，，，

(唐山三友化工工程設(shè)計有限公司，河北 唐山 063305)

唐山三友集團(tuán)純堿分公司是亞洲最大的氨堿法純堿生產(chǎn)廠之一，作為河北省政府首批循環(huán)經(jīng)濟試點企業(yè)，嚴(yán)格遵守相關(guān)的國家環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)和有關(guān)的地方環(huán)境保護(hù)規(guī)定，以減量化、再利用、資源化為原則，積極發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)廢物的綜合利用。在國內(nèi)化工企業(yè)首創(chuàng)“兩堿一化”(即純堿、氯堿、化纖)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)了一連串的環(huán)保達(dá)標(biāo)。面對當(dāng)前越來越詳細(xì)，越來越具體的環(huán)保要求，規(guī)避環(huán)保風(fēng)險，對廠區(qū)污水系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿足化工企業(yè)污水排放的標(biāo)準(zhǔn)。

1 工藝方案的確定

1.1 改造前廠區(qū)污水系統(tǒng)工藝流程

廠內(nèi)所有生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)車間產(chǎn)生的生產(chǎn)污水均經(jīng)過廠區(qū)排水管網(wǎng)匯集至污水泵房集水池，再由立式污水泵排至污水澄清系統(tǒng)濃縮，濃縮后的上清液由污水管排入氧化塘。氧化塘的水質(zhì)定期檢測，檢測合格后的清液回收作為廠區(qū)石灰窯氣洗滌塔和一級堿渣泵沖洗用水。濃縮后的泥漿經(jīng)渣漿泵送入一級泵站前池。作為污水主要來源的石灰窯氣洗滌塔沖洗后的污水，與生產(chǎn)及輔助生產(chǎn)車間產(chǎn)生的生產(chǎn)污水再進(jìn)入廠區(qū)污水循環(huán)系統(tǒng)，完成污水的循環(huán)再利用。

采用氧化塘作為污水生物處理技術(shù)，雖然經(jīng)氧化塘處理后的清液回水滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求，但是氧化塘占地面積較大，隨著改建擴建項目的不斷增多，氧化塘工藝已經(jīng)不能滿足公司長遠(yuǎn)的發(fā)展要求。其次，采用氧化塘作為污水生物處理的技術(shù)，污水的凈化效果在很大程度上受季節(jié)、氣溫、光照等自然因素的控制，在全年范圍內(nèi)，不夠穩(wěn)定。氧化塘投入使用多年，塘底的防滲處理存在安全隱患。氧化塘為敞開式水處理工藝，夏季容易散發(fā)氣味和滋生蚊蠅等。綜合公司長遠(yuǎn)發(fā)展的要求以及環(huán)境保護(hù)意識的提高，對污水系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造勢在必行。

1.2 廠區(qū)污水系統(tǒng)改造新流程的確定

原廠區(qū)污水循環(huán)系統(tǒng)污水處理的主要目的是分離石灰窯氣洗滌塔沖洗后的固體顆粒，所以污水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置的主要任務(wù)是進(jìn)行固液分離。改造后的污水循環(huán)系統(tǒng)仍采用重力沉降的方式，在原有廠區(qū)污水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝改造。廠區(qū)污水經(jīng)澄清處理后不再排入氧化塘，氧化塘回填不再使用。澄清后的清液通過DN500的清液管道送入減排澄清桶進(jìn)行二次澄清，澄清后的清液通過管道自流入減排主廠房北側(cè)的清液桶，通過清液泵加壓后進(jìn)入管道與廠區(qū)清液管網(wǎng)連接，供用戶使用。澄清后的沉淀物、水不溶物等通過DN100的排泥管道自壓進(jìn)入減排澄清桶西南側(cè)新增設(shè)的泥儲罐，通過泥泵加壓進(jìn)入壓濾工序，形成濾餅后作為工程土使用。

原廠區(qū)污水系統(tǒng)澄清系統(tǒng)主要用于高濃度污水的預(yù)處理，減排澄清桶為二次處理。廠區(qū)污水進(jìn)入澄清桶中心套筒后，其流速隨中心套筒的逐漸擴大而減慢，而澄清面積隨外桶由下而上激劇地增加，使平均上升速度減小。套筒的下端形成固體顆粒沉降區(qū)，有利于提高顆粒的沉降速度。然后懸浮液進(jìn)入過濾層并上升到澄清區(qū)。澄清液經(jīng)頂部設(shè)置的放射狀集液管束溢流到中心桶，最后通過出液總管自流到澄清液桶。

圖1 廠區(qū)污水系統(tǒng)改造流程簡圖

2 主體設(shè)備的確定

設(shè)備選型以工藝技術(shù)方案和物料平衡為依據(jù)，本著成熟可靠、能力大、效率高、能耗低、污染少的原則，校核能力平衡后確定本裝置的主要設(shè)備。主要設(shè)備如表1。

表1 主要設(shè)備一覽表

依托減排車間現(xiàn)有2#、3#澄清桶，現(xiàn)有堿渣桶，通過增加泥儲罐、泥泵、清液泵等對原廠區(qū)污水系統(tǒng)進(jìn)行改造，以較少的資金投入完成工程建設(shè)，充分利用了企業(yè)現(xiàn)有資源，符合國家大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排、安全環(huán)保和產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，具有較好的建設(shè)條件，具有一定的企業(yè)經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益。

3 設(shè)備平面布置圖設(shè)計

設(shè)備布置要考慮生產(chǎn)工藝對設(shè)備布置的要求、設(shè)備安裝對設(shè)備布置的要求以及廠房建筑對設(shè)備布置的要求。布置設(shè)備時一定要滿足工藝流程順序，要保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。由于改造后的廠區(qū)污水系統(tǒng)采用了利舊設(shè)備，除需考慮主體設(shè)備在現(xiàn)場實際中的位置外，還應(yīng)充分利用設(shè)備的高低位差，以節(jié)省動力設(shè)備及費用。

3.1 清液桶和清液泵的平面布置圖設(shè)計

清液桶為減排車間原堿渣桶，現(xiàn)利舊使用，用于存放從澄清桶沉淀后的上清液。原堿渣桶位于減排車間壓濾主廠房西北側(cè)，設(shè)備位號為F0801b。清液泵應(yīng)與清液桶位置較近且便于安裝、維護(hù)及檢修。但由于多年改建擴建項目的增加，致使堿渣桶周圍已無多余空地用于清液泵的安裝。經(jīng)過現(xiàn)場多次考察研究，確定將清液泵安裝于壓濾主廠房東北側(cè)，堿渣桶的東側(cè)。具體位置見圖2。

最西側(cè)清液泵J0801a中心距利舊堿渣桶F0801b中心為28.2 m，F(xiàn)0801c中心與清液泵J0801a中心間距為19.8 m，中間空余場地考慮安裝和檢修時吊車的操作空間。三臺泵J0810a、J0810b、J0810c自西向東并聯(lián)排列，泵中心間距為3 m，泵與泵的間距為2.2 m，滿足泵與泵的間距不小于0.7 m的設(shè)備布置的安全距離。泵的最南側(cè)地腳螺栓中心與墻的間距為3.94 m，滿足泵與墻的間距至少為1.2 m的設(shè)備布置的安全距離。

圖2 清液桶和清液泵的平面布置圖

3.2 泥儲罐和泥泵的平面布置圖設(shè)計

泥儲罐用于儲存2#、3#澄清桶底部排泥，為避免管道內(nèi)介質(zhì)的固體顆粒堵塞管道，泥儲罐應(yīng)距澄清桶位置較近。同理，泥泵應(yīng)與泥儲罐保證最短距離。減排4臺套澄清桶布置如圖3，如在四個澄清桶中心安裝泥儲罐和泥泵顯然不利于施工和檢修。最后確定將泥儲罐和泥泵安裝于4#澄清桶西南側(cè)。

泥儲罐和泥泵的位置如圖4所示，滿足設(shè)備布置的安全距離要求。

圖3 澄清桶布置圖

4 管道的設(shè)計

4.1 澄清液部分管道設(shè)計

根據(jù)生產(chǎn)情況可以確定清液量Q=1000 m3/h，清液泵開二備一，每臺清液泵額定流量為520 m3/h，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)定清液桶F0801b進(jìn)入清液泵的泵進(jìn)口流速為1.2 m/s，根據(jù)公式

1.15 m/s在《化工工藝設(shè)計手冊》常用介質(zhì)流速推薦表的范圍中，滿足允許壓力降和工藝的要求。故可以確定清液泵進(jìn)口管徑為DN400。同理，可知清液泵出口管徑為DN350。三臺清液泵進(jìn)口總管為DN600，出口總管為DN500。

4.2 泥儲罐部分管道設(shè)計

根據(jù)生產(chǎn)情況可以確定泥量Q=50 m3/h，清液泵開一備一，每臺清液泵額定流量為50 m3/h，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)定新增泥儲罐進(jìn)入泥泵的進(jìn)口流速為1.5 m/s，根據(jù)公式計算和校驗，確定泥泵進(jìn)口管徑為DN150，泥泵出口管徑為DN100。兩臺泥泵進(jìn)口總管為DN150，出口總管為DN100。

5 離心泵總揚程的確定

水泵的揚程是根據(jù)所采用的給水系統(tǒng)的工作條件來決定的，計算時還應(yīng)考慮增加1～2 m的安全水頭。此外，一般情況下還要求泵的額定揚程為裝置所需楊程的1.05倍。取安全水頭為1.5 m，水泵揚程的計算公式為H=1.05×H'ST+∑h+Hsev+1.5)，其中H'ST為最低動水位與給水管網(wǎng)中控制點的地面標(biāo)高差，∑h為管路中的總水頭損失，Hsev為給水管網(wǎng)中控制點所要求的最小自由水壓(也叫服務(wù)水頭)。

5.1 新增清液泵總揚程的確定

新增清液泵由利舊堿渣桶F0801b送入廠區(qū)污水循環(huán)回用系統(tǒng)，地面標(biāo)高差H'ST為12 m，服務(wù)水頭Hsev為35 m。

泵出口管道管徑為DN500，全程直管735 m，90°彎頭24個，45°彎頭2個，流量計1個，蝶閥2個，閘閥3個。

管件及閥門的當(dāng)量長度為

0.5×24×35+0.5×2×17+0.5×1×350+0.5×2×300+0.5×3×9=926 m

可理解為直管段長度為735+926=1 661 m

雷諾數(shù)

取管壁的絕對粗糙度ε=0.2(按正常條件下工作的無縫鋼管)

由此可知，4 000

試差法求得λ=0.0168

單位體積流體的沿程損失為

設(shè)計采用直管道壓力降

ΔP=38.01×1.15=43.71 kPa

故可以確定水泵的揚程為

H=1.05×(12+4.371+35+1.5)=55.51 m

5.2 新增泥泵總揚程的確定

新增泥泵由新增泥儲罐送入減排車間廢液前池，控制點所要求的最小自由水壓為0，故服務(wù)水頭Hsev可不考慮。地面標(biāo)高H'ST差為9 m。

泵出口管道管徑為DN100，全程直管337 m，90°彎頭26個，流量計1個，漿液閥4個。

依據(jù)新增清液泵的計算過程，同理可以確定新增泥泵的泵參數(shù)為：揚程20 m，流量50 m3/h。

6 結(jié) 語

廠區(qū)污水系統(tǒng)改造項目設(shè)計完成后，能更有效的分離利用上清液，實現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)，規(guī)避了環(huán)保風(fēng)險。但是，廠區(qū)污水系統(tǒng)涉及到每個生產(chǎn)車間及輔助車間的污水系統(tǒng)，在項目實施后，還要考慮各車間及輔助單位的污水改造，其后續(xù)工作需進(jìn)一步進(jìn)行緊密設(shè)計和改造。