一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置及方法
【專利摘要】一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置及方法，屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。深床過(guò)濾器在一套裝置中可以有1臺(tái)、2臺(tái)……n臺(tái)；深床過(guò)濾器包括殼體，設(shè)置在殼體下部的集水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體上部的布水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體下部的濾料墊層，設(shè)置在殼體中部的濾料，設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置；反洗泵為離心泵，所配電機(jī)可以變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；流量檢測(cè)裝置安裝于反洗泵出口主干反洗管線上；控制柜具有PLC控制器，具有調(diào)節(jié)反洗泵轉(zhuǎn)速的變頻器；流量檢測(cè)裝置和設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置均有檢測(cè)信號(hào)輸出端與PLC的信號(hào)采集端相連。本發(fā)明的效果是產(chǎn)生流量波動(dòng)的反洗水對(duì)濾層進(jìn)行高效、節(jié)水的清洗。
【專利說(shuō)明】一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置及方法，屬于自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]深床過(guò)濾裝置廣泛應(yīng)用于石油開采、冶金、電力、自來(lái)水等行業(yè)。其濾料廣泛使用石英砂、金剛砂、石榴石、磁鐵礦、海綠石、無(wú)煙煤、陶粒等硬質(zhì)顆粒濾料或者軟質(zhì)纖維球?yàn)V料等。深床過(guò)濾與表面過(guò)濾相比具有截污量大、過(guò)濾周期長(zhǎng)、抗沖擊、操作維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)際使用過(guò)程中由于工況、人為因素等的影響，造成過(guò)濾器反洗不徹底引起濾料板結(jié)、濾料流失等現(xiàn)象，使過(guò)濾器失去截污能力，造成出水水質(zhì)變差、頻繁更換濾料。隨著過(guò)濾器的自動(dòng)化，人參與過(guò)濾器流程越來(lái)越少，人對(duì)過(guò)濾器的感知也越來(lái)越少，失去了對(duì)過(guò)濾器調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，其工況改變以后，反洗流量等參數(shù)未變的情況下，濾料得不到充分的反洗，日積月累造成濾料板結(jié)、濾料流失等過(guò)濾器失效的結(jié)果。
[0003]深床過(guò)濾裝置的濾料密度均大于過(guò)濾液體，在過(guò)濾裝置中靠與過(guò)濾液體的密度差沉積在裝置下部，形成過(guò)濾床。過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾液體由過(guò)濾裝置上部進(jìn)入，由上而下經(jīng)過(guò)濾床，靠堆積濾料間的縫隙攔截，靠濾料表面進(jìn)行吸附，達(dá)到對(duì)濾液進(jìn)行凈化的目的。反洗時(shí)，反洗水從過(guò)濾裝置下部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)布水裝置分散，向上經(jīng)過(guò)濾床，當(dāng)濾料顆粒周圍反洗水流速大于濾料的沉降速度時(shí)，濾料上浮，整個(gè)床層出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。上浮的濾料在向上的過(guò)程中，濾料數(shù)量密度減小，反洗水所占的截面積變大，流速下降，當(dāng)?shù)陀跒V料的沉降速度時(shí)，濾料下降，由于過(guò)濾裝置中反洗水不是層流的狀態(tài)，所以濾料也就在湍流的反洗水中上下運(yùn)動(dòng)、相互碰撞、相互摩擦，達(dá)到使粘附的雜質(zhì)脫附，使濾料再生的目的。當(dāng)濾料污染嚴(yán)重，結(jié)成了大團(tuán)時(shí)，原來(lái)的反洗水量就不足以使整個(gè)床層膨脹，必須增大反洗水量才能使大團(tuán)破碎、使濾層膨脹、使濾料碰撞、摩擦?，F(xiàn)有的過(guò)濾裝置其反洗流量控制方式有手動(dòng)控制或流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥配合控制等，均為恒定流量的反洗，即在整個(gè)反洗過(guò)程中，反洗水流量不發(fā)生變化。在流量不變的情況下，濾床層膨脹量處于該流量的最大狀態(tài)，床層濾料間的密實(shí)度處于該流量的最小狀態(tài)，流體對(duì)顆粒的沖刷力處于最小狀態(tài)，清洗效率低。如果加大反洗水量，流體對(duì)顆粒的沖刷力增大后，隨著濾床膨脹量的增加，沖刷力會(huì)隨之降低，清洗效率仍然回到較低狀態(tài)。并且隨著濾床膨脹量的增加，濾料會(huì)到達(dá)過(guò)濾器反洗出水口，造成濾料漏失或者堵塞出口，徹底失去反洗的效果。如果出現(xiàn)濾料污染，開始結(jié)團(tuán)板結(jié)后，該反洗流量將不足以使板結(jié)濾料破碎，反洗水會(huì)從阻力最小的板結(jié)塊間的漏縫中穿過(guò)，往后污染會(huì)更加嚴(yán)重，板結(jié)的程度會(huì)擴(kuò)大，板結(jié)強(qiáng)度會(huì)更大，逐步惡化，最終達(dá)到不得不整體更換濾料的程度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置。針對(duì)以往過(guò)濾裝置反洗水量恒定，反洗效率低，不能達(dá)到反洗效果的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)提供脈沖反洗水，使瞬時(shí)的最大反洗流量增大，濾料顆粒間碰撞摩擦劇烈，增大反洗強(qiáng)度，大流量持續(xù)時(shí)間短，不會(huì)使濾床膨脹到很高。大流量的反洗水沖刷強(qiáng)度大，反洗強(qiáng)度高，對(duì)整個(gè)床層有沖擊松動(dòng)的效應(yīng)，對(duì)結(jié)團(tuán)濾料破碎性強(qiáng)。以達(dá)到充分清洗濾料、避免濾料流失、節(jié)省反洗水量、減輕人員工作強(qiáng)度、增加濾料使用壽命、適應(yīng)工況條件變化的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明提供的一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置，由具備變頻調(diào)節(jié)的反洗泵、具有變頻器和PLC控制器的控制柜、反洗泵后的流量檢測(cè)裝置、深床過(guò)濾器、過(guò)濾器內(nèi)部安裝的濾料高度檢測(cè)裝置、具有自動(dòng)控制脈沖反洗和處理濾料高度信號(hào)和反洗流量的控制程序等組成；
[0007]深床過(guò)濾器在一套裝置中可以有I臺(tái)、2臺(tái)……η臺(tái)；
[0008]深床過(guò)濾器包括殼體，設(shè)置在殼體下部的集水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體上部的布水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體下部的濾料墊層，設(shè)置在殼體中部的濾料，設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置；
[0009]反洗泵為離心泵，所配電機(jī)可以變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；
[0010]流量檢測(cè)裝置安裝于反洗泵出口主干反洗管線上；
[0011]控制柜具有PLC控制器，具有調(diào)節(jié)反洗泵轉(zhuǎn)速的變頻器；
[0012]流量檢測(cè)裝置和設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置均有檢測(cè)信號(hào)輸出端與PLC的信號(hào)采集端相連。
[0013]一種脈沖反洗深床過(guò)濾方法，含有以下步驟:
[0014]過(guò)濾器反洗時(shí)，由PLC控制器的自動(dòng)控制程序輸出信號(hào)給反洗泵的變頻器，調(diào)整變頻器的輸出頻率，控制反洗泵轉(zhuǎn)速；反洗泵為離心泵，其不同的轉(zhuǎn)速使其輸出量和輸出壓力不同，這種不斷波動(dòng)的反洗水進(jìn)入過(guò)濾器后，對(duì)濾料層產(chǎn)生波動(dòng)的沖擊；在濾料層膨脹高度一定的情況下，達(dá)到高效、節(jié)水反洗的目的；
[0015]反洗的一個(gè)脈沖周期的第一階段步驟，程序發(fā)出指令使反洗泵變頻器頻率加快，提高反洗泵流量和出口壓力，達(dá)到設(shè)定的最大流量；
[0016]第二階段步驟，PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持流量在最大反洗流量范圍一定時(shí)間。該階段過(guò)濾器內(nèi)部安裝的濾料高度檢測(cè)裝置不斷傳回濾料層的實(shí)時(shí)高度信號(hào)，達(dá)到警戒高度時(shí)也會(huì)立即使程序進(jìn)入第三階段，但如果達(dá)到限定時(shí)間濾料層膨脹仍然不能達(dá)到限定高度，則報(bào)警提示操作人員檢查過(guò)濾器，如果是濾料污染嚴(yán)重則增大反洗流量上限設(shè)置；
[0017]第三階段步驟，變頻器頻率變小，達(dá)到設(shè)定的最低反洗流量；
[0018]第四階段步驟，PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持反洗流量在最小反洗流量范圍一定時(shí)間；
[0019]完成一個(gè)脈沖周期，隨即進(jìn)入另一個(gè)脈沖周期，周而復(fù)始，達(dá)到設(shè)定的反洗時(shí)間即結(jié)束。
[0020]本發(fā)明的效果是產(chǎn)生流量波動(dòng)的反洗水對(duì)濾層進(jìn)行高效、節(jié)水的清洗。在脈沖周期第一階段隨著反洗泵的頻率增高，反洗水量逐漸增大，使濾床逐漸膨脹松動(dòng)，濾料間的孔隙增大。該階段變頻器也緩解了泵啟動(dòng)所需大電流對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)沖擊。當(dāng)反洗水量達(dá)到最大時(shí)，進(jìn)入脈沖周期的第二階段，流量保持最大范圍一定時(shí)間。因?yàn)榱髁吭龃蠛螅瑸V層膨脹到穩(wěn)定狀態(tài)有一個(gè)響應(yīng)過(guò)程，最終達(dá)到沸騰狀的流態(tài)化狀態(tài)。而流量剛達(dá)到最大時(shí)濾料層還處于膨脹的過(guò)程中，沒(méi)有處于膨脹的最大狀態(tài)，濾料間孔隙不是最大，濾料處于比較密實(shí)的狀態(tài)，與水流的沖刷比較大，互相碰撞的機(jī)會(huì)比較多，濾料所粘附的濾出物容易脫附，反洗效率高。隨著濾料層的膨脹程度繼續(xù)增大，濾料密實(shí)程度隨之降低，濾料間碰撞機(jī)會(huì)變小，與水流的沖刷力變小，反洗效率也降低。為了擺脫這種低效工作，程序進(jìn)入脈沖周期的第三階段，控制反洗水量逐漸減小，此時(shí)濾料層的膨脹高度逐漸回落。脈沖周期的第四階段，系統(tǒng)維持較小的反洗流量，同第二階段的濾層膨脹一樣，濾料回落也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，需要有個(gè)時(shí)間過(guò)程使膨脹的濾料層繼續(xù)回落。此時(shí)由于反洗水量小，對(duì)濾料的沖刷力小，反洗效率低，但持續(xù)的水流能將前期流量較大時(shí)脫附的濾出物帶離濾料層，達(dá)到濾料清洗的效果，使濾料層回落到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣就完成了一個(gè)脈沖周期，再進(jìn)行下一個(gè)脈沖周期，如此循環(huán)，達(dá)到高效反洗、節(jié)水的目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0022]圖1為本發(fā)明的裝置流程圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的深床過(guò)濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0024]圖3為脈沖反洗深床過(guò)濾器和傳統(tǒng)深床過(guò)濾器反洗流量示意圖。
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

【具體實(shí)施方式】
[0026]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027]實(shí)施例1:如圖1、圖2、圖3所示，
[0028]本發(fā)明為一套具有全自動(dòng)控制的脈沖反洗深床過(guò)濾裝置。整套裝置由具備變頻調(diào)節(jié)的反洗泵4、具有變頻器和PLC控制器的控制柜2、反洗水流量檢測(cè)裝置3、深床過(guò)濾器1、濾料高度檢測(cè)裝置6、具有自動(dòng)控制脈沖反洗和處理濾料高度信號(hào)和反洗流量的控制程序等組成。
[0029]深床過(guò)濾器I在一套裝置中可以有I臺(tái)、2臺(tái)……η臺(tái)。深床過(guò)濾器I由殼體7，設(shè)置在殼體下部的集水機(jī)構(gòu)10及其接管，設(shè)置在殼體上部的布水機(jī)構(gòu)5及其接管，設(shè)置在殼體下部的濾料墊層9，設(shè)置在殼體中部的濾料8，設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置6等組成。反洗泵4為離心泵，所配電機(jī)可以變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，整套裝置可以有I臺(tái)或2臺(tái)反洗泵，可以同時(shí)工作也可以一用一備。流量檢測(cè)裝置3安裝于反洗泵出口主干反洗管線上，可以檢測(cè)每一臺(tái)過(guò)濾器的反洗流量?？刂乒?具有PLC控制器，具有調(diào)節(jié)反洗泵轉(zhuǎn)速的變頻器等，其PLC預(yù)先編制控制程序，其觸摸屏可以顯示各過(guò)濾器的運(yùn)行狀態(tài)、反洗水瞬時(shí)流量、反洗進(jìn)行時(shí)間、濾料高度等參數(shù)，也可以調(diào)節(jié)反洗水量、反洗時(shí)間、反洗周期等參數(shù)。
[0030]過(guò)濾器需要反洗時(shí)，程序首先切換流程，關(guān)閉過(guò)濾進(jìn)水閥和過(guò)濾出水閥，打開反洗進(jìn)水閥和反洗出水閥。隨之程序進(jìn)入反洗程序的一個(gè)脈沖周期的第一階段，程序發(fā)出指令啟動(dòng)反洗泵后，使反洗泵變頻器頻率加快，提高反洗泵流量和出口壓力，達(dá)到設(shè)定的最大流量。隨著反洗水量逐漸增大，濾床逐漸膨脹松動(dòng)，濾料間的孔隙增大，反洗效果逐漸增強(qiáng)。該階段變頻器也緩解了反洗泵啟動(dòng)所需大電流對(duì)電網(wǎng)的瞬時(shí)沖擊。第二階段PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持流量在最大反洗流量范圍一定時(shí)間。反洗流量增大后濾料層膨脹到穩(wěn)定狀態(tài)有一個(gè)響應(yīng)過(guò)程，最終達(dá)到沸騰狀的流態(tài)化狀態(tài)。而流量剛達(dá)到最大時(shí)濾料層還處于膨脹的過(guò)程中，沒(méi)有處于膨脹的最大狀態(tài)，濾料間孔隙不是最大，濾料處于比較密實(shí)的狀態(tài)，與水流的沖刷比較大，互相碰撞的機(jī)會(huì)比較多，濾料所粘附的濾出物容易脫附，反洗效率高。隨著濾料層的膨脹程度繼續(xù)增大，濾料密實(shí)程度隨之降低，濾料間碰撞機(jī)會(huì)變小，與水流的沖刷力變小，反洗效率也降低。為了擺脫這種低效工作，程序進(jìn)入脈沖周期的第三階段。該階段過(guò)濾器內(nèi)部安裝的濾料高度檢測(cè)裝置不斷傳回濾料層的實(shí)時(shí)高度信號(hào)，達(dá)到警戒高度時(shí)也會(huì)立即使程序進(jìn)入第三階段。第三階段變頻器頻率變小，達(dá)到設(shè)定的最低反洗流量，此過(guò)程濾料層的膨脹高度逐漸回落。第四階段PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持反洗流量在最小反洗流量范圍一定時(shí)間。同第二階段的濾層膨脹一樣，濾料回落也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，需要有個(gè)時(shí)間過(guò)程使膨脹的濾料層繼續(xù)回落。此時(shí)由于反洗水量小，對(duì)濾料的沖刷力小，反洗效率低，但持續(xù)的水流能將前期流量較大時(shí)脫附的濾出物帶離濾料層，達(dá)到濾料清洗的效果，使濾料層回落到穩(wěn)定狀態(tài)。這樣就完成了一個(gè)脈沖周期，隨即進(jìn)入另一個(gè)脈沖周期，如此循環(huán)，達(dá)到高效反洗、節(jié)水的目的，達(dá)到設(shè)定的反洗時(shí)間即結(jié)束。
[0031]實(shí)施例2:如圖1、圖2所示，一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置，包括深床過(guò)濾器、反洗泵和流量檢測(cè)裝置，深床過(guò)濾器有殼體，在殼體下部設(shè)置集水機(jī)構(gòu)及其接管，在殼體上部設(shè)置布水機(jī)構(gòu)及其接管，在殼體下部設(shè)置濾料墊層，在殼體中部設(shè)置濾料，在殼體上部設(shè)置濾料高度檢測(cè)裝置；反洗泵為離心泵，反洗泵連接深床過(guò)濾器；流量檢測(cè)裝置安裝于反洗泵出口主干反洗管線上。
[0032]如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒(méi)有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖反洗深床過(guò)濾方法，其特征在于含有以下步驟: 過(guò)濾器反洗時(shí)，由PLC控制器的自動(dòng)控制程序輸出信號(hào)給反洗泵的變頻器，調(diào)整變頻器的輸出頻率，控制反洗泵轉(zhuǎn)速；反洗泵為離心泵，其不同的轉(zhuǎn)速使其輸出量和輸出壓力不同，這種不斷波動(dòng)的反洗水進(jìn)入過(guò)濾器后，對(duì)濾料層產(chǎn)生波動(dòng)的沖擊；在濾料層膨脹高度一定的情況下，達(dá)到高效、節(jié)水反洗的目的； 反洗的一個(gè)脈沖周期的第一階段步驟，程序發(fā)出指令使反洗泵變頻器頻率加快，提高反洗泵流量和出口壓力，達(dá)到設(shè)定的最大流量； 第二階段步驟，PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持流量在最大反洗流量范圍一定時(shí)間；該階段過(guò)濾器內(nèi)部安裝的濾料高度檢測(cè)裝置不斷傳回濾料層的實(shí)時(shí)高度信號(hào)，達(dá)到警戒高度時(shí)也會(huì)立即使程序進(jìn)入第三階段，但如果達(dá)到限定時(shí)間濾料層膨脹仍然不能達(dá)到限定高度，則報(bào)警提示操作人員檢查過(guò)濾器，如果是濾料污染嚴(yán)重則增大反洗流量上限設(shè)置； 第三階段步驟，變頻器頻率變小，達(dá)到設(shè)定的最低反洗流量； 第四階段步驟，PLC根據(jù)流量傳感器的返回信號(hào)調(diào)整變頻器輸出頻率，以保持反洗流量在最小反洗流量范圍一定時(shí)間； 完成一個(gè)脈沖周期，隨即進(jìn)入另一個(gè)脈沖周期，周而復(fù)始，達(dá)到設(shè)定的反洗時(shí)間即結(jié)束。
2.一種脈沖反洗深床過(guò)濾裝置，其特征在于由具備變頻調(diào)節(jié)的反洗泵、具有變頻器和PLC控制器的控制柜、反洗泵后的流量檢測(cè)裝置、深床過(guò)濾器、過(guò)濾器內(nèi)部安裝的濾料高度檢測(cè)裝置、具有自動(dòng)控制脈沖反洗和處理濾料高度信號(hào)和反洗流量的控制程序等組成； 深床過(guò)濾器在一套裝置中可以有I臺(tái)、2臺(tái)……η臺(tái)； 深床過(guò)濾器包括殼體，設(shè)置在殼體下部的集水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體上部的布水機(jī)構(gòu)及其接管，設(shè)置在殼體下部的濾料墊層，設(shè)置在殼體中部的濾料，設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置； 反洗泵為離心泵，所配電機(jī)可以變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速； 流量檢測(cè)裝置安裝于反洗泵出口主干反洗管線上； 控制柜具有PLC控制器，具有調(diào)節(jié)反洗泵轉(zhuǎn)速的變頻器； 流量檢測(cè)裝置和設(shè)置在殼體上部的濾料高度檢測(cè)裝置均有檢測(cè)信號(hào)輸出端與PLC的信號(hào)采集端相連。
【文檔編號(hào)】B01D24/14GK104208928SQ201310219390
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】李向偉, 楊曉峰, 莫同鴻, 鄢玲俐, 何策, 李斌, 劉昌顯, 伍遠(yuǎn)平, 楊迅, 姚薇, 劉驍, 程雁 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院, 江漢機(jī)械研究所