化工廢水處理中試裝置設(shè)計(jì)思路分析

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摘要：針對(duì)化工廢水處理中試裝置使用現(xiàn)狀及特點(diǎn)，從裝置的普適性、設(shè)備集成、快速轉(zhuǎn)移和HSE安全方面介紹了廢水處理中試裝置的設(shè)計(jì)思路，使中試裝置通用性更強(qiáng)，操作更加有效，開(kāi)展試驗(yàn)速率快，安全性更高。

關(guān)鍵詞：廢水處理；中試裝置；設(shè)計(jì)安裝

廢水處理技術(shù)推廣設(shè)計(jì)的中試裝置，其設(shè)計(jì)和建設(shè)的目的是確認(rèn)過(guò)程的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，確定設(shè)備的最佳結(jié)構(gòu)材料等，它是中試產(chǎn)業(yè)化的首要步驟，主要工作地點(diǎn)是各科研院所的中試車(chē)間［1～5］。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格以及企業(yè)自身科研技術(shù)水平的提升，越來(lái)越多的企業(yè)要求將中試裝置運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以求達(dá)到更加真實(shí)直觀的處理效果，這就對(duì)中試裝置的設(shè)計(jì)及使用提出了一些新的要求，比如廣泛的適應(yīng)性，設(shè)備集成，快速轉(zhuǎn)移，安全要求高，有協(xié)同實(shí)驗(yàn)的能力等。本文針對(duì)廢水處理中試裝置需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)［6］，結(jié)合環(huán)保水處理發(fā)展方向，介紹了廢水中試處理裝置的設(shè)計(jì)和安裝。

1適應(yīng)性

廢水中試裝置在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要面臨各種隨時(shí)出現(xiàn)的意外情況，其中以氣候變化、水質(zhì)變化最為突出。這就要求中試裝置要具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，以保證裝置在各種突發(fā)情況下穩(wěn)定運(yùn)行，減少環(huán)境因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

1．1氣候變化

中試裝置大多在室外進(jìn)行試驗(yàn)，裝置的規(guī)模不能抵消氣候變化帶來(lái)的影響，它對(duì)氣候的變化遠(yuǎn)比工業(yè)裝置敏感。氣候變化的影響主要有以下2個(gè)方面：（1）直接影響。主要是指雨、雪、雷、電等氣候變化對(duì)用電設(shè)備的影響。中試裝置要有能在雨雪天氣下正常運(yùn)行的安全防范措施，尤其是某些中試實(shí)驗(yàn)需要露天進(jìn)行，所有接電設(shè)備應(yīng)設(shè)置防雨防雷裝置；（2）間接影響。氣候變化引起的主要間接影響是溫度變化。一些對(duì)溫度敏感的實(shí)驗(yàn)需要有相應(yīng)的保溫設(shè)施，防止裝置出現(xiàn)凍裂、堵塞等問(wèn)題。中試裝置要有在溫度劇烈變化（大于10℃）下正常運(yùn)行的能力。

1．2廢水變化

中試裝置試驗(yàn)的對(duì)象是各大化工廠的廢水，每個(gè)化工廠的廢水各不相同，甚至同一個(gè)工廠也會(huì)有不同的流股廢水，廢水在中試裝置內(nèi)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)成各種沉淀，結(jié)垢，起泡，顏色加深等變化，從而影響儀表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這就要求中試裝置對(duì)各類(lèi)廢水都有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在不利情況下正常運(yùn)行，并取得可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外，同一股廢水的水質(zhì)水量也存在波動(dòng)，中試裝置應(yīng)具有連續(xù)化運(yùn)行的能力，以保證在進(jìn)水水質(zhì)極端變化的情況下也能達(dá)到理想的出水效果，這也是廠家要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的重要原因之一。

2設(shè)備集成

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不同于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)突發(fā)狀況的可能性遠(yuǎn)大于后者，恢復(fù)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的速率遠(yuǎn)又不如后者。因此，中試裝置應(yīng)采用設(shè)備集成的方式安裝，實(shí)現(xiàn)快速維修并減少現(xiàn)場(chǎng)采購(gòu)。設(shè)備集成主要是指設(shè)備系列化，設(shè)置節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)電源，備件儲(chǔ)備等。

2．1設(shè)備系列化

設(shè)備系列化主要集中在以下2個(gè)方面：（1）中試裝置的零配件盡量采用統(tǒng)一尺寸以便于維修和調(diào)換，提高作業(yè)效率，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［7］，實(shí)現(xiàn)工藝快速優(yōu)化；（2）隨著項(xiàng)目開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向EPC總包方式，越來(lái)越多的項(xiàng)目需要多臺(tái)裝置協(xié)同實(shí)驗(yàn)，這就要求每臺(tái)裝置的處理量、接口等相互匹配，以減少中間產(chǎn)物的存量，提高實(shí)驗(yàn)效率。

2．2節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)電源

鑒于中試裝置實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，中試裝置的電源控制箱在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)備2個(gè)電源接出口：（1）用作節(jié)點(diǎn)電源。在協(xié)同實(shí)驗(yàn)時(shí)接通任意一臺(tái)設(shè)備，即可用這臺(tái)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)電源啟動(dòng)其他所有設(shè)備，迅速開(kāi)展實(shí)驗(yàn)；（2）用作臨時(shí)電源。實(shí)驗(yàn)設(shè)備突然損壞（原設(shè)備通常是接線端子接電，替代設(shè)備通常是插頭接電）或者需要增加某個(gè)用電設(shè)備時(shí)，需要有臨近備用的電源接口。

2．3備件儲(chǔ)備

中試裝置因其規(guī)模的限制和使用的需要，其采用的零配件大多難以和廠區(qū)維修車(chē)間內(nèi)的備件通用，而實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)大部分在遠(yuǎn)離市區(qū)的化工園區(qū)內(nèi)，零配件不易購(gòu)買(mǎi)。因此，中試裝置應(yīng)設(shè)計(jì)安裝備件工具箱，配備基本的安裝修理工具，儲(chǔ)存一定數(shù)量的螺絲、螺帽、墊片等易損易更換備件和扎帶、潤(rùn)滑油、喉箍、生料帶等消耗品。

3快速轉(zhuǎn)移

快速轉(zhuǎn)移是指裝置可以快速打包運(yùn)輸、到達(dá)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)快速落地就位，并滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件。具體到裝置設(shè)計(jì)上，可以采用撬裝式結(jié)構(gòu)，減少可移動(dòng)的裝配件數(shù)量，采用易安裝、易拆卸的零配件，安裝放空裝置。

3．1撬裝

為了快速轉(zhuǎn)移，實(shí)驗(yàn)裝置可以采用集裝箱式撬裝結(jié)構(gòu)。裝置安裝在集裝箱內(nèi)部，提高裝置的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，并降低裝置對(duì)場(chǎng)地的要求，快速開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，還可以防止設(shè)備因長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)導(dǎo)致螺帽脫落、丟失等問(wèn)題。對(duì)于某些有保密需求的技術(shù)來(lái)說(shuō)，采用集裝箱式撬裝結(jié)構(gòu)可以提高裝置的保密性。

3．2裝配件減量化

中試裝置是以滿(mǎn)足工藝要求設(shè)計(jì)安裝的，但為達(dá)成異地實(shí)驗(yàn)的目的，中試裝置還需要滿(mǎn)足相關(guān)的道路運(yùn)輸管理辦法和GB／T16471—1996等國(guó)標(biāo)／地標(biāo)規(guī)定的運(yùn)輸要求。這兩者不可避免的會(huì)產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致部分設(shè)備因超標(biāo)、超限而拆卸運(yùn)輸，中試裝置的操作空間又相對(duì)狹小，使裝配件的拆卸、安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)增加事故風(fēng)險(xiǎn)。因此，中試裝置應(yīng)盡量減少因運(yùn)輸超限而拆卸、現(xiàn)場(chǎng)裝配的設(shè)備，可采用縮小處理量或分體設(shè)計(jì)等手段規(guī)避此類(lèi)限制；對(duì)需要現(xiàn)場(chǎng)組裝的配件設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸固定點(diǎn)，提高運(yùn)輸安全性等。

3．3零配件簡(jiǎn)易化

在工況允許的情況下，中試裝置應(yīng)盡量采用易安裝、易拆卸的零配件。易安裝、易拆卸的零配件可以在較小的操作空間內(nèi)快速修理、更換，甚至與實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，提高實(shí)驗(yàn)效率。例如在管道連接時(shí)可以用卡盤(pán)代替法蘭［7］，或者將六孔法蘭變?yōu)闉槿追ㄌm，以便快速斷開(kāi)管道進(jìn)行運(yùn)輸和修理等。

3．4裝置放空

中試裝置應(yīng)設(shè)計(jì)放空裝置，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后放空，使容器處于常壓、無(wú)流動(dòng)液體／固體狀態(tài)。換熱器的導(dǎo)熱油，冷卻水池的循環(huán)水，物料接收池／罐、裝置內(nèi)留存的沖洗水，液氧罐內(nèi)存余的液氧等都應(yīng)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后放空，以防止中試裝置在安裝運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)泄露、爆炸、飛濺等問(wèn)題。

4安全與環(huán)境（HSE）

中試裝置是一個(gè)完整獨(dú)立的運(yùn)行工序，可以將裝置看作一個(gè)工廠，中試裝置必須有完善的安全生產(chǎn)規(guī)章制度。

4．1安全生產(chǎn)中試裝置要符合相關(guān)的HSE要求

中試裝置的實(shí)驗(yàn)區(qū)域一般在工廠的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，這就要求中試裝置要符合的HSE要求，并設(shè)計(jì)安全防護(hù)措施：安裝阻燃防爆設(shè)備，配備相應(yīng)的消防器材和勞保用品，編寫(xiě)安全操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案以及廠家的HSE要求，對(duì)特種設(shè)備提前備案、環(huán)評(píng)等。

4．2“三廢”及產(chǎn)物

一個(gè)合格的中試裝置應(yīng)附帶處理自身產(chǎn)出物的裝置。中試裝置在運(yùn)行時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生“三廢”和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，雖然產(chǎn)量小，但依然會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成損害。因此，在保證裝置正常運(yùn)行之時(shí)，遵守國(guó)家關(guān)于“三同時(shí)”的原則［8］，妥善處理中試裝置產(chǎn)生“三廢”及各種實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。實(shí)際運(yùn)行時(shí)最佳的處理措施是將產(chǎn)出物返回到原工藝流程中，也可以集中轉(zhuǎn)運(yùn)至指定地點(diǎn)由廠家處理，或設(shè)置專(zhuān)門(mén)的處理裝置，如用臭氧尾氣破壞器處理臭氧尾氣后排空，冷卻水循環(huán)利用等。

5結(jié)論

針對(duì)環(huán)保中試裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，對(duì)中試裝置的設(shè)計(jì)安裝提出優(yōu)化改進(jìn)意見(jiàn)：（1）中試裝置應(yīng)具有更加廣泛的適應(yīng)性，對(duì)進(jìn)料變化、天氣變化等具有一定抗性；（2）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源，配置工具箱，統(tǒng)一設(shè)備及零配件規(guī)格提高試驗(yàn)效率；（3）減少拆裝配件，可清空裝置，采用集裝箱式撬裝結(jié)構(gòu)以便于運(yùn)輸；（4）按照車(chē)間安全生產(chǎn)要求運(yùn)行和維護(hù)中試裝置。

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［8］程曉莉．合成多功能中試車(chē)間設(shè)計(jì)研究［D］．西安：西北大學(xué)，2010．

作者：吳軍亮 宋紅 董振海 崔麗敏 單位：中化環(huán)境控股有限公司