门开度增加时，进料量增加。控制驱动轮转速、滤布孔径等参数不变，单一控制进料量，可得出进料量与硫膏含水率的关系，如图所示。由图可以看出，在其他条件不变的情况下，当进料速度较低时，含水率较高，随着阀门开度增加，硫膏含水率先减小后增加。产生这种现象的原因在于：当进料速度较慢时，硫浆进料后尚未在滤布上架桥堆积便被吸入滤液罐内，使得产出的硫膏含水率较高；随着进料速度增加，滤饼层正常形成，硫膏含水率降低；当进料速度进一步增加时，滤饼层已饱和，含水率再次升高。含水率最低（）时对应的阀门开度为，当含水率高于 时，硫膏无法正常成形，外观较稀，此时对应的阀门开度约为，所以，应保证进料阀门开度。图进料阀门开度与硫膏含水率的关系根据硫膏成形情况及含水率测定值，将硫浆进料阀门开度控制在 较为合理，此时硫膏含水率在 之间。不同含水率的硫膏如图（）图（）所示。驱动轮转速优化真空过滤机的驱动轮转速控制着滤布行进速度，当转速增加时，滤布经过母液区、洗涤区、抽干石油化工设备技术 年区到卸料运行的时间减少。通过控制真空过滤机上变频电机的频率可对滤布进行调速。以驱动电机运行频率为自变量，通过改变电机的频率，进而改变滤布行进速度，分析不同滤布速度下硫膏含水率的变化，以确定出一个较佳的频率范围。驱动电机频率与硫膏含水率的关系如图所示。图不同含水率的硫膏图驱动电机频率与硫膏含水率的关系保持其他条件不变时，增加驱动电机频率，滤布运行速度逐渐增加，硫膏含水率先减小后增加。当滤布行进速度较慢时，滤布上的滤饼层较厚，导致滤饼饱和，滤饼与硫浆出现明显的分层，含水率较高；随着滤布行进速度增加，滤饼层减薄，分层现象消失，得到的硫膏含水率逐渐降低；当行进速度继续加快时，滤饼尚未形成就到达卸料区，使得硫膏含水率再次升高。根据硫膏含水率要求，将驱动电机的运行频率控制在 较为合理。真空过滤机设备性能优化真空过滤机生产时，硫膏含水率不仅受运行参数影响，还跟设备本身有关（如滤布孔径等），因此，需对设备性能进行优化，从而降低含水率。滤液支管弯头改造图中真空过滤机生产时的过滤推动力由图中所示的水环真空泵提供。水环真空泵运转时，会在滤液罐产生一定负压（即真空度，真空度运行范围为 ）。结合图所示的真空过滤机原理可知，滤液罐 的真空度被分配到个区域，未进料时，和大气连通，理论上真空度为，当开启进料阀后，硫浆首先进入母液区，该区域滤布被硫磺颗粒平铺封堵，真空度最大，其余个区域由于料浆尚未流入，真空度较小。由于此时母液区真空度最大，过滤速度最快，进料硫浆中的固相颗粒尚未在滤布上方架桥堆积，便被较大的真空推动力抽吸进滤液罐中，使得硫膏含水率升高，无法正常成形。图中红线圈出的部分即为滤液从真空室中抽出至集液总管的滤液抽吸管线。图真空过滤机滤液抽吸管线从以上分析可知，水环真空泵产生的真空度未被均匀分配到各滤液抽吸管线中，母液区真空度最大，导致滤饼尚未形成便被吸入滤液罐。因此，需对该区真空度进行控制。采用限流的方式进行调整。根据前期运行经验，对图中滤液抽吸管线白色弯头处进行改造，将原来 的弯头滤孔内径缩小至，从而增加该弯头的限流作用，进而减小真空度，使硫磺进料具备形成滤饼的条件。该弯头改造后，硫膏含水率由高于 降至低于，含水率得到控制。滤布孔径优化滤布孔径是影响真空过滤机硫膏含水率的重要因素。现场投产初期，硫膏滤饼成形效果较差，根据真空过滤机运行参数优化原则并结合表硫浆参数的实际情况对滤布孔径进行选型，选择接近且略小于硫磺颗粒的粒径中值。滤布更换前、后孔径分别为 和。更换前、后天在不同孔径滤布过滤情况下的硫膏含水率如图所示。由图可以看出，滤布孔径由 减小至，硫膏的含水率降低，采用 孔径的滤布可以满足硫膏生产需求。第 卷第期汤炎锦等硫膏生产工艺真空过滤机装置运行优化研究表硫浆参数直贫液 值富液 值硫浆固含量，粒径中值 图不同孔径滤布过滤情况下的硫膏含水率设备异常振动问题优化真空过滤机在运行过程中，机身发生过较大幅度的异常振动，因此，需控制相关参数，以消除设备的异常振动。设备振动数据记录如表所示。表设备振动数据记录时间（第天）振动频次次最大振幅（）平均振幅（）最小振幅（）由表的振动数据记录可以看出，真空过滤机机身异常振动较大，且振动幅值不均匀。依据相关标准参考值，设备正常振动值【】应小于，该设备的振动值不正常。通过分析，认为该设备异常振动的原因如下：）设备运行时，真空室补水压力不足，真空室缺水。由图可知，真空室中需充满液体，使密封带与橡胶皮带间实现水密封。若真空室缺水，会导致橡胶带与密封带之间密封不严，橡胶带无法带动密封带前进，两者之间出现打滑现象，而水环真空泵运转过程中负压持续存在，这就导致密封带和橡胶带持续交替发生吸合、分离，真空度发生较大波动，从而引发设备振动。）滤布长期未冲洗，发生堵塞。滤布长期使用，冲洗次数不足，导致大量滤孔堵塞，使得过滤时真空度升高，最高时可达 （正 常 值 为 ），而因系统工艺限制，真空过滤机的滤布冲洗水和真空室密封水阀门无法按要求持续开启，从而使设备发生较大的异常振动。为消除机身异常振动，可采取以下措施进行控制：）定期冲洗滤布，防止其发生堵塞，冲洗周期为每天次。）定期更换滤布。通过摸索规律，将滤布更换周期定为个月。）根据现场工况调整真空室补水阀门开度，保证真空室密封严密。通过采取以上控制措施，真空过滤机机身异常振动问题得以消除。结论依据真空过滤机在现场使用情况，总结了其运行过程中存在的硫膏含水率高、设备异常振动两个方面的问题，并分析了这些问题的原因，提出相应的整改措施，具体如下：）控制硫膏生产时的进料速度、驱动轮转速等运行参数，从而对硫膏含水率进行优化，达到降低硫膏含水率的目的。）控制设备结构参数，包括对滤液支管弯头进行限流，将通径 缩小为，同时，将孔径为 的滤布更换为孔径 的滤布，使硫膏含水率降低。）依据现场工况调整阀门开度，同时定期维护保养，消除真空过滤机异常振动问题。通过控制优化，真空过滤机产出的硫膏含水率由高于 降至低于，设备振动值由高于 降至低于。参考文献：周志诚浅析水平带式真空过滤机滤布再生性能、工艺方法及其应用机电信息，（）：余学富 型过滤机滤饼异常原因分析及处理措施石油化工设备，（）：曹玉强带式真空过滤机常见问题及处理化工管理，（）：武建军，景寿堂 胶带式真空过滤机技术改造及效果分析化工管理，（）：王国昇硫磺回收装置带式过滤机组系统国产化改造中国设备工程，（）：陆志坤，张志强 水平真空带式过滤机运行的系统完善及效果 中国盐业，（）：石 油 化 工 旋 转 机 械 振 动 标 准：北京：中国石化出版社，石油化工设备技术 年书书书 ，（，）：，：；，（.，.，；.，）：（），：（）；（，）：，：；，（.，）：，：），；），：），；），；），：；，（，）：，：；，（，）：，：；（，）：，：；，（.，.，；.，.，）：