周亮亮， 周麗娜

(1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州 341000)

雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計

周亮亮1， 周麗娜2

(1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州 341000)

介紹了廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計原則和特點，探討了超純水設(shè)備和管路系統(tǒng)的配置形式，對于管路系統(tǒng)在設(shè)計、施工和使用過程中容易產(chǎn)生的問題提出了解決方法和建議。

雜銅冶煉廠； 超純水； 管路系統(tǒng)； 設(shè)計； 配置

0 引言

隨著人們對高質(zhì)量產(chǎn)品的追求以及對環(huán)保問題的重視，各種精密高端的檢測設(shè)備逐漸被采用，如原子吸收光譜儀、ICP光譜儀、液相色譜儀和離子色譜儀等。這些精密高端檢測設(shè)備通常需要用高質(zhì)量的超純水以滿足常量、微量和痕量儀器分析要求。傳統(tǒng)的采用電加熱蒸餾法或陰陽離子交換法制得的純水已不能完全滿足光譜分析的要求，目前需要采用新型的純水制備工藝方法。超純水機(jī)采用反滲透技術(shù)制取高質(zhì)量的超純水廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中，除超純水制備系統(tǒng)外，超純水管路系統(tǒng)也是保證高質(zhì)量水質(zhì)的一個重要因素，因此超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計十分重要。

本文以廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計為例，探討超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計原則和特點，為雜銅冶煉行業(yè)超純水管路工程的設(shè)計提供參考。

1 超純水制備系統(tǒng)

超純水的制備過程主要有：

(1)源水供應(yīng)。通常采用自來水、蒸餾水或去離子水作為源水。

(2)機(jī)械過濾。通過砂芯濾板或纖維柱除去源水中的機(jī)械雜質(zhì)，如鐵銹等。

(3)活性炭吸附。活性炭可吸附水中的余氯、細(xì)菌和某些過渡金屬等。水中的氯會損害后續(xù)過程中的反滲透膜，因此在反滲透之前應(yīng)先除去?；钚蕴吭谖竭^程中會有少部分顆粒脫落污染水質(zhì)，因此只適用于超純水制備的前期過程。

(4)反滲透過濾。反滲透過濾可除去水中95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物，包括溶膠微粒和病毒等。由于大部分的雜質(zhì)被除去，使得后續(xù)的離子交換柱的使用壽命大大延長[1]。反滲透的優(yōu)點是能耗低，產(chǎn)出水的電阻率比源水升高約10倍，缺點是容易堵塞而且價格較高。超純水制備的核心處理過程是反滲透過濾，反滲透過濾已廣泛應(yīng)用于純水制備行業(yè)，早期采用的反滲透膜主要是醋酸纖維膜，但其使用條件非?？量蹋F(xiàn)在普遍采用的是復(fù)合膜[2]。

(5)紫外線照射。波長λ為180～254 nm的短波紫外線照射分解水中的小分子有機(jī)物，如甲醇、乙醇等，使其轉(zhuǎn)變成小分子化合物CO2和H2O。紫外線照射可以有效抑制細(xì)菌的繁殖并殺死細(xì)菌，具有速度快、效率高的特點[1]。

(6)離子交換。離子交換過程是樹脂間可游離交換的離子和水中同性離子間的互換。常用的離子交換器有兩種組合方式，分別是復(fù)床式和混床式。復(fù)床式按陽床—陰床—陽床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水，復(fù)床方式便于樹脂的再生?；齑彩娇煽闯捎稍S多陰陽離子交換樹脂交錯排列而組成的多級復(fù)床，混床方式去離子效果很好，出水電阻率可大于10 MΩ·cm(25 ℃)，若采用二級或三級混床串聯(lián)，則電阻率大于16 MΩ·cm(25 ℃)，缺點是樹脂再生不方便[1]。

(7)超濾過濾。超濾過濾是水在壓力的作用下通過濾膜，水中的雜質(zhì)被濾膜截留而除去的過程。超濾過濾對除去水中的微粒、溶膠、細(xì)菌、熱源、蛋白酶等有較好的效果，但缺點是不能截留除去無機(jī)離子，采用超濾的方法需定期消毒，定時沖洗濾膜。

超純水制備系統(tǒng)的源水經(jīng)過以上處理過程得到的超純水水質(zhì)純度高且穩(wěn)定。超純水制備系統(tǒng)是保證純水水質(zhì)的充分條件，而超純水管路系統(tǒng)是保證純水水質(zhì)的必要條件。

2 超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計原則

雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范設(shè)計并結(jié)合成熟經(jīng)驗進(jìn)行配置和施工。

(1)超純水制備系統(tǒng)建議配置在檢測室的頂層樓面上并盡量布置在一間單獨的房間內(nèi)，室內(nèi)考慮通風(fēng)換氣，地面考慮地漏和防滲措施。制得的超純水通過管路送往各樓層用水點，管路中多余的存水循環(huán)返回至源水桶作為源水。

(2)超純水制備系統(tǒng)的源水建議采用水質(zhì)盡可能高并容易供給的水，為保證源水的高水質(zhì)，可采用廠區(qū)純水制備站或軟化水站的出水作為源水。為保證源水的穩(wěn)定供給，配置至少一個源水桶作為源水的臨時存儲。

(3)超純水制備系統(tǒng)的出水建議采用至少一個超純水桶作為出水的臨時存儲，為保證出水水質(zhì)的高要求，超純水桶的材質(zhì)應(yīng)選用不污染水質(zhì)的材料制作。

(4)超純水管路系統(tǒng)的輸送主管和輸送支管建議布置在樓層以下約100 mm位置，采用吊架懸吊和管卡固定，吊架和管卡安裝間距不大于1 m。

(5)超純水管路系統(tǒng)的配置方式通常有樹形管路配置和蛇形管路配置兩種方式。樹形管路配置方式是在主輸送管上接出多根支管并由支管將超純水連接至各用水點。樹形配置的管路相對集中，便于施工和檢修。蛇形管路配置方式是采用單根輸送管路依次連接至各用水點。蛇形配置的管路具有單一、管路阻力小的特點。

(6)超純水輸送管管材的選擇非常重要，既要滿足水質(zhì)的高要求，又要保證施工的便利和經(jīng)濟(jì)合理。超純水輸送管常用的管材主要有PVC、CPVC、SGP、SGP(RL)、SUS304、SUS316、UPVC和PVDF等[3]，其中PVDF材質(zhì)管路使用性能比較好，基本無離子析出物，非常符合超純水管路的選材，但缺點是價格昂貴，超過10萬元/t[4]。在超純水管路系統(tǒng)的施工過程中，既要滿足管路系統(tǒng)的密閉要求，又要提高施工人員的潔凈意識，避免因施工不當(dāng)對管路造成污染，引發(fā)水質(zhì)質(zhì)量事故。

(7)超純水制備系統(tǒng)的使用壽命與源水水質(zhì)、日常維護(hù)等有緊密的聯(lián)系。源水的水質(zhì)差并且日常不注意清洗，會嚴(yán)重縮短超純水制備系統(tǒng)的使用期。與水介質(zhì)長時間接觸的源水桶、反滲透膜表面容易產(chǎn)生菌膜，從而產(chǎn)生設(shè)備運轉(zhuǎn)異常、濾膜阻塞、系統(tǒng)漏水等問題。為防止菌膜的產(chǎn)生，應(yīng)定期對反滲透膜進(jìn)行消毒、更換并清洗源水桶。

(8)超純水制備系統(tǒng)能力大小的選取應(yīng)依據(jù)用水量確定，一般遵循“兩倍關(guān)系”的原則。如果用水量為200 L/d，則建議選用一臺能力為100 L/h的超純水機(jī)。如果系統(tǒng)的能力過小，耗材會消耗很快，而能力過大則造成浪費。

(9)為保證超純水水質(zhì)的穩(wěn)定，建議對超純水管路系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行實時在線監(jiān)測。

廣西某雜銅冶煉廠檢測室是一幢單獨的三層雙面建筑物，超純水制備系統(tǒng)集中配置在檢測室頂層樓面的純水制備室內(nèi)，制得的超純水采用UPVC管路并按樹形管路循環(huán)配置方式輸送至各用水點。

2.2 雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)設(shè)計實例

2.2.1 超純水管路系統(tǒng)流程

廣西某雜銅冶煉廠的規(guī)模為年產(chǎn)30萬t陰極銅，為與其產(chǎn)能相配套設(shè)置了一個檢測室并選用一臺產(chǎn)水能力為100 L/h的超純水機(jī)。從廠區(qū)軟化水站送來的源水送入源水桶臨時存儲，存儲的源水由進(jìn)水泵送往超純水主機(jī)制水，制得的超純水進(jìn)入超純水桶并在輸送泵的作用下通過UPVC輸送管送往各用水點(共16個)，部分未用盡的存水返回至源水桶內(nèi)作為超存水制備用的源水。為方便超純水的取用，在超純水桶上留有一個人工取水口，超純水管路系統(tǒng)簡圖見圖1。

圖1 超純水管路系統(tǒng)簡圖

源水水質(zhì)：pH值(25 ℃)7～8、電導(dǎo)率(25 ℃)0.1～0.2 mS/m，進(jìn)水量不小于500 L/h。經(jīng)過超純水主機(jī)制備后的出水電導(dǎo)率達(dá)到0.005 mS/m(25 ℃)，滿足GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》中一級水的水質(zhì)要求。分析實驗室的用水規(guī)格見表1[5]。

表1 分析實驗室用水規(guī)格

2.2.2 超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計

超純水管路系統(tǒng)主要由輸送管道(包括輸送主管、輸送支管)、截止閥、吊架和管卡等組成，超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計見表2。

表2 超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計

3 超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較

以往采用電熱蒸餾法制備的純水只能滿足GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》中三級水的水質(zhì)要求，如果要得到更高級別的純水必須采用多次蒸餾的方法。而采用超純水機(jī)制備純水可根據(jù)制備過程和選用耗材的不同制取各個級別的純水。超純水機(jī)與電熱蒸餾水器相比具有產(chǎn)水水質(zhì)高、節(jié)能、節(jié)水，方便使用等特點。超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較見表3。

4 建議

有色冶煉行業(yè)需要使用超純水的檢測設(shè)備越來越多，制備出符合國標(biāo)要求的超純水已成為提高分析質(zhì)量的關(guān)鍵，超純水管路系統(tǒng)也相應(yīng)地越來越重要。對于超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計，提出以下建議：

表3 超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較

(1)已建設(shè)并存在問題的超純水管路系統(tǒng)，應(yīng)盡量按照相應(yīng)的國標(biāo)及規(guī)范要求進(jìn)行檢查和完善。

(2)正在建設(shè)和未建設(shè)的超純水管路系統(tǒng)，應(yīng)按照相應(yīng)的國標(biāo)及規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計和建設(shè)。

[1]田小萌.水的純化與超純水的制備[J].云南環(huán)境科學(xué),2005,(2):27-28.

[2]聞瑞梅,巖堀博,桂常敦,等.反滲透膜在超純水生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].微電子學(xué),1996,(4):271.

[3]吳純傲.超純水系統(tǒng)工藝及其施工[J].安裝,2003,(4):24.

[4]顏德巋,鄭維桂.超純水處理輸送過程用的潔凈型PVC管道[J].工業(yè)水處理,2007,(1):90.

[5]GB/T 6682—2008,分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法[S].

Designofultrapurewaterpipingsysteminscrapcoppersmeltingfactory

ZHOU Liang-liang, ZHOU Li-na

The design principles and characteristics of ultra pure water piping system of a scrap copper smelting factory in Guangxi was introduced, the configuration of ultra pure water equipment and piping system were discussed, and the reasonable solutions and suggestions for the problems of piping system existed in the design, construction and use process were put forward.

scrap copper smelting factory; ultra pure water; piping system; design; configuration

周亮亮(1982—)，男，江西南昌人，工程師，碩士學(xué)位，主要從事有色冶金行業(yè)的設(shè)計工作

TF811； TF085

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