PTU是催化裂化装置烟气脱硫塔的下游废液处理装置[1]，本公司两套催化裂化装置烟气脱硫塔分别建设，为降低公司整体运行成本，合用一套PTU废液处理系统，其主要作用是将两套催化烟气脱硫塔底浆液中携带的催化剂细分进行沉降和分离，于2013年9月正式投产。
原设计中，两套催化裂化装置的烟气脱硫塔底浆液经过污水混合罐与絮凝剂混合后进入澄清器，澄清器经过物理沉降后，上层清液流入3台串联的氧化罐降低水中的化学需氧量（COD），再进入斜坡沉降器过滤，进一步降低水中的固体悬浮物含量[2]后，由污水外送泵外排。沉降下来的的澄清器底泥定期间断排泥至滤清箱，滤清箱经过二次物理沉降后将上方清水排出，剩余废催化剂泥浆用吸污车抽走转移填埋。
因2018年开始，国家环保部门将催化裂化装置产生的废催化剂定性为危险固体废物[3]，而危险固体废物处理费用一般在2000元/吨以上，因澄清器底泥含水率达93%以上，所以降低澄清器底泥含水率可大幅降低澄清器底泥的重量，进而有效降低危险固体废物的处理费用和装置的运行成本。
PTU系统增脱水设施项目在2017年9月末开始施工，2018年5月正式投产运行，至今已运行4年。从运行效果看，本项目所选择的脱水设施设备故障率低，自动化程度较高，澄清器底泥的含水率也降至40%以下，达到了预期效果。
1.脱水设施的选型
脱水设施是本项目的核心设备，直接影响澄清器底泥的脱水率、设备的操作难度和运行成本。该项目可行性研究时，先后对呼和浩特石化、吉林双嘉环保能源利用有限公司、大庆石化、中蓝石化等单位的脱水设施进行现场调研。
设备类型主要分为两种，一种是呼和浩特石化使用的叠螺脱水机[4]，另一种是其他三家企业使用的板框式压滤机，板框式压滤机的选型也有所不同。
1.1叠螺脱水机
该脱水机为江苏宜兴赛欧环保有限公司生产。脱水机主体是由固定环和游动环相互层叠成圆筒，螺旋轴贯穿其中形成的一种过滤装置。因螺旋轴的内径比游动环的内径大，所以螺旋轴的旋转就带动游动环做圆周运动，防止堵塞。固定环和游动环之间的空隙沿着泥饼出口方向，从浓缩部到脱水部逐渐变小。污泥在浓缩部通过重力浓缩后，被运输到脱水部，在排出口背压板产生的内压作用下达到强行脱水的目的。
叠螺脱水机主要的操作步骤为：
1. 澄清器排泥至污泥均质储罐。
2. 向絮凝剂储槽加入相当絮凝剂，加水混合配比。
3. 启动污泥输送泵，污泥被输送到絮凝混合槽。
4. 启动絮凝剂泵，絮凝剂与污泥通过搅拌机进行充分搅拌混合。
5. 通过搅拌机充分搅拌形成较大矾花后，被送入脱水机主机内。
6. 启动污泥脱水机，送入的矾花在浓缩部一边进行重力浓缩一边向脱水部方向移动。
7. 脱水部的游动环和固定环之间的空隙变狭窄，再通过调整位于排出口的背压板而进一步加压脱水，最后排出泥渣。
从实际运行效果看，叠螺脱水机在运行前需加入一定量的絮凝剂，若进入污泥脱水机的污泥浓度高，污泥脱水机会出现超负荷停机。絮凝剂加入量增加，澄清器底泥的含水率也会降低，但絮凝剂量加入过大，也会出现管线和叠螺机的堵塞，需要做好澄清器底泥含水率和叠螺机运行负荷的平衡，一定程度上提高了操作难度。
在生产操作中还需注意以下几点：
1. 进入污泥脱水机的污泥不能含有硬质杂物，否则会导致脱水机设备损坏。
2. 污泥脱水机每次运行结束后要空转10分钟以上，保证污泥全部排出，否则易出现污泥堵塞设备。
3. 污泥脱水机底槽易存泥，需人工定期清理。
4. 污泥均质储罐内的污泥若浓度大，易导致污泥输送泵入口堵塞，需用新鲜水冲洗。
该装置平均每天生产4袋污泥，每袋约0.65-0.75t，每袋处理时间为50-60min。生产的污泥能达到50%含水要求，需要配置具备叉车资格的两名操作员协同操作。
1.2板框式压滤机
本次调研的装置中有三种不同公司生产的压滤机，分别由上海大张过滤设备有限公司、苏东化工机械有限公司和景津环保股份有限公司生产。
压滤机[5]主体是由机械压缩端、进料端、滤板、滤布、储泥槽组成。各滤板与滤布之间通过机械压缩密封紧固，紧固压力为18MPa。通过浆液进料泵将PTU的澄清器底泥浆打入压滤机滤板之间，浆液在各滤布之间过滤，催化剂残留在滤布与滤布之间，过滤后的清水通过各个滤板上的放空阀流至集液槽，从而达到浆液脱水的作用。
板框式压滤机主要操作步骤为：
1. 压滤机各压板压紧，升压至工作压力。
2. PTU澄清器底浆液经浆液进料泵打入压滤机，在各滤布之间过滤。
3. 经过滤布滤出的清水排至集液槽后返回至滤清池，通过回流泵返回至澄清器。
4. 催化剂残留在滤布与滤布之间，当进料端压力逐渐上升至泵出口压力，判定压滤机已基本满料，进料泵降低转数进入恒压阶段，继续缓慢升压至设定的压力后，进料泵停止运转。
5. 压滤机的滤板为一个实心，一个空心的搭配（即隔膜板），进料泵停止运转后，压榨水泵启泵，将水送入隔膜板中，此时隔膜板体积会有一定的膨胀，对滤板间的污泥进行二次压榨，达到设定压力后，压榨水泵停泵。
6. 此时打开滤板，人工进行清理滤布与滤布之间泥块，泥块落至下方的储泥斗中。在聚丙烯酰胺加入量合适的情况下，开板后大部分泥块会在开板后靠自重掉入下方储泥斗。
7. 排泥结束后，需人工手动清理滤布与滤布之间残留残渣，以免影响滤板的密封，并定期进行自动清洗程序。
8. 泥块经卡车装车运走回收处理。
各厂家的压滤机工作原理基本一致，区别在于自动化程度、配套设施的完整性、滤板和滤布的质量。如果滤布的质量不高，则需频繁更换滤布，增加了人工成本和维护费用。如果自动化程度和配套设施不完善，则清泥、洗布等操作都需人工进行，增加了员工的劳动强度。
通过调研对比，装置人员认为景津环保股份有限公司生产的压滤机自动化程度高、操作方便、运行稳定且脱水率较高。
从工作原理上压滤机也比脱水机更稳定、高效，在进料后可以让泥饼暂存在储泥槽中，不需叉车的实时配合，储存到一定量时一次运走即可。所以，按此公司生产的压滤机进行后续项目的设计和施工。
2.工艺流程
PTU系统增设板框式压滤机项目的配套流程改造，依托原有PTU装置，将原存放澄清器底泥的滤清箱替换为泥浆调节罐，在泥浆调节罐内加药（聚丙烯酰胺）搅拌后，通过进料螺杆泵送入压滤机滤板内；压滤机能够实现滤板压紧、进料过滤、进料恒压、二次压榨、反吹、洗涤、滤板松开、卸料等各道工序的自动化控制；压滤机配置了隔膜滤板，过滤后通过水压改变滤室容积，对滤饼进行二次压榨，进一步降低滤饼含水率。滤出清液收集入新增滤液罐后，启动新增滤液泵打回澄清器。同时增加清洗水罐、清洗水泵用于清洗滤布，压榨水罐及压榨水泵用于隔膜滤板加压进行二次压榨。
因本装置PTU泵房附近无施工空间，压滤机及相关配套设施在PTU北侧道路对面的新建厂房，只有进料调节罐和进料调节泵位于原PTU厂房。在中蓝石化考察时，压滤机位于PTU泵房二层，压滤机产生的滤液、清洗水及冲洗水都可直接返回PTU地下滤清池。本装置压滤机厂房与PTU厂房无法建设在同一厂房内，一定程度上给操作及流程设计带来了不便，也增加的了投资成本，建议新建装置将压滤机作为PTU的配套装置同时建设，老装置在原有厂房基础上进行扩建，能明显缩短施工周期、降低操作难度及能耗。
表1 压滤机主要操作参数
序号 | 名称 | 参数 |
1 | 过滤面积 | 200㎡（满足30立/次） |
2 | 隔膜板 | 1250mm×1250mm×78 |
3 | 箱式板 | 1250mm×1250mm×72 |
4 | 滤室数量 | 78个 |
5 | 设计过滤压力 | 0.6-0.8 MPa |
6 | 压榨压力 | ≤1.2Mpa |
7 | 物料温度 | ≤64℃ |
8 | 滤室厚度 | 约40mm左右 |
9 | 滤室容积 | 约4.0m3 |
10 | 地脚中心长度 | 7800mm |
11 | 压滤机外形尺寸 | 9800x2550x4400mm |
12 | 过滤精度 | 正常运行后滤液含固率≤2g/l |
13 | 含水率 | 40%以下（含40%） |
3.压滤机运行成本
压滤机平均每月的运行费用，数据见下表：
表2 压滤机单月运行成本
名称 | 用处 | 用量 | 单位 | 单价 | 总额（元） |
新鲜水 | 压滤机 | 95 | t | 7.28 | 691 |
非净化风 | 压滤机 | 60 | Nm3 | 0.16 | 9.6 |
净化风 | 仪表 | 60 | Nm3 | 0.16 | 9.6 |
电 | 机泵、照明 | 6463 | kwh | 0.7 | 4524 |
合计 |
|
|
|
| 5234.2 |
不考虑冬季伴投用热工况时，压滤机系统的单月运行费用为：5234.2元。
4.滤饼含水率
表3 滤饼含水率
| 设计值 | 实际值 |
滤饼含水率%（wt） | ≤40% | 31.2% |
经化验分析，澄清器底泥滤饼含水率为31.2%，满足设计要求。
5、投产后发现的问题
5.1泥浆含水率与压滤机单次进料量的匹配
设计初期确定压滤机的单次进料量时，按93%的泥浆含水率计算压滤机的单次进料量。泥浆含水率主要与每次向进料调节罐内排泥的时间有关。随着排泥时间延长，澄清器底部的浆液浓度逐渐降低。每次的排泥时间缩短，则进入进料调节罐浆液的浓度升高。
在第一次试运行时，虽已将改造前的每次澄清器排泥时间由2分钟缩短至至每次30秒，但仍出现了一罐调节罐物料无法满足压滤机的一次进料，导致一天内多次攒料、进料，延长了进料时间。
第二次试运行前，将澄清器每次排泥时间降至10-20秒，运行时压滤机在20分钟内完成了进料过程，至今进料时间稳定在20分钟左右。
5.2泥浆的含水率与进料泵的匹配
进料泥浆的含水率会影响压滤机进料的时间，同时会影响进料恒压的时间。如物料含水率过低，会使进料恒压时间缩短，使泥饼得不到充分的压榨。
在第一次调试时，物料浓度过低，出现了一边排泥一边进料的情况，此时压滤机可以保持住进料恒压状态。第二次在调节罐储存物料过程中，降低了排泥的时间及频率，提高了物料浓度，虽然解决了进料时间长的问题，但出现了因物料浓度高，进入恒压步骤时压力迅速升高的情况，为保证操作安全，只能手动操作压滤机进入下一个进程。
进料泵采用可调频的螺杆泵，当压滤机达到进料恒压压力的设定值时，进料泵应降低转数以保持压滤机的恒压状态。物料浓度过高，调节泵降频的速度无法弥补进料压力上涨的速度，如操作员不能及时强制手动使压滤机进行下一进程，将有进料压力超高损坏进料泵和压滤机的风险。
试运期间，厂家技术人员对进料调节泵变频器参数进行调试。调试后，进入进料恒压状态时进料压力仍然会缓慢升高，最终在较低频率运行时，泵因电机动力不足而无法继续转动，此时已没有保持进料压力的效果，不过解决了压滤机恒压时进料压力突然升高的风险。所以，物料的浓度及调节泵变频器的灵敏度都会影响压滤机的操作。在设计初期应对进料浓度进行仔细的核算，同时应注意进料泵的选型。
5.3调节罐的实际可用体积
进料调节罐设计体积为30m3，安装后，溢流管与泵入口高度实际在2m左右，实际可使用体积为20m3，使进料调节罐的最大储存量减少，泥浆进料浓度的调整范围也同时缩小，降低了压滤机系统的操作弹性。所以在设计初期应考虑到溢流管位置对进料调节罐实际存泥量的影响，
5.4清洗水泵震动大
清洗水泵是给清洗滤布用的喷头提供高压清洗水。原设计为柱塞泵，在调试过程中发现清洗滤布的喷头口径较小，泵流量大于喷头出水的流量，导致泵憋压震动升高，增加了出口循环线后才能正常使用。所以，此泵建议采用可调节行程的柱塞泵。
在调研其他企业时，发现此泵使用过程中震动均较大，所以在泵的出入口管线及安全阀采用了部分软连接来减少震动。但在调试中发现，因压滤机的滤板需逐个清洗，在切换滤板期间，喷嘴处的水流需通过循环线返回清洗水罐中。在清洗水泵出口存在向压滤机的上水与返回清洗水罐的转换，即喷头工作时清洗水去压滤机方向，而喷头停止工作时压力水返回至清洗水罐。
因两种流程的背压不同，所以控制阀在进行自动流程转换时，水量不能保持稳定，水流冲击管线后发生震动。所以，此泵的蓄能器要能够满足管线的稳压需要，或在泵出口增加缓冲罐来保持出口流量的稳定。其次要对管线做好固定，可考虑用大半径弯头来减少水流对管线的冲击。
在使用过程中，发现水洗喷嘴易堵塞，应考虑在清洗水罐及清洗水泵出口增加有效的过滤设施，有条件的装置可使用除盐水，滤布一般运行三次清洗一次，水量消耗并不大。水洗喷嘴应备用一套，水洗过程中发现堵塞后直接替换，堵塞喷嘴疏通后备用，如使用除盐水可大幅减少喷嘴的堵塞情况。
5.5压榨水泵扬程与隔膜板的匹配
压榨水泵的作用是向压滤机的隔膜板内打入压榨水鼓板，使滤室内压力升高，对滤饼进行二次压榨。根据厂家要求，压榨压力0.8-0.9MPa即可，过高会影响隔膜板的使用寿命。
原设计压榨水泵扬程为120米且为工频泵。调试过程中，为满足设计压力要求，在泵的出口增加了循环线。但在使用过程中，循环线手阀需人为调节，增加了不必要的工作量。此问题主要是因为在施工时为降低成本，仅压滤机本体设备由厂家提供，其他设备均在其他厂家采购，设计单位设计时未考虑到压滤机本体的隔膜板的设计压力要求。
5.6进料反吹线的排放位置
原设计进料反吹线将滤板中心部位的泥浆吹入压滤机下方电动储泥斗，使用过程中发现反吹时大部分泥浆会继续落入下方的储泥槽，一小部分会雾化弥漫在储泥槽附近，而且在卸泥饼时，泥饼下落后，会使泥浆溅出，导致现场卫生较差。目前，只能将储泥斗用塑料布围住，防止物料的迸溅。
如压滤机与PTU厂房在同一厂房内，直接将物料引入滤清池，将不存在该问题。
6.流程优化及建议
在压滤机进料结束后，需打开调节泵入口新鲜水阀启动进料泵冲洗进料管线，以预防进料管线堵塞及泥浆沉积挂壁。可将PTU外排含盐污水改入进料泵入口，用于冲洗进料管线，以达到节水目的，降低能耗，使用时应注意PTU外排含盐污水因含盐量高引起的管壁结垢问题。如压滤机与PTU厂房在同一厂房内，工艺管线距离较短，新鲜水用量较少，可不必进行此改造。
此项目从施工开始到调试共历时6个月，施工周期较长。除部分项目在冬季时无法施工的原因外，新建厂房使用钢筋混凝土结构，厂房的养生时间恰好在11月末，养生结束后大部分施工项目已不具备施工条件。从其他装置的调研情况看，PTU厂房因不存在可燃物料，火灾危险性为戊类，可采用钢结构厂房来缩短施工周期。
7、结论
自2018年5月板框式压滤机正式投产至今，主题设备运行良好，其他配套设施存在部分问题，经过改造优化后，基本可以满足压滤机的使用要求。
在近四年的运行中，压滤机本体设备中仅接近开关出现过磨损更换，滤布、滤板等主要设备均未损坏，设备故障率极低，不需占用管理人员的大量时间进行维护保养，操作员的劳动强度较低，实现了装置的平稳运行。
因板框式压滤机投用，澄清器底泥含水率由改造前的93%-97%降至31.2%。降低危险固废处理费用约237.7万/年，为公司创造了可观的经济效益。
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