化工廢水處理中試裝置設計思路分析

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摘要：針對化工廢水處理中試裝置使用現(xiàn)狀及特點，從裝置的普適性、設備集成、快速轉(zhuǎn)移和HSE安全方面介紹了廢水處理中試裝置的設計思路，使中試裝置通用性更強，操作更加有效，開展試驗速率快，安全性更高。

關(guān)鍵詞：廢水處理；中試裝置；設計安裝

廢水處理技術(shù)推廣設計的中試裝置，其設計和建設的目的是確認過程的技術(shù)和經(jīng)濟可行性，確定設備的最佳結(jié)構(gòu)材料等，它是中試產(chǎn)業(yè)化的首要步驟，主要工作地點是各科研院所的中試車間［1～5］。隨著國家對環(huán)境保護的要求日益嚴格以及企業(yè)自身科研技術(shù)水平的提升，越來越多的企業(yè)要求將中試裝置運送到現(xiàn)場進行實驗，以求達到更加真實直觀的處理效果，這就對中試裝置的設計及使用提出了一些新的要求，比如廣泛的適應性，設備集成，快速轉(zhuǎn)移，安全要求高，有協(xié)同實驗的能力等。本文針對廢水處理中試裝置需要現(xiàn)場實驗的特點［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計和安裝。

1適應性

廢水中試裝置在進行實驗時，要面臨各種隨時出現(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的適應能力，以保證裝置在各種突發(fā)情況下穩(wěn)定運行，減少環(huán)境因素對實驗的影響。

1．1氣候變化

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

1．2廢水變化

中試裝置試驗的對象是各大化工廠的廢水，每個化工廠的廢水各不相同，甚至同一個工廠也會有不同的流股廢水，廢水在中試裝置內(nèi)反應會產(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)的準確性和實驗設備的正常運轉(zhuǎn)，這就要求中試裝置對各類廢水都有較強的適應性，可以在不利情況下正常運行，并取得可信的實驗數(shù)據(jù)。另外，同一股廢水的水質(zhì)水量也存在波動，中試裝置應具有連續(xù)化運行的能力，以保證在進水水質(zhì)極端變化的情況下也能達到理想的出水效果，這也是廠家要求進行現(xiàn)場實驗的重要原因之一。

2設備集成

現(xiàn)場試驗不同于實驗室實驗，出現(xiàn)突發(fā)狀況的可能性遠大于后者，恢復實驗狀態(tài)的速率遠又不如后者。因此，中試裝置應采用設備集成的方式安裝，實現(xiàn)快速維修并減少現(xiàn)場采購。設備集成主要是指設備系列化，設置節(jié)點網(wǎng)絡電源，備件儲備等。

2．1設備系列化

設備系列化主要集中在以下2個方面：（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)設計［7］，實現(xiàn)工藝快速優(yōu)化；（2）隨著項目開發(fā)轉(zhuǎn)向EPC總包方式，越來越多的項目需要多臺裝置協(xié)同實驗，這就要求每臺裝置的處理量、接口等相互匹配，以減少中間產(chǎn)物的存量，提高實驗效率。

2．2節(jié)點網(wǎng)絡電源

鑒于中試裝置實驗的復雜性，中試裝置的電源控制箱在設計時應預備2個電源接出口：（1）用作節(jié)點電源。在協(xié)同實驗時接通任意一臺設備，即可用這臺設備的節(jié)點電源啟動其他所有設備，迅速開展實驗；（2）用作臨時電源。實驗設備突然損壞（原設備通常是接線端子接電，替代設備通常是插頭接電）或者需要增加某個用電設備時，需要有臨近備用的電源接口。

2．3備件儲備

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)維修車間內(nèi)的備件通用，而實驗地點大部分在遠離市區(qū)的化工園區(qū)內(nèi)，零配件不易購買。因此，中試裝置應設計安裝備件工具箱，配備基本的安裝修理工具，儲存一定數(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輸、到達試驗現(xiàn)場時快速落地就位，并滿足實驗條件。具體到裝置設計上，可以采用撬裝式結(jié)構(gòu)，減少可移動的裝配件數(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，實驗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)運效率，并降低裝置對場地的要求，快速開展實驗，還可以防止設備因長途運輸過程中的振動導致螺帽脫落、丟失等問題。對于某些有保密需求的技術(shù)來說，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

中試裝置是以滿足工藝要求設計安裝的，但為達成異地實驗的目的，中試裝置還需要滿足相關(guān)的道路運輸管理辦法和GB／T16471—1996等國標／地標規(guī)定的運輸要求。這兩者不可避免的會產(chǎn)生沖突，導致部分設備因超標、超限而拆卸運輸，中試裝置的操作空間又相對狹小，使裝配件的拆卸、安裝費時費力，還會增加事故風險。因此，中試裝置應盡量減少因運輸超限而拆卸、現(xiàn)場裝配的設備，可采用縮小處理量或分體設計等手段規(guī)避此類限制；對需要現(xiàn)場組裝的配件設計專門的運輸固定點，提高運輸安全性等。

3．3零配件簡易化

在工況允許的情況下，中試裝置應盡量采用易安裝、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，甚至與實驗同時進行，提高實驗效率。例如在管道連接時可以用卡盤代替法蘭［7］，或者將六孔法蘭變?yōu)闉槿追ㄌm，以便快速斷開管道進行運輸和修理等。

3．4裝置放空

中試裝置應設計放空裝置，并在實驗結(jié)束后放空，使容器處于常壓、無流動液體／固體狀態(tài)。換熱器的導熱油，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)存余的液氧等都應在實驗結(jié)束后放空，以防止中試裝置在安裝運輸過程中出現(xiàn)泄露、爆炸、飛濺等問題。

4安全與環(huán)境（HSE）

中試裝置是一個完整獨立的運行工序，可以將裝置看作一個工廠，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

中試裝置的實驗區(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，并設計安全防護措施：安裝阻燃防爆設備，配備相應的消防器材和勞保用品，編寫安全操作規(guī)程和應急預案以及廠家的HSE要求，對特種設備提前備案、環(huán)評等。

4．2“三廢”及產(chǎn)物

一個合格的中試裝置應附帶處理自身產(chǎn)出物的裝置。中試裝置在運行時，不可避免的會產(chǎn)生“三廢”和實驗產(chǎn)品，雖然產(chǎn)量小，但依然會對周圍環(huán)境造成損害。因此，在保證裝置正常運行之時，遵守國家關(guān)于“三同時”的原則［8］，妥善處理中試裝置產(chǎn)生“三廢”及各種實驗產(chǎn)品。實際運行時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)運至指定地點由廠家處理，或設置專門的處理裝置，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

針對環(huán)保中試裝置現(xiàn)場實驗的特點，對中試裝置的設計安裝提出優(yōu)化改進意見：（1）中試裝置應具有更加廣泛的適應性，對進料變化、天氣變化等具有一定抗性；（2）設置網(wǎng)絡節(jié)點電源，配置工具箱，統(tǒng)一設備及零配件規(guī)格提高試驗效率；（3）減少拆裝配件，可清空裝置，采用集裝箱式撬裝結(jié)構(gòu)以便于運輸；（4）按照車間安全生產(chǎn)要求運行和維護中試裝置。

參考文獻

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［7］李穎．淺談原料藥中試車間設計［J］．廣州化工，2012，40（13）：174－175．

［8］程曉莉．合成多功能中試車間設計研究［D］．西安：西北大學，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