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狀及特點，從裝置的普適性、設備集成、快速轉移和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。

關鍵詞：廢水處理；中試裝置；設計安裝

廢水處理技術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和經濟可行性，確定設備的最佳結構材料等，它是中試產業化的首要步驟，主要工作地點是各科研院所的中試車間［1～5］。隨著國家對環境保護的要求日益嚴格以及企業自身科研技術水平的提升，越來越多的企業要求將中試裝置運送到現場進行實驗，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，快速轉移，安全要求高，有協同實驗的能力等。本文針對廢水處理中試裝置需要現場實驗的特點［6］，結合環保水處理發展方向，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的意外情況，其中以氣候變化、水質變化最為突出。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情況下穩定運行，減少環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，廢水在中試裝置內反應會產成各種沉淀，結垢，起泡，顏色加深等變化，從而影響儀表數據的準確性和實驗設備的正常運轉，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據。另外，同一股廢水的水質水量也存在波動，中試裝置應具有連續化運行的能力，以保證在進水水質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場實驗的重要原因之一。

2設備集成

現場試驗不同于實驗室實驗，出現突發狀況的可能性遠大于后者，恢復實驗狀態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，實現快速維修并減少現場采購。設備集成主要是指設備系列化，設置節點網絡電源，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一尺寸以便于維修和調換，提高作業效率，采用模塊化結構設計［7］，實現工藝快速優化；（2）隨著項目開發轉向EPC總包方式，越來越多的項目需要多臺裝置協同實驗，這就要求每臺裝置的處理量、接口等相互匹配，以減少中間產物的存量，提高實驗效率。

2．2節點網絡電源

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）用作節點電源。在協同實驗時接通任意一臺設備，即可用這臺設備的節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

中試裝置因其規模的限制和使用的需要，其采用的零配件大多難以和廠區維修車間內的備件通用，而實驗地點大部分在遠離市區的化工園區內，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快速轉移

快速轉移是指裝置可以快速打包運輸、到達試驗現場時快速落地就位，并滿足實驗條件。具體到裝置設計上，可以采用撬裝式結構，減少可移動的裝配件數量，采用易安裝、易拆卸的零配件，安裝放空裝置。

3．1撬裝

為了快速轉移，實驗裝置可以采用集裝箱式撬裝結構。裝置安裝在集裝箱內部，提高裝置的轉運效率，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來說，采用集裝箱式撬裝結構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的道路運輸管理辦法和GB／T16471—1996等國標／地標規定的運輸要求。這兩者不可避免的會產生沖突，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、現場裝配的設備，可采用縮小處理量或分體設計等手段規避此類限制；對需要現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］，或者將六孔法蘭變為為三孔法蘭，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，并在實驗結束后放空，使容器處于常壓、無流動液體／固體狀態。換熱器的導熱油，冷卻水池的循環水，物料接收池／罐、裝置內留存的沖洗水，液氧罐內存余的液氧等都應在實驗結束后放空，以防止中試裝置在安裝運輸過程中出現泄露、爆炸、飛濺等問題。

4安全與環境（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規章制度。

4．1安全生產中試裝置要符合相關的HSE要求

中試裝置的實驗區域一般在工廠的生產區域內，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，編寫安全操作規程和應急預案以及廠家的HSE要求，對特種設備提前備案、環評等。

4．2“三廢”及產物

一個合格的中試裝置應附帶處理自身產出物的裝置。中試裝置在運行時，不可避免的會產生“三廢”和實驗產品，雖然產量小，但依然會對周圍環境造成損害。因此，在保證裝置正常運行之時，遵守國家關于“三同時”的原則［8］，妥善處理中試裝置產生“三廢”及各種實驗產品。實際運行時最佳的處理措施是將產出物返回到原工藝流程中，也可以集中轉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，冷卻水循環利用等。

5結論

針對環保中試裝置現場實驗的特點，對中試裝置的設計安裝提出優化改進意見：（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）設置網絡節點電源，配置工具箱，統一設備及零配件規格提高試驗效率；（3）減少拆裝配件，可清空裝置，采用集裝箱式撬裝結構以便于運輸；（4）按照車間安全生產要求運行和維護中試裝置。

參考文獻

［1］韓永祥．原料藥中試車間設計與驗證［J］．浙江化工，2017，48（7）：32－33．

［2］席海娟．生物藥中試車間設計探討［J］．潔凈與空調技術，2009（3）：63－65．

［3］張我力．涂料中試車間設計探討［J］．涂料工業，1989（1）：20－24．

［4］陳宏云，王先堂．化工中試車間的設計思路［J］．湖北化工，1997（2）：53－55．

［5］李向陽．關于中試實現產業化的幾點思考［J］．科學管理研究，1996，14（5）：51－52．

［6］邱紅磊，趙東風，孟亦飛．化工中試裝置性能化設計思路探討［J］．廣州化工，2010，38（5）：232－233．

［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：中化環境控股有限公司