離心脫水機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因分析及對(duì)策探究
技術(shù)支持
臥螺離心式脫水機(jī)（簡(jiǎn)稱離心機(jī)）已廣泛被用于污泥脫水處理。該污泥離心機(jī)，目前負(fù)責(zé)處理所在石化公司的所有污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的油泥、浮渣、剩余活性污泥。離心機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷及運(yùn)行狀況關(guān)系到整個(gè)石化公司后處理的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響石化公司污水總排合格率。因此，確保離心機(jī)的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，已成為所在車間的工作重點(diǎn)之一。
1 離心機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
凈化水聯(lián)合車間油泥脫水單元采用的是德國(guó)基伊埃韋斯伐里亞離心機(jī)。
臥螺離心機(jī)是一種螺旋卸料沉降離心機(jī)。主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略低的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當(dāng)要分離的懸浮液由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層（因?yàn)榄h(huán)狀，稱為固環(huán)層）。水分由于密度較小，離心力小，因此，只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層，稱為液環(huán)層。
由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把固環(huán)層的污泥緩慢地推動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓的錐端，并經(jīng)過(guò)干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓圓周分布的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則靠重力由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液（濾后液）。
2 工藝簡(jiǎn)介
凈化水聯(lián)合車間污水處理場(chǎng)各工段產(chǎn)生的污泥，先經(jīng)污泥泵排放至濃縮池進(jìn)行重力濃縮，濃縮后的污泥經(jīng)切割機(jī)絞碎后，再經(jīng)進(jìn)泥泵提升至離心機(jī)，在離心機(jī)入口前，混合絮凝劑聚丙烯酰胺（簡(jiǎn)稱PAM）溶液，經(jīng)離心機(jī)分離后得到含水率為85%以上的干泥餅和濾后液，干泥餅進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，濾后液排至污水場(chǎng)重新處理。
3 存在問題及分析
該臺(tái)離心機(jī)原來(lái)只負(fù)責(zé)處理新區(qū)煉油和新區(qū)乙烯各裝置生產(chǎn)過(guò)程中排放的污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的油泥，由于現(xiàn)場(chǎng)工藝條件所限需要間歇運(yùn)行，自2016年每次計(jì)劃停機(jī)后再次開機(jī)經(jīng)常振動(dòng)異常上升或者直接超標(biāo)，導(dǎo)致離心機(jī)無(wú)法長(zhǎng)周期運(yùn)行或者根本無(wú)法再次啟動(dòng)，使得2#工業(yè)水場(chǎng)污水處理后的污泥的正常排出受限，進(jìn)而嚴(yán)重影響2#工業(yè)水場(chǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。特別是2017年 對(duì)污水外排指標(biāo)提高后，公司通過(guò)技術(shù)改造增加了老區(qū)煉油、第二電廠和老區(qū)乙烯部分外排污水進(jìn)入凈化水水場(chǎng)處理，這就使得凈化水場(chǎng)的污水處理量不斷增加，產(chǎn)生的含油污泥量也逐漸增多，油泥離心機(jī)也由間歇性運(yùn)行改為連續(xù)運(yùn)行，而且處理負(fù)荷不斷加大。此時(shí)，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)嚴(yán)重的問題：一是運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)逐漸提升離心機(jī)負(fù)荷時(shí)離心機(jī)機(jī)體振動(dòng)也隨之逐漸增大，振動(dòng)值為20.0mm/s，且離心機(jī)處理負(fù)荷只能提至6m3/h，就因?yàn)殡x心機(jī)振動(dòng)超標(biāo)聯(lián)鎖跳車無(wú)法運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)處理能力15m3/h，二是在離心機(jī)扭矩過(guò)大，平均在32%，進(jìn)一步制約了離心機(jī)的處理能力。由于車間產(chǎn)生的污泥含水率在98%～99%，污泥量約為400m3/d，經(jīng)濃縮后含水率降低為97%～98%，相應(yīng)的污泥量減少為約200m3/d，很明顯，離心機(jī)無(wú)法長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行就不能完全確保車間污水處理場(chǎng)的正常運(yùn)行。
為了使離心脫水機(jī)達(dá)到或者接近設(shè)計(jì)處理能力的同時(shí)能夠長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，2017年6月12日乙烯鉗工車間對(duì)離心機(jī)進(jìn)行解體檢查。發(fā)現(xiàn)下述情況：
（1）圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時(shí)黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布。黏附物為黑色油性松軟固體，帶黏性，中間夾帶有白色膠狀物。對(duì)上述沉積物進(jìn)行分析，認(rèn)為黑色沉積物是油泥脫水后長(zhǎng)時(shí)間沉積在螺旋槽內(nèi)形成的，其中的白色膠狀物就是PAM膠體。
（2）螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓存在較嚴(yán)重的不規(guī)則磨損。
結(jié)合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析：
（1）從離心機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，圓柱段螺旋槽被黏附物幾乎填平，同時(shí)黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布，使得螺旋槽被堵和螺旋葉片磨損，使槽深變淺離心機(jī)內(nèi)有效容積變小，同時(shí)破壞離心機(jī)的動(dòng)平衡，離心機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)（高達(dá)4500r/min），這種不平衡力被放大后導(dǎo)致離心機(jī)振動(dòng)上升或超標(biāo)。螺旋葉片的不規(guī)則磨損，使螺旋與轉(zhuǎn)鼓的間隙變大，螺旋的固體傳送能力也隨之下降，分離效果也逐漸減低，上述兩種變化共同作用的結(jié)果就是離心機(jī)處理能力低，同時(shí)離心機(jī)振動(dòng)超標(biāo)。在此情況下，提高進(jìn)料泵變頻，處理負(fù)荷不會(huì)有明顯的提升，反而因?yàn)檫M(jìn)料壓力增大，導(dǎo)致離心機(jī)螺旋內(nèi)黏附物在壓力作用下變實(shí)硬化，進(jìn)一步破壞離心機(jī)的動(dòng)平衡。
（2）從離心機(jī)的重量來(lái)看，螺旋槽內(nèi)的黏附物和黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布極大的增加了轉(zhuǎn)子的自重，造成低負(fù)荷情況下，扭矩過(guò)大，甚至是過(guò)載聯(lián)鎖保護(hù)停車。黏附物在螺旋槽內(nèi)的分布不均和螺旋葉片的磨損又導(dǎo)致離心機(jī)振動(dòng)幅度增加。
（3）離心機(jī)就是利用螺旋將沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上的固體輸送到小端排出口，螺旋葉片的邊緣與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)行，從而導(dǎo)致螺旋葉片一定程度的磨損，這是無(wú)法避免的。
通過(guò)上述分析，認(rèn)為螺旋槽內(nèi)的黏附物及黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布是造成這兩個(gè)問題的根本原因，所以解決問題的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)為如何控制和消除螺旋槽內(nèi)的黏附物及黏附物在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布。
4 原因分析
綜合上述發(fā)現(xiàn)的情況及離心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為造成該問題的主要原因有如下幾點(diǎn)：
（1）該離心機(jī)處理的污泥，由預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的油泥、浮渣等收集排放后形成含油污泥。它是由固體污染物、油、水組成。為黑臭黏稠的漿液，主要成分是油、有機(jī)物，其粒子質(zhì)輕，常溫下呈固體或半固體而易變形，一般由水包油、油包水以及懸浮固體組成的穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系，是導(dǎo)致其脫水困難的根本原因，也是脫水難度較大的。由于含油污泥的物化性質(zhì)，造成離心脫水性能差，并且易于黏附在螺旋槽內(nèi)較難去除，從而導(dǎo)致泥進(jìn)去后就出不來(lái)，逐漸在螺旋槽內(nèi)黏附與在轉(zhuǎn)鼓表面不均勻分布，形成上述沉積物。車間為保證含油污泥的可脫水性，采用的在含油污泥濃縮池進(jìn)料中增加剩余活性污泥，使得油泥、浮渣及生化系統(tǒng)排出的剩余活性污泥，這“三泥”一起進(jìn)入含油污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理，再進(jìn)行離心脫水處理。由于剩余活性污泥里面含有部分活的微生物，其會(huì)對(duì)油泥中的油和有機(jī)物起一定的降解作用，降低油泥的黏度，從而使污泥物化性質(zhì)有所改變，脫水性能得到一定改善。根據(jù)車間的實(shí)際產(chǎn)泥情況，含油污泥與剩余污泥的體積比，控制在3:1到5:1。
（2）由于離心機(jī)是利用固液兩相的密度差來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的，因此，污泥顆粒比重越大越易于分離。為進(jìn)一步改善污泥脫水性能，進(jìn)行離心脫水前需投加絮凝劑，使固相凝聚，污泥固相和液相分離后更易于脫水。車間是在離心機(jī)入口前投加濃度為3‰的絮凝劑PAM溶液，采取自動(dòng)配藥系統(tǒng)，投加前絮凝劑PAM已在藥罐充分熟化，無(wú)塊狀未溶物。但在實(shí)際運(yùn)行中，PAM投加量平均在250～600L/h，泥餅干度和上清液質(zhì)量控制均較好，滿足處理要求。但由于PAM溶液濃度較大，當(dāng)PAM需要量較小時(shí)，只能降低加藥泵的供給量，這樣勢(shì)必造成因投加量過(guò)低，與進(jìn)泥混合不均，導(dǎo)致PAM和污泥混合不均局部PAM過(guò)量。過(guò)量的PAM因不發(fā)生絮凝而“失效”，聚集形成塊狀物，被黏附物包裹并一起黏附在螺旋槽內(nèi)，表現(xiàn)為白色膠狀物。
（3）因生產(chǎn)的需要，離心機(jī)自2018年10月開機(jī)以來(lái)，直至2020年10月檢修未做任何清理，其間只按照廠家說(shuō)明進(jìn)行常規(guī)的自動(dòng)沖洗，由于水的去污能力不強(qiáng)，加之轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁及螺旋槽內(nèi)的黏附物為疏水的油性污垢和沉積物，沖洗的強(qiáng)度不夠，效果不明顯，導(dǎo)致螺旋槽內(nèi)的沉積物越積越多，厚度越來(lái)越厚。
5 預(yù)防措施
針對(duì)以上分析制訂了以下五點(diǎn)預(yù)防措施。
（1）增加進(jìn)入油泥濃縮池的活性污泥，分析含油污泥理化物性及時(shí)調(diào)整含油污泥和活性污泥進(jìn)入油泥濃縮池的比例，根據(jù)車間的生產(chǎn)情況，合理安排生化污泥的排放量。污泥濃縮時(shí)間由2h延長(zhǎng)至4h，使不同種類的污泥之間充分混合，更好的壓縮沉降，增加污泥比重。
（2）在污泥濃縮池中投加聚合氯化鋁鐵，并充分鼓風(fēng)混合反應(yīng)，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，減少其與水的親合力，對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)調(diào)理，使其膠體顆粒進(jìn)一步增大，提高污泥顆粒的比重。
（3）絮凝劑PAM投加濃度由3‰降低為1‰～2‰，在保證PAM投加量的前提下，加大了藥泵的供給流量，避免或減少了其與污泥混合不均而發(fā)生局部過(guò)量的情況，同樣多的流量所含的PAM有所減少，所以減少了PAM形成的白色膠狀物。
（4）增加停車沖洗時(shí)長(zhǎng)及沖洗強(qiáng)度。每次停機(jī)沖洗時(shí)在執(zhí)行PLC程序的自動(dòng)停機(jī)沖洗程序后，對(duì)含有離心機(jī)進(jìn)行全速（4500rpm左右）沖洗1小時(shí)，再按照全速（4500rpm左右）沖洗5分鐘，中速（2500rpm左右）沖洗5分鐘，低速（800～1000rpm）沖洗五分鐘的程序執(zhí)行。
（5）每次停機(jī)后對(duì)轉(zhuǎn)鼓和螺旋進(jìn)行一次CIP清洗（亦可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，靈活安排），CIP清洗液即配制1%～1.5%的氫氧化鈉溶液，確保pH在12～13。浸泡24h，并每間隔2h，將轉(zhuǎn)鼓和螺旋分別旋轉(zhuǎn)180°，使轉(zhuǎn)鼓和螺旋充分浸泡，用水沖洗直至澄清。
6 總論
檢修后試運(yùn)行，各主要參數(shù)如下表所示：
主要參數(shù) | 進(jìn)料泵變頻（%） | 進(jìn)料量（m3/h） | 扭矩均值（%） | 振動(dòng)均值（mm/s） |
數(shù)值 | 40 | 3.8 | 4.5 | 3.8 |
60 | 9.3 | 8.3 | 4.7 | |
100 | 14.8 | 12.7 | 5.6 |
由上表可知，離心機(jī)處理在接近設(shè)計(jì)負(fù)荷15m3/h的大負(fù)荷處理污泥的情況下，扭矩、振動(dòng)都明顯下降，在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的允許范圍內(nèi)，振動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該離心機(jī)的振動(dòng)報(bào)警值12mm/s。2020年10月～2021年1月，離心機(jī)的運(yùn)行振動(dòng)值主要保持在3～6mm/s。
2021年1月，離心機(jī)停機(jī)經(jīng)過(guò)沖洗后對(duì)離心機(jī)解體檢查，很明顯，螺旋槽內(nèi)沉積較少，說(shuō)明以上措施對(duì)黏附物有一定的預(yù)防和清除作用，保證了螺旋和轉(zhuǎn)鼓組成的轉(zhuǎn)子部分保持有效的動(dòng)平衡，為離心機(jī)平穩(wěn)高負(fù)荷運(yùn)行創(chuàng)造了條件。
