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淺談水泥廠給排水設(shè)計(jì)優(yōu)化

張?jiān)葡?/p>

自改革開放，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國水泥工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了由機(jī)立窯、濕法窯和立波爾窯等落后工藝向新型干法先進(jìn)技術(shù)的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在已經(jīng)是完全成熟的第二代節(jié)能環(huán)保新型干法水泥生產(chǎn)線技術(shù)。在此過程中，作為水泥廠輔助配套的給水排水在技術(shù)上也發(fā)生了很大的變化。

就設(shè)備冷卻水系統(tǒng)來說，最初為壓力供給設(shè)備冷卻用水，冷卻后的水直接排放，造成水資源的大量浪費(fèi)和對周圍環(huán)境的污染（見圖1）。

后來，水源水先經(jīng)處理補(bǔ)入冷水池，由水泵加壓供給設(shè)備冷卻水，冷卻出水重力流至熱水池，經(jīng)水泵加壓至冷卻塔，冷卻后的水進(jìn)入冷水池，再由水泵加壓循環(huán)使用，提高了水的重復(fù)利用率，節(jié)約了水資源，減少了廢水外排對環(huán)境的污染。但系統(tǒng)復(fù)雜，工程量大，浪費(fèi)能量，回水的滲漏損失很大，循環(huán)水質(zhì)得不到保證（見圖2）。

現(xiàn)在的供水方式為：水源水經(jīng)處理后進(jìn)入循環(huán)水池，由水泵升壓供給設(shè)備冷卻水，冷卻出水借余壓回流直接上冷卻塔進(jìn)行冷卻，經(jīng)冷卻后進(jìn)循環(huán)水池，再由水泵加壓循環(huán)使用。系統(tǒng)設(shè)有排污、投加水質(zhì)穩(wěn)定劑及殺滅菌藻加氯設(shè)施，系統(tǒng)簡單、運(yùn)行安全、節(jié)能、節(jié)水，水質(zhì)得到了保證（見圖3）。

圖1　壓力給水冷卻后直接排放

圖2　壓力給水重力回流循環(huán)冷卻

圖3　壓力給水余壓回流循環(huán)冷卻

目前，水資源和水環(huán)境約束加劇，水泥工業(yè)生產(chǎn)和控制技術(shù)快速發(fā)展，水泥工程市場從國內(nèi)轉(zhuǎn)向國外，這些都對給排水設(shè)計(jì)水平提出更高的要求，促使給排水專業(yè)設(shè)計(jì)人員不斷學(xué)習(xí)和拓展，加強(qiáng)技術(shù)管理、提高設(shè)計(jì)水平、強(qiáng)化質(zhì)量控制，使設(shè)計(jì)更加優(yōu)化、合理，以適應(yīng)當(dāng)前形勢的需要。下面就給排水設(shè)計(jì)在節(jié)水減排、自動化控制、公司工程總包市場開拓和合同執(zhí)行、工程運(yùn)行管理等方面進(jìn)行的設(shè)計(jì)優(yōu)化做簡要介紹。

1　優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合利用水資源

1.1完善水泥廠給排水系統(tǒng)，確保系統(tǒng)運(yùn)行順暢

水泥廠給排水設(shè)計(jì)內(nèi)容包括水源取水泵站、水源水輸送管路、原水處理系統(tǒng)、廠區(qū)給水（包括生產(chǎn)、生活和消防）泵站系統(tǒng)、廠區(qū)給水和排水管路系統(tǒng)、污（廢）水處理及回用系統(tǒng)等，廠區(qū)給排水系統(tǒng)必須系統(tǒng)配套、流程順暢，這樣才能保障全廠給排水系統(tǒng)有機(jī)整體的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的最終效果。

1.2做好原水處理，改善補(bǔ)水水質(zhì)

從源頭上杜絕生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)因補(bǔ)水水質(zhì)不合格而導(dǎo)致大量的排污浪費(fèi)，這是節(jié)約用水、減少排污的關(guān)鍵，同時(shí)也為后續(xù)污（廢）水處理的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

1.3合理配置水資源，提高水資源重復(fù)利用率

在保證水泥廠各單元用水水質(zhì)前提下對水資源進(jìn)行合理配置，實(shí)施一水多用，提高水的重復(fù)利用率。在用水分配時(shí)，首先供給對水質(zhì)要求較高的用水單元；其次，循環(huán)冷卻回水經(jīng)過濾處理供給生產(chǎn)直流噴水，以減少循環(huán)系統(tǒng)排污，改善循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)；另外，余熱發(fā)電鍋爐系統(tǒng)排污水較循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)好，經(jīng)降溫處理后補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)，可減少新鮮水補(bǔ)給和廢水排污。

1.4在保證不產(chǎn)生結(jié)垢或腐蝕的前提下，增大濃縮倍率（取N=3～5），提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)利用率，減少循環(huán)系統(tǒng)排污和新鮮水補(bǔ)充。通常采用以下方式：

（1）投加適量緩蝕阻垢劑，以保證系統(tǒng)在較高的循環(huán)倍率下穩(wěn)定運(yùn)行而不會結(jié)垢或腐蝕。

（2）采取消毒措施，減少藻類繁殖，避免管道堵塞，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)檢測，掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，適時(shí)排污，保障系統(tǒng)水質(zhì)。

（4）在冷卻水管道中設(shè)計(jì)可拆卸的金屬管，定期觀察管道內(nèi)壁結(jié)垢和掛片腐蝕的情況，指導(dǎo)緩蝕阻垢劑的投加和適時(shí)排污。

1.5水泥工廠污（廢）水處理后的再利用

廠區(qū)污水匯集后首先采用生物接觸氧化處理，處理達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》排放標(biāo)準(zhǔn)要求后，再與生產(chǎn)廢水一起進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)過混凝、沉淀、過濾處理進(jìn)入中間水池，一部分用于廠區(qū)綠化用水和澆灑道路及汽車沖洗用水，其余部分至電滲析脫鹽單元進(jìn)行深度處理。處理后，合格的水回用于余熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充水，代替部分新鮮水補(bǔ)給，脫鹽產(chǎn)生的濃水用于原料破碎降塵噴水和原料磨噴水。最終實(shí)現(xiàn)廢水資源再利用，無廢水外排，減少對周圍環(huán)境的影響。

2　與先進(jìn)的水泥生產(chǎn)線配套的自動化給排水控制系統(tǒng)

新建的水泥廠采用DCS/PLC系統(tǒng)控制生產(chǎn)過程，配套的給排水系統(tǒng)的各系統(tǒng)（取水泵站、給水處理系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、污水處理及回用系統(tǒng)）通過PLC連鎖控制全自動運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)入DCS系統(tǒng)在中控室實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，能時(shí)時(shí)掌握全廠給排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)進(jìn)行檢修維護(hù)，實(shí)現(xiàn)全廠給水排水系統(tǒng)的集散控制和有機(jī)運(yùn)行。

為滿足系統(tǒng)的全自動運(yùn)行及在中控室監(jiān)控，并方便現(xiàn)場運(yùn)行管理，需要設(shè)置各種計(jì)量和檢測儀表：

（1）各個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)水管、給水處理設(shè)備進(jìn)出水管、水泵給水總管、循環(huán)回水管、污水處理設(shè)備進(jìn)水管設(shè)置流量計(jì)，流量信號進(jìn)DCS。

（2）各水泵出水管、水泵給水總管、循環(huán)回水總管、水處理設(shè)備進(jìn)水管設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力表，壓力信號進(jìn)DCS。

（3）生產(chǎn)循環(huán)給水總管、循環(huán)回水總管設(shè)溫度傳感器，溫度信號進(jìn)DCS。

（4）各系統(tǒng)水池（包括水箱）設(shè)超聲波液位計(jì)，水位信號進(jìn)DCS，并設(shè)有水位報(bào)警裝置。

（5）設(shè)備運(yùn)行、停止和故障狀態(tài)信號引至DCS并有故障報(bào)警顯示。

3　緊密結(jié)合工程實(shí)際，完善給排水設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施加強(qiáng)對生產(chǎn)補(bǔ)水和生產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)的檢測及管理，確保處理后的水質(zhì)符合正常運(yùn)行要求，并根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)變化及時(shí)排污避免水質(zhì)變差，減少水的浪費(fèi)。

（2）若要給水處理、廢水處理、污水處理連續(xù)正常運(yùn)行，需設(shè)有足夠容量的調(diào)節(jié)池（給水處理設(shè)原水池、廢水處理設(shè)廢水調(diào)節(jié)池、污水處理設(shè)污水調(diào)節(jié)池）。

（3）生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)管道易產(chǎn)生結(jié)垢或腐蝕而導(dǎo)致管道損壞，生產(chǎn)給水、回水管道應(yīng)采取架空的方式敷設(shè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，便于檢修和維護(hù)。對于埋地敷設(shè)的壓力管道，在安裝時(shí)，應(yīng)在管道上的檢修閥門兩側(cè)加撓性接頭，以免因熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力將管道拉斷，同時(shí)閥門故障時(shí)方便拆卸檢修。

（4）在給水管網(wǎng)中增加檢修閥門并采用環(huán)狀布置。當(dāng)某處發(fā)生故障時(shí)，可用檢修閥將其獨(dú)立斷開，減少對其他用水點(diǎn)的影響，尤其水泥廠化驗(yàn)室、余熱發(fā)電化學(xué)水處理等用水非常重要的車間。

（5）消防和生產(chǎn)或生活合用水池時(shí)，為保障消防用水不被動用，應(yīng)采取可靠的技術(shù)措施，使生產(chǎn)或生活水泵在消防水位時(shí)無法吸水（見圖4）。

4　細(xì)化設(shè)計(jì)工作，綜合考慮各環(huán)節(jié)，創(chuàng)造有利條件

（1）設(shè)計(jì)中盡可能選整體出廠運(yùn)輸至現(xiàn)場的設(shè)備，減少現(xiàn)場加工工作量，節(jié)約時(shí)間和場地，為加快工程進(jìn)度及其他設(shè)備順利安裝提供便利條件。

（2）設(shè)計(jì)選用管材應(yīng)注意工程場地的地質(zhì)條件。對于埋地管道、粘土場地應(yīng)選用塑料管材，并對管道基礎(chǔ)進(jìn)行鋪砂處理；塊石較多的場地則應(yīng)選用鋼管或鋼絲網(wǎng)骨架塑料管，以免扎漏損壞采用的塑料管。另外，北方冰凍地區(qū)埋地管道慎用PE聚乙烯給水管，因?yàn)镻E管道連接采用熱熔工藝，施工質(zhì)量受溫度影響特別大，冬季施工安裝管道的質(zhì)量難以保證，易造成通水后管道發(fā)生嚴(yán)重滲漏。

（3）在供水系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)的水塔和水泵聯(lián)合供水，安全、可靠、節(jié)能，但水塔的塔基與箱體施工要求高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長。因此，設(shè)計(jì)中利用窯尾或儲存庫的高度優(yōu)勢，在上面設(shè)置高位水箱，取代水塔，既保證了供水的安全性，又能大大縮短施工工期。

圖4　生產(chǎn)消防水池

（4）優(yōu)化設(shè)計(jì)順序，有效配合現(xiàn)場施工，道路先行。根據(jù)現(xiàn)場需要和既定的給排水設(shè)計(jì)方案及道路走向，在路下預(yù)埋管涵，保證現(xiàn)場道路通行和施工安裝，為縮短整個(gè)工程項(xiàng)目時(shí)間創(chuàng)造條件。

（5）設(shè)計(jì)中充分考慮安裝完畢后系統(tǒng)管道沖洗的需要，在生產(chǎn)循環(huán)給水管末端和循環(huán)回水管連通，設(shè)放水閥和截?cái)嚅y，用于管道沖洗。

5　研究國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)公司國際化進(jìn)程

（1）研究美國NFPA消防規(guī)范，基本具備了應(yīng)用美國消防標(biāo)準(zhǔn)自主設(shè)計(jì)和與國外咨詢公司的技術(shù)交流能力，可有效增強(qiáng)公司的競爭實(shí)力。另外，可在國際工程項(xiàng)目執(zhí)行過程中，為消防設(shè)計(jì)、開工申請和設(shè)計(jì)審批創(chuàng)造條件和贏得時(shí)間。

（2）購買應(yīng)用美國NFPA消防規(guī)范設(shè)計(jì)軟件，對水泥廠的消防設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算及優(yōu)化，大大提高了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度和效率，降低了設(shè)計(jì)成本。

（3）應(yīng)用三維技術(shù)開展工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了與其他專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，解決了設(shè)計(jì)中的缺、漏、碰、撞等頑癥，材料統(tǒng)計(jì)更準(zhǔn)確，更有效服務(wù)總承包工程。

6　結(jié)語

文中介紹的優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)在工程和生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，不但滿足了公司總包工程和業(yè)主生產(chǎn)運(yùn)行的要求，而且在節(jié)水減排和運(yùn)行管理方面效果明顯，有效提高了公司市場競爭力和工程項(xiàng)目執(zhí)行力。

Optimization of Water Supply and Drainage Design in Cement Plant

TQ172.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-6171（2016）03-0073-03

通訊地址：天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；2015-09-19；編輯：呂光