南洲水廠臭氧設(shè)備安裝工程

林浩添
（廣州市自來水公司，廣州 510160）

　　摘要：本文通過介紹南洲水廠臭氧系統(tǒng)安裝工程的一些情況，講述臭氧系統(tǒng)安裝工程的主要工作內(nèi)容，指出臭氧設(shè)備安裝工程的7個關(guān)注點，總結(jié)參與安裝工作的經(jīng)驗與體會。
　　關(guān)鍵詞：臭氧、壓力容器、不銹鋼、電氣設(shè)備、安裝

一、南洲水廠臭氧系統(tǒng)簡介

　　南洲水廠采用的水處理工藝為：預(yù)臭氧接觸+常規(guī)處理+主臭氧接觸+生物活性炭濾池+清水池，目前已建成第一期臭氧接觸池，設(shè)計水處理能力為85萬m³/d，第二期臭氧接觸池的土建工程與第一期工程同時完成，預(yù)計今年底完成二期接觸池的設(shè)備安裝，屆時臭氧接觸池的設(shè)計水處理能力可達(dá)100萬m³/d。南洲水廠第一期臭氧系統(tǒng)的設(shè)備從瑞士進(jìn)口，共有3臺臭氧發(fā)生器，單臺設(shè)計產(chǎn)量47 kg/h，總臭氧產(chǎn)量為141 kg/h。目前該系統(tǒng)已投產(chǎn)，是國內(nèi)水廠中臭氧發(fā)生能力最大的臭氧系統(tǒng)。
　　 該臭氧系統(tǒng)以純氧氣體（濃度≥90%）作為原料，通過高壓中頻電場，產(chǎn)生濃度為0~14 wt %（重量比）的臭氧氣體。臭氧氣體通過不銹鋼管道（304或316L）與不銹鋼閥門調(diào)配到接觸池的每個投加點，其中預(yù)臭氧接觸池有3個并聯(lián)的接觸池，在每個接觸池進(jìn)口處設(shè)1個投加點，采用射流曝氣形式，設(shè)計投加比率0.5~1.5mg/l；主臭氧接觸池有5個并聯(lián)的接觸池，在每個接觸池設(shè)3個串聯(lián)的投加點，采用三段式微孔深水曝氣，設(shè)計投加比率1.0~2.5mg/l。
　　 南洲臭氧系統(tǒng)的自動化程度高，可實現(xiàn)“中控室操作，現(xiàn)場無人值守，事故自動停機(jī)報警”的控制模式。

二、臭氧系統(tǒng)設(shè)備安裝工程的主要工作

1. 需要安裝的臭氧系統(tǒng)設(shè)備主要分為6個子系統(tǒng)：
　　 ①主配電線路：雙回路380V，50Hz（制式為TN-S，三相五線制）。
　　 ②臭氧發(fā)生系統(tǒng)，包括3臺發(fā)生器（OGU）、3臺供電單元（PSU，起升頻升壓的作用）、氧氣管道與閥門、臭氧管道與閥門、冷卻水管道等設(shè)備。發(fā)生器的最高工作電壓是4000V，工作頻率是600~1000Hz，單臺PSU的功率為800kw。
　　 ③預(yù)臭氧投加系統(tǒng)，包括4臺射流水泵組、3個水射器、射流水管道、3個射流曝氣器、臭氧氣體分配管道、2臺加熱式臭氧尾氣破壞器（VOD）等設(shè)備。水泵與尾氣破壞器的工作電壓都是380V。
　　 ④ 主臭氧投加系統(tǒng)，包括臭氧氣體分配管道、水下曝氣管架與曝氣頭、2臺加熱式臭氧尾氣破壞器（VOD）等設(shè)備。尾氣破壞器的工作電壓為380V。
　　 ⑤儀表設(shè)備，包括在線控制儀表與就地控制儀表、如氧氣質(zhì)量流量計、臭氧氣體流量計、臭氧氣體濃度計、水中余臭氧濃度計、氣體壓力表、氣體溫度表、冷卻水流量計等。
　　 ⑥PLC自控系統(tǒng)，包括主控制柜1個、供電單元（PSU）控制柜3個、預(yù)臭氧射流泵控制柜1個、臭氧尾氣破壞器控制柜4個等設(shè)備。PLC系統(tǒng)以臭氧投加量決定臭氧發(fā)生量為控制思路，以臭氧投加比率與接觸池水流量、臭氧氣體流量與臭氧氣體濃度為主要的控制參數(shù)，以4~20mA模擬信號為傳輸方式。
2. 主要的安裝工作
　　 安裝工作主要分為以下8項：接觸池的土建預(yù)埋件安裝、大型設(shè)備就位固定、儀表設(shè)備就位固定、不銹鋼管道焊接與閥門安裝、動力電纜（強(qiáng)電）敷設(shè)與接線、PLC控制電纜（弱電）敷設(shè)與接線、設(shè)備試車、配合設(shè)備調(diào)試。

三、臭氧系統(tǒng)安裝工程施工管理應(yīng)特別注意的情況

　　在施工過程中必須嚴(yán)格按照圖紙及相關(guān)的施工規(guī)范規(guī)程的要求進(jìn)行作業(yè)。尤其對以下7個方面，在施工管理工作中應(yīng)特別注意：
1. 安裝單位的資質(zhì)要求
　　臭氧系統(tǒng)設(shè)備安裝工程屬于機(jī)電類設(shè)備+壓力容器+化工類壓力氣體管道安裝，因此必須對安裝單位的施工資質(zhì)作明確要求，設(shè)備安裝完畢，需要使用施工單位的安裝資質(zhì)向政府的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門申請辦理壓力容器使用證。
　　南洲水廠臭氧系統(tǒng)的不銹鋼氧氣管道內(nèi)工作壓力0.16~0.20Mpa，屬于GC3級壓力管道；不銹鋼臭氧氣體管道內(nèi)工作壓力0.12~0.16Mpa，屬于GC2級壓力管道；臭氧發(fā)生器外殼為不銹鋼，內(nèi)部的氣體工作壓力0.12~0.16Mpa，屬于固定式第一類壓力容器。因此在選擇設(shè)備安裝單位時對其壓力管道安裝資質(zhì)、壓力容器安裝資質(zhì)、化工石油工程施工資質(zhì)、機(jī)電設(shè)備安裝施工資質(zhì)等作了相應(yīng)的要求。
2. 施工前編制詳細(xì)合理的工作進(jìn)度計劃
　　由于臭氧系統(tǒng)安裝的設(shè)備數(shù)量繁多、施工涉及的工種多，而且國內(nèi)的大型臭氧設(shè)備不多，擁有臭氧系統(tǒng)設(shè)備安裝經(jīng)驗的施工隊伍極少，因此施工人員對安裝圖紙的理解程度是非常關(guān)鍵的。施工人員必須對施工的主要內(nèi)容與難點都充分理解，認(rèn)真編制詳細(xì)的工作進(jìn)度計劃。進(jìn)度計劃的合理性反映施工人員對安裝工作的理解程度，編制工作進(jìn)度計劃的過程是施工人員對安裝工作的熟識過程。對南洲臭氧安裝工程而言，影響施工進(jìn)度的關(guān)鍵步驟為：設(shè)備就位固定—焊接并敷設(shè)管道—敷設(shè)并連接動力電纜—敷設(shè)并連接控制電纜—通水通電試車。南洲水廠臭氧系統(tǒng)安裝工程的主要安裝工作量需4周時間完成，配合設(shè)備調(diào)試工作需12周，總工期16周。
3. 嚴(yán)格要求施工環(huán)境與施工過程的衛(wèi)生整潔
　　在臭氧系統(tǒng)氣體管道中流動的是純氧氣體或臭氧—氧混合氣體，若管道內(nèi)殘余任何油、油脂、研磨顆粒、塵粒以及焊接完后留下的設(shè)備，均可能由氣流引起輕微摩擦，導(dǎo)致起火。因此在進(jìn)行不銹鋼管道焊接施工時，必須嚴(yán)格要求施工環(huán)境與管道的衛(wèi)生，以防止氣體通道中存在油脂或直徑大于0.15μm的微粒。具體可采取下列措施：
　?、偈┕きh(huán)境保持整潔，不揚(yáng)塵。
　?、谌舨讳P鋼表面沾有碳鋼微粒，則容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，因此加工區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格分開，并有明顯分隔。施工場地宜分不同的區(qū)域：
　　不銹鋼加工區(qū)，必須使用專門用于不銹鋼操作的工具（砂輪、銼子、刷子等），用于碳鋼的工具決不能用在不銹鋼上操作。
　　1.碳鋼加工區(qū)。
　　2.設(shè)備儲藏區(qū)（電氣柜、設(shè)備、閥門、儀表）。
　　3.預(yù)先制作和預(yù)先清潔的管道儲藏區(qū)。
　　4.工具儲藏區(qū)。
　?、鬯袣怏w管道在焊接前均要清洗脫脂，不能留有任何死區(qū)?？刹捎?9.8%的乙醇浸泡15分鐘，邊浸泡，邊用竹桿纏緊不起毛的白布，反復(fù)擦拭管壁內(nèi)外面直至干凈。脫脂清洗劑不能含氯化物，因為氯化物的殘留物將影響發(fā)生器放電管的工作。
　?、芗庸ず玫墓芗谄鋬啥吮仨毭芊馑芰喜?，然后存放在一個干燥而又清潔的地方；安裝好的管段在其敞開的端頭一直加以塑料布密封保護(hù)，以免臟物和碎片進(jìn)入。
　?、蓍y門、儀表、法蘭片最好能夠打開包裝后馬上進(jìn)行安裝，安裝前用不起毛的干凈白棉布蘸99.8%的乙醇擦拭干凈其內(nèi)外表面與安裝管口附近的內(nèi)表面。
　?、薰艿篮附忧安捎貌黄鹈母蓛舭撞疾潦霉鼙?，用紫外光（波長320-380nm）進(jìn)行檢查，白布不能出現(xiàn)碳?xì)浠衔餆晒狻?
　?、吆附油戤?，用高壓氮氣分段反復(fù)吹掃管道內(nèi)的微粒，每次持續(xù)吹掃5~10秒，連續(xù)5~8次。
4. 保證不銹鋼管道氬弧焊的質(zhì)量
　　管道連接施工過程必須嚴(yán)格遵守《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》。現(xiàn)場所有焊工必須持有效的《鍋爐壓力容器焊工合格證》，其中要含有奧氏體不銹鋼氬弧焊合格項目。施焊時必須采用雙面惰性氣體保護(hù)（一般使用氬氣，純度不低于99.96%）。
　　對管道焊縫的外觀檢查要求：焊縫根部表面平滑，不發(fā)黑。所有不銹鋼管道焊縫的都應(yīng)進(jìn)行無損探傷（X射線或γ射線探傷），焊縫質(zhì)量應(yīng)符合《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》（6B50236-98）的Ⅲ級以上（含Ⅲ級）焊縫標(biāo)準(zhǔn)。若焊工剛進(jìn)場施工，對保護(hù)氣體流量、焊接電流等操作工藝有一個熟識過程，焊縫質(zhì)量容易出現(xiàn)不合格情況，施工質(zhì)量管理應(yīng)予以加強(qiáng)。
5. 臭氧氣體管道及法蘭材質(zhì)的要求
　　若氧氣管道內(nèi)壁產(chǎn)生銹點等固體顆粒物，脫落的固體顆粒容易引起發(fā)生器的放電管擊穿，而且臭氧氣體具有強(qiáng)腐蝕性，因此對管道材質(zhì)要求嚴(yán)格，至少應(yīng)按以下原則選擇：氧氣管道采用304不銹鋼材質(zhì)，干燥環(huán)境下臭氧氣體管道采用304或316L不銹鋼管，濕潤環(huán)境下臭氧氣體管道采用316L不銹鋼管，法蘭片材質(zhì)與連接管道相同，法蘭墊片為PTFE（聚四氟乙烯）材料。
6. 氣體管道的壓力與密封性檢查工作
　　由于臭氧具有毒性，純氧氣具有強(qiáng)助燃性，因此臭氧系統(tǒng)發(fā)生氣體泄露是極為危險的。所有氣體管道完工后都必須進(jìn)行壓力與密封性檢查，確認(rèn)其密實、無泄露。
壓力試驗時，用高壓氮氣瓶向管道通氮氣，調(diào)節(jié)氣瓶出口閥與壓力表，緩慢增加出口壓力至設(shè)計壓力的1.5倍，然后用發(fā)泡劑溶液檢查所有接口，不冒泡、不泄漏為合格。
　　密封性試驗按如下步驟進(jìn)行：向管段壓入氮氣，升壓至系統(tǒng)設(shè)計操作壓力的1.15倍，穩(wěn)壓30分鐘，記下管道中的壓力p1和溫度t1，12小時后記下此時的p2和t2。分別換算成絕對壓力P1、P2和絕對溫度T1、T2。計算P1/T1與P2/T2之間的差值，在1%以內(nèi)為合格。
7. 主臭氧曝氣裝置的平整度要求
　　主臭氧接觸工藝采用深水曝氣，每個主臭氧接觸池投加點的曝氣裝置由方型布?xì)庵Ч芘c曝氣頭組成，支管帶螺母，曝氣頭帶螺桿，兩者采取螺紋連接。曝氣裝置的安裝水平度直接影響臭氧曝氣均勻效果，從而降低臭氧的利用率，因此必須對其嚴(yán)格要求：在同一個投加點，方形布?xì)庵Ч茼斆鏄?biāo)高的安裝水平誤差±2mm。安裝前用水準(zhǔn)軟管確定曝氣裝置的安裝標(biāo)高，安裝過程中還應(yīng)隨時使用水平尺檢查與調(diào)整支架的水平位置。經(jīng)測試，曝氣裝置在設(shè)計壓力下運(yùn)行時布?xì)饩鶆颍娤聢D：

圖1 主臭氧接觸池一個投加點的曝氣效果測試

四、結(jié)語

　　在國內(nèi)，大型臭氧系統(tǒng)屬于新型的水處理設(shè)備，需要結(jié)合現(xiàn)場的條件采取有效的措施解決設(shè)備安裝的特殊要求。經(jīng)過供貨商、設(shè)計、施工、監(jiān)理與業(yè)主等單位的共同努力，順利地完成了南洲水廠臭氧第一期設(shè)備安裝工程，現(xiàn)已投入正常運(yùn)行。

作者介紹：
林浩添，男，1974年生，在廣州市自來水公司工作，工程師
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