压载水过滤器的反冲洗方式的对比分析

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中国科技博览
2018年09月15日 05:05

谷斌++韩德民

[摘 要]本文对传播上的压载水专用设备的反冲洗设计进行分析,由于船舶的空间有限,必须要在有限的体积下,进行标准的压载水的排放额设定,提升压载水反冲洗功能。因此在自动反冲洗过滤器、反冲洗结构方案、过滤器的筒体和滤网、传动设计等方面,运用机构运动学分析软件仿真运动过程,使用流体力学软件对过滤工作的压力损失等加以仿真,以求得到设计要求。

[关键词]船舶压载水;反冲洗;结构设计

中图分类号:TU371 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)37-0380-02

过滤器作为船用压载水处理系统的重要组成部分,担负着压载水前期过滤的重要职责。主要负责去除压载水中的杂质和较大生物,为后期的生物处理提供前提保障。过滤器通常采用具有多层滤网的滤筒过滤,其中滤网的最高精度可以达到微米级别,因此除非在清澈的水域,过滤器在工作一段时间后,滤筒内必然会积聚大量的污物,阻塞滤网,影响到滤器的过滤流量,更为严重的是会造成滤筒内外压差增大,对滤筒造成不可修复的损伤,致使滤器乃至整个压载水处理系统停机。因此,滤网的清洗部分对滤器而言是必不可少和至关重要的。

1、压载水过滤器的反冲洗方式分类

滤网的清洗方法,即滤器的冲洗方式,目前存在多种方式,通常分为:气体辅助反冲洗;高压喷淋式反冲洗、轮盘式反冲洗、机械刷式清洗以及负压式反冲洗。每种冲洗方式都有其各自的特点,现将它们应用于同一水域、同样工况下的使用情况,结合其结构原理做出详细对比说明。

2、压载水过滤器的反冲洗试验

为了充分说明采用不同冲洗方式的滤器,其对水域的适用性,我们选择了国内具有代表性的极端水域:长江和舟山水域。这两个水域通常比较浑浊,而且杂质较多,反冲洗部分通常会在满负荷下工作,冲洗频率频繁。长江水域试验场所选取的是南通某码头。舟山水域试验地选取的是舟山船务某码头。试验系统为一套完整的设备,模拟真实的装船设备,配备压载泵,功率45kW,压载泵最大出水流量为280m3/h,出水压力为2.5bar,进水负压0.96bar。根据潮汐表制定试验计划,确保每次试验的水域浑浊度相当。不同反冲洗方式的滤器试验情况说明如下。

2.1 气体辅助反冲洗滤器

气体辅助反冲洗滤器是利用压缩空气作为冲洗介质,当压差变送器测量滤筒内外的压差达到设定值时,在滤器过滤的反方向引入压缩空气,即压缩空气与被冲洗滤筒正常工作时的压载水方向相反,以此实现对滤筒的清洗,污物隨压缩空气一同排出,由于采用了压缩空气,冲洗效果较好。根据其原理可知,在进行反冲洗时,正常的过滤进程必须停止,因此过滤与反冲洗是交替进行的,不可重叠,即会出现断流情况。在长江及舟山这样的恶劣水域下,冲洗频率很高,正常的压载水过滤效率就很低,断流次数较多,出水流量的变化从图1可见。

2.2 高压喷淋式反冲洗滤器

压载水由进水口进入滤器,流经滤网,滤除水中的细小杂质,随着过滤介质中各种污染物在滤网内侧的累积,过滤通道被堵塞,进出水口压差逐渐增加,当压差达到预设定值时,系统自动启动行程电机和反冲洗高压泵,此时传动装置带动装有吸嘴的排污轴在滤网内侧做旋转和水平往返运动,同时,在滤网外侧,高压反冲洗装置与排污装置同步动作,并呈对应关系,在不中断正常滤水的前提下,只借助一小部分压载水,对滤网进行高压反洗,反洗水透过滤网,连同从滤网上剥离的杂质被吸嘴迅速吸入排污轴,最后由排污室排出。由于采用喷淋方式的原因,对水质比较敏感,对一些积留在滤网的污物清洗效果较差。另外,高压喷淋的清洗方式,需要配备相应的喷淋及高压设备,造成设备的复杂性(图2,图3)[1]。

2.3 轮盘式反清洗滤器

轮盘式反冲洗滤器内部装有多个两端开口的柱形滤芯,压载水从滤芯的两端流入,经过滤芯的过滤,杂质颗粒残留在滤芯的长度范围内。当残留在滤芯内的杂质集聚过多时,反冲洗系统将会启动。电动马达驱动清洗系统,一套位于滤芯上方的旋转盖臂开始转动,把滤芯的上开口盖住;与其同时,下方冲洗臂转动,当对应到滤芯的下开口的位置时,打开排渣阀。这样在滤芯内就形成一个一套高速轴向的流动体系。另一方面,所产生的压力梯度只允许较少量的液体通过,从滤芯上方反向回流。带盖板的旋转节流阀位于滤芯的上方,形成减速的横向流动反冲洗,即使反冲洗能量均匀分布在滤芯的整个长度范围内。

2.4 机械刷式清洗滤器

机械刷式清洗滤器内部的清洗机构由不锈钢丝刷、滤筒及传动件组成。当滤网内外压差达到设定值时,排污阀门打开;传动电机启动,带动滤器内的不锈钢丝刷对滤网进行清洗,沉积在滤网中的杂质被转动的刷子刷下,并从排污口排出。该清洗过程可以和过滤过程同时进行,即边过滤边清洗。试验表明该机械刷式清洗装置在舟山水质较差的水域,清洗效果较差,压差得不到有效地降低,致使流向持续降低。

2.5 负压式自清洗滤器

负压式自清洗滤器是在滤筒内部,即进水侧,均布了多个吸污头,并与滤筒贴合,吸污头通过轴管与滤器外排污装置相连。当滤筒内外压差达到设定值时,与吸污头相连的排污管路由关闭改为打开状态,由于吸污头与排污管路相连,其内部压力远小于滤器内压力,形成负压[2]。在负压作用下,在吸污头出形成吸力,而吸污头与滤网紧密接触,在吸力的作用下,滤网中滞留的污物会吸入吸污头内并被排出(图4)。

3、压载水过滤器的反冲洗方式特点

通过对以上几种滤器在长江及舟山水域的试验,可以总结出不同滤器的特点(表1)。

结语

经过对压载水过滤器自清洗过滤器的分析,初步了解了过滤器的筒体、滤芯、传动轴、螺母等进行了设计,经过实际运行,证明压载水过滤器的反冲洗方式达到设计要求。

参考文献

[1] 徐莉萍,马志勇,南晓青等.压载水过滤器流场压降模拟分析[J].流体机械,2016,44(9):53-56,35.

[2] 李养良,李镜明,赵继亮等.压载水专用全自动反冲洗卧式过滤器结构设计[J].机械与电子,2015,(8):22-25.endprint

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