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摘 要 针对红河钢铁有限公司轧钢厂水处理系统的生产用水存在消耗量过大，且废水外排而造成资源浪费和污水处理困难的实际问题，对整个水处理系统进行降耗、利废的优化改造。通过增建废水回收处理系统以实现外排废水的有效回收、处理、再利用，同时，将全部地下管网实施明管改造以解决水循环过程中的暗管泄漏。实现了大幅降低生产用水消耗量，提高全系统的循环水利用率，从而达到降低生产成本，最终实现综合降耗。 关键词 反洗水 溢流水 外排 泄漏 回收 处理 再利用 1 前言 长期以来，轧钢厂水处理月平均耗水量高居45 000 m³以上，造成大量生产用水消耗的主要原因是棒材浊环冷却水系统4台GSL-3.0型高速过滤器的反洗水外排，其次是棒材净环、浊环冷水池在动态循环中的高水位溢流外排和全厂水循环管网的地下暗管泄漏，因此导致生产水的利用率不高，同时因废水外排而造成污水处理困难。针对这些问题，对水处理系统进行了改造，实现了对外排废水的有效回收、处理、再利用，以及解决整个水处理循环系统的泄漏浪费，提高了生产水的利用率，最终实现了水处理系统综合降耗的目的。 2 水处理系统现状 2.1高速过滤器反洗水消耗 轧钢厂棒材水处理浊环冷却水系统采用4台GSL-3.0型，规格φ3000，工作压力0.2～0.4 MPa的同型号高速过滤器作为浊水净化处理装置，单台产水量280 m³/h。该高速过滤器在对浊环冷却水进行处理的过程中，每天需对过滤器进行一次反洗，以提高其水质处理效果。在原生产工艺中，高速过滤器反洗出来的废水直接排经沟道流至污水处理厂，而抽用浊环冷水池的水对高速过滤器进行反洗时，需同步向浊环冷水池补充大量新水，以保证浊水循环系统的用水平衡，所以，造成轧钢厂的生产用水消耗量大，生产成本高。经过对浊环水池在每次高速过滤器反洗工序中所需新水补充量的统计与测算，平均每天因反洗高速过滤器的废水排放量约170 m³，则每年的废水排放量达61 200 m³，按当前轧钢厂生产用水的成本结算单价6元/m³计，则轧钢厂每年将因高速过滤器的反洗废水外排而增加用水成本约36.72万元。而且，反洗高速过滤器排出的废水中含有大量的氧化粉、悬浮物、油泥和药剂等混杂成分，浊度高达200NTU以上，外排至污水处理厂后造成了污水处理困难的实际问题。 2.2水池溢流水外排 轧钢厂棒材净环、浊环水冷水池在池壁高位均设置有溢流口，在生产过程中，主轧线难免出现堆钢或者设备突发故障时的紧急停机，而循环回水管道内的大量余水返回水池，水位急速升高造成溢流。在建厂配套设施设计中，循环中的水池溢流水是排经沟道流至污水处理厂，这增加了轧钢厂的生产用水成本，尤其与夯实降本增效的主旨背离。并且，水处理系统对水质进行的净化处理使用了药剂，水中添加有絮凝剂（PAC）、除油剂（PAM）、杀菌剂（97）、缓蚀阻垢剂（493）等多种化学药剂，所以，溢流水外排后同时造成污水处理的困难。 2.3全厂水循环管网泄漏 轧钢厂主供水管网已持续在线使用12年，且90 %以上的管段为地下埋管，管道腐蚀及老化严重，加之厂区土质为膨胀土，遇水膨胀，干水收缩，对管道造成挤压及焊缝拉裂等危害，从而增加漏水面积。近两年来泄漏更为频发，多处漏点因管道埋于地面建（构）筑物下方，无法挖找漏点并进行焊接，只能采取管壁抱箍止漏，补漏难度极大，维护成本较高。如果出现爆管，将导致轧钢厂的生产被迫中断，给整个生产系统的安全运行带来不稳定因素。未被发现的地下暗管隐藏泄漏点将造成循环水持续不断的流失，导致生产补水量增大，从而增加用水成本。另外，轧钢厂近两年来平均每月因地下管道泄漏造成生产被迫中断的停机时间2 h，严重影响了生产。 3 解决方案 （1）实施“轧钢厂棒材废水回收利用改造”，以解决因高速过滤器反洗水外排造成的用水成本增加和因净环、浊环冷水池溢流水外排造成的用水成本增加两方面问题。 （2）实施“轧钢厂水处理地下管网改造”，以解决全厂水循环管网地下暗管泄漏造成用水成本增加的问题和影响生产的问题。 4 实施改造 4.1轧钢厂棒材废水回收利用改造 （1）改造利用原有的一个旧水池作为净环、浊环冷水池溢流水的清水回收池，在水池混凝土顶盖上安装2台全远程控制的无密封自吸泵（功率75 KW；扬程≥30 m；流量≥300 m³/h），一台抽调清水回收池的水，另一台抽调废水沉淀池的水，两台水泵的DN200出水管道汇总后最终铺设至棒材隔油池，长度约130 m。将原净环、浊环冷水池的3根溢流水管进行汇总配管，使用DN250管道配接到所改清水回收池，长度约90 m。 （2）新建一个废水沉淀池（尺寸为：长7 000 mm×宽4 500 mm×深4 500 mm）用于高速过滤器反洗废水回收后的一次沉淀，并与清水回收池的顶部形成连通溢流的形式，使沉淀池的高位水能够顺畅溢流到清水回收池中。沉淀池深度4 000 mm以下的底部建成倒梯形斜底，以便于高效抓渣。将4台高速过滤器的反洗进、出水管段改配明管到废水沉淀池，支管DN250，总管DN300，总长度约30 m。水池的施工和验收都必须符合《钢筋混凝土水池施工技术要求》、《混凝土结构工程施工质量验收规范》、《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》。 （3）在废水沉淀池的正上方新建一套起重吨位为2 t的单梁电动葫芦供抓渣使用（离地高度＞6 m；跨度7.6 m；行程24 m；抓斗0.5 m³），起升高度以能抓出废水沉淀池底部的泥渣为基准，电动葫芦本体应装设防雨护罩，设检维修平台和安全走道，全套设备严格执行特种设备生产制造技术标准。同时在废水沉淀池旁围建一块泥渣堆存场地（长4 500 mm×宽2 000 mm×高1 500 mm×厚300 mm）。 （4）增设必要的辅助设备设施（如液位计、摄像头、电动装置等），以实现远程自动控制操作。 （5）新增西门子S1500系列模块一套，配电柜2套。设计水泵、阀门配电图，PLC模块点位分布图及电器元件供电网络图。按设计需求敷设水泵、阀门、电动葫芦等设备设施的电缆，校正现场设备与模块点位，编译调试程序，实现远程操控和一键自动清洗高速过滤器功能。 （6）新增工程师站一套，用于西门子S1500程序、画面软件安装。画面HMI能够直观反应水泵电流、运行状态、水池液位、阀门动作及其到位等信号。 （7）硬化一段进入泥渣堆存场地的路面，宽度4.5 m，长度20 m，钢筋混泥土厚度不低于300 mm。 （8）2019年5月，工程正式开工，见图1。对废水回收利用改造工程的沉淀池和道路进行建设，见图2，将净环、浊环冷水池的三根溢流管汇总配管至清水回收池，在清水回收池上安装两台无密封自吸泵，并将水泵出水口汇总铺设DN200的管道至隔油池，见图3，完成高速过滤器反冲洗远程自动控制程序及监控画面的设计和制做，并最终完成调试，实现远程操控。至2019年8月28日完工并投入使用，全套设备生产运行正常，达到设计能力要求，能够满足生产工艺。 图1 废水回收利用改造施工图 图2 废水回收利用改造建成图 图3 高速过滤器反冲洗远程自动控制系统图 4.2轧钢厂水处理地下管网改造 （1）所有管路均采用螺旋焊管且明管形式铺设，杜绝地下埋管。棒材区域需全管段高空架管，线材区域为地面走管与高空架管相结合，以不妨碍道路及原有设施为原则。 （2）棒材区域：表1是棒材区域改造线路明细。从棒材水泵房处开始铺设明管，其中，DN450管路合计1 050 m，DN400管路合计450 m，DN200管路合计100 m。主要线路5组，管线总长度1 600 m。 表1 棒材区域地下管网改造工程线路明细 | | | | | | | 水泵房搭头→隔油池旁→延装辊跨厂房外墙→旋流井→经加热炉液压站围栏外→风机房→炉底搭头 | | | | 炉底搭头→风机房→经加热炉液压站围栏外→旋流井→延装辊跨厂房外墙→隔油池旁→水泵房顶部冷却塔搭头 | | | | | 水泵房搭头→隔油池旁→冷床液压站旁→成型水增压泵旁搭头 | | | | 成型水增压泵旁搭头→冷床液压站旁→隔油池旁→水泵房顶部冷却塔搭头 | | | | | 水泵房搭头→隔油池旁→冷床液压站旁→成型回水泵旁搭头 | | | | 旋流井搭头→延装辊跨厂房外墙→隔油池搭头→水泵房顶部冷却塔搭头 | | | | | 水泵房搭头→隔油池旁→冷床液压站旁→成型水增压泵搭头 | | | | 成型水增压泵搭头→冷床液压站旁→隔油池旁→高速过滤器搭头→水泵房顶部冷却塔搭头 | | | | | | | |
（3）线材区域：表2是线材区域改造线路明细，从线材水泵房处开始铺设明管，其中，DN350管路合计约350 m，DN450管路合计约300 m，DN500管路合计约400 m，DN600管路合计约950 m。主要线路3组，管线总长度2 000 m。 表2 线材区域地下管网改造工程线路明细 | 供、回水 | | | | | 供水管 | 水泵房搭头→化学除油器旁→高空过路→加热炉平台下搭头 | | | | 加热炉平台下搭头→高空过路→环化学除油器→净环热水池搭头 | | | | 供水管 | 水泵房搭头→化学除油器旁→高空过路→旋流井大门旁搭头 | | | | 旋流井大门旁搭头→高空过路→环化学除油器→净环冷却塔搭头 | | | | 供水管 | 水泵房搭头→化学除油器旁→高空过路→1#飞剪平台下搭头 | | | | 旋流井提升泵搭头→加热炉平台下→高空过路→化学除油器搭头 | | |
（4）对所有架空管道和、钢结构支架及混泥土机座设定沉降观测点，并在投用前测定第一次数据以存档备查。 （5）改后的新管道在搭接通水前，严格进行独立试压、保压实验，试压压力必须高于系统工作压力的20 %，保压时间不得低于240 min。 （6）防腐：所有钢结构件及管道从里到表严格做3层防腐（第1层、第2层：采用氯化橡胶铝粉防锈底漆，颜色选用灰色或暗红；第3层：采用环氧煤沥青漆，漆膜厚度不低于300 um）。漆液的调制必须使用含醇二甲苯成分90 %以上的专业稀释剂，禁止使用汽油、柴油或一般的稀释剂。 （7）2019年6月，工程正式开工。首先对整个地下管网改造工程所需的管道高架及混泥土浇筑基座的钢筋骨架按照尺寸进行离线制作，将主体管道分段式接管，循序完成工程整体安装，如图4。改造完成后的现场布管图，所改管网均全程明管铺设，无任何管段埋地，如图5。至2019年12月完工并投入使用，全部管网生产运行正常，各系统压力、流量均达到设计要求，能够满足生产工艺。 图4 管网改造现场施工图 图5 管网改造建成图 5 改造成效 5.1直接成效 表3 红钢轧钢厂实际生产用水量统计 2019年正处于改造实施阶段，年用水量仅实现了部分降低，其中，4～6月份，因供应红钢生产用水的源头水库进行湿地公园建设施工，且水体爆发蓝藻，水源水质恶化，生产用水的置换消耗量明显增大，所以，期间的生产用水量高于上一年度同期用水量。至2020年，用水量已是改造完成后的实际消耗量，其中，2月22～29日，对棒材和线材两条生产线新改造的水处理管网做预膜工艺，水池水进行了整体置换，所以，2月份的用水量明显高于本年的其他各月。从表3可以看出，截止2020年8月，月平均用水量已从2018年度的45 881.33 m³降低到30 415.5 m³，降低了15 465.83 m³，降幅33.7 %。至此，轧钢厂的年用水量可实现降值185 589.96 m³，节约用水成本金额达111.35万元，加之节约管道泄漏抢修时间而创造的增产产量利润约230.4万元，则本次轧钢厂水处理综合降耗改造每年能创造直接经济效益达341.75万元。 5.2间接成效 对高速过滤器的反洗外排水和净环、浊环冷水池的溢流外排水进行回收、处理、再利用及解决地下管网泄漏水浪费后，有效提高了生产水的利用率，减少了水资源的浪费，进一步夯实公司降本增效的生产经营宗旨，缓解地方水资源的紧张。同时解决污水处理困难问题，落实环保治理工作，进一步提升公司的企业环保形象，充分将党的十九大会议精神贯彻落实到行动，坚持“绿水青山就是金山银山”的发展理念，践行新时代企业环保发展战略的使命。 6 结束语 红河钢铁有限公司轧钢厂水处理综合降耗改造，总体按照两个大的部分推进，分别是“轧钢厂棒材废水回收利用改造”和“轧钢厂水处理地下管网改造”，自提出到全面改造完成，历时整个2019年度。从构思到行动，从勘测到设计，从实施到完工，最终取得了成功，经验值得借鉴。 参考文献 [1]闻邦椿主编.机械设计手册第5版.北京：机械工业出版社.2011.7 [2]关巍 彭雪鹏主编.机械制造技术.武汉：武汉大学出版社.2012.6 [3]张贤明编著.工程流体力学.北京：人民交通出版社.2010.1 [4]宋苛苛编著.工业管道配管设计与工程应用.北京：化学工业出版社.2017.9 [5]中华人民共和国国家标准GB 50683-2011现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范[S]2011.2.18 [6]柏景方编著.污水处理技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2006.7 [7]余经海主编.工业水处理技术第二版.北京：化学工业出版社.2010.2 [8]黄坚主编.自动控制原理及其应用—2版.北京：高等教育出版社.2005.6 [9]童华主编.环境工程设计.北京：化学工业出版社.2009.1 [10]中华人民共和国国家标准GB/T 50046-2018工业建筑防腐蚀设计标准[S]2018.12.6
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发表于 2023-2-17 15:32:23
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