南洲水厂臭氧设备安装工程

论文类型	技术与工程	发表日期	2005-11-01
来源	中国土木工程学会水工业分会给水委员会第十次年会暨2005年中日水处理技术交流会
作者	林浩添
关键词	臭氧压力容器不锈钢电气设备安装
摘要	本文通过介绍南洲水厂臭氧系统安装工程的一些情况，讲述臭氧系统安装工程的主要工作内容，指出臭氧设备安装工程的7个关注点，总结参与安装工作的经验与体会。

南洲水厂臭氧设备安装工程

林浩添
（广州市自来水公司，广州 510160）

　　摘要：本文通过介绍南洲水厂臭氧系统安装工程的一些情况，讲述臭氧系统安装工程的主要工作内容，指出臭氧设备安装工程的7个关注点，总结参与安装工作的经验与体会。
　　关键词：臭氧、压力容器、不锈钢、电气设备、安装

一、南洲水厂臭氧系统简介

　　南洲水厂采用的水处理工艺为：预臭氧接触+常规处理+主臭氧接触+生物活性炭滤池+清水池，目前已建成第一期臭氧接触池，设计水处理能力为85万m³/d，第二期臭氧接触池的土建工程与第一期工程同时完成，预计今年底完成二期接触池的设备安装，届时臭氧接触池的设计水处理能力可达100万m³/d。南洲水厂第一期臭氧系统的设备从瑞士进口，共有3台臭氧发生器，单台设计产量47 kg/h，总臭氧产量为141 kg/h。目前该系统已投产，是国内水厂中臭氧发生能力最大的臭氧系统。
　　该臭氧系统以纯氧气体（浓度≥90%）作为原料，通过高压中频电场，产生浓度为0~14 wt %（重量比）的臭氧气体。臭氧气体通过不锈钢管道（304或316L）与不锈钢阀门调配到接触池的每个投加点，其中预臭氧接触池有3个并联的接触池，在每个接触池进口处设1个投加点，采用射流曝气形式，设计投加比率0.5~1.5mg/l；主臭氧接触池有5个并联的接触池，在每个接触池设3个串联的投加点，采用三段式微孔深水曝气，设计投加比率1.0~2.5mg/l。
　　南洲臭氧系统的自动化程度高，可实现“中控室操作，现场无人值守，事故自动停机报警”的控制模式。

二、臭氧系统设备安装工程的主要工作

1. 需要安装的臭氧系统设备主要分为6个子系统：
　　 ①主配电线路：双回路380V，50Hz（制式为TN-S，三相五线制）。
　　 ②臭氧发生系统，包括3台发生器（OGU）、3台供电单元（PSU，起升频升压的作用）、氧气管道与阀门、臭氧管道与阀门、冷却水管道等设备。发生器的最高工作电压是4000V，工作频率是600~1000Hz，单台PSU的功率为800kw。
　　 ③预臭氧投加系统，包括4台射流水泵组、3个水射器、射流水管道、3个射流曝气器、臭氧气体分配管道、2台加热式臭氧尾气破坏器（VOD）等设备。水泵与尾气破坏器的工作电压都是380V。
　　 ④ 主臭氧投加系统，包括臭氧气体分配管道、水下曝气管架与曝气头、2台加热式臭氧尾气破坏器（VOD）等设备。尾气破坏器的工作电压为380V。
　　 ⑤仪表设备，包括在线控制仪表与就地控制仪表、如氧气质量流量计、臭氧气体流量计、臭氧气体浓度计、水中余臭氧浓度计、气体压力表、气体温度表、冷却水流量计等。
　　 ⑥PLC自控系统，包括主控制柜1个、供电单元（PSU）控制柜3个、预臭氧射流泵控制柜1个、臭氧尾气破坏器控制柜4个等设备。PLC系统以臭氧投加量决定臭氧发生量为控制思路，以臭氧投加比率与接触池水流量、臭氧气体流量与臭氧气体浓度为主要的控制参数，以4~20mA模拟信号为传输方式。
2. 主要的安装工作
　　安装工作主要分为以下8项：接触池的土建预埋件安装、大型设备就位固定、仪表设备就位固定、不锈钢管道焊接与阀门安装、动力电缆（强电）敷设与接线、PLC控制电缆（弱电）敷设与接线、设备试车、配合设备调试。

三、臭氧系统安装工程施工管理应特别注意的情况

　　在施工过程中必须严格按照图纸及相关的施工规范规程的要求进行作业。尤其对以下7个方面，在施工管理工作中应特别注意：
1. 安装单位的资质要求
　　臭氧系统设备安装工程属于机电类设备+压力容器+化工类压力气体管道安装，因此必须对安装单位的施工资质作明确要求，设备安装完毕，需要使用施工单位的安装资质向政府的质量技术监督部门申请办理压力容器使用证。
　　南洲水厂臭氧系统的不锈钢氧气管道内工作压力0.16~0.20Mpa，属于GC3级压力管道；不锈钢臭氧气体管道内工作压力0.12~0.16Mpa，属于GC2级压力管道；臭氧发生器外壳为不锈钢，内部的气体工作压力0.12~0.16Mpa，属于固定式第一类压力容器。因此在选择设备安装单位时对其压力管道安装资质、压力容器安装资质、化工石油工程施工资质、机电设备安装施工资质等作了相应的要求。
2. 施工前编制详细合理的工作进度计划
　　由于臭氧系统安装的设备数量繁多、施工涉及的工种多，而且国内的大型臭氧设备不多，拥有臭氧系统设备安装经验的施工队伍极少，因此施工人员对安装图纸的理解程度是非常关键的。施工人员必须对施工的主要内容与难点都充分理解，认真编制详细的工作进度计划。进度计划的合理性反映施工人员对安装工作的理解程度，编制工作进度计划的过程是施工人员对安装工作的熟识过程。对南洲臭氧安装工程而言，影响施工进度的关键步骤为：设备就位固定—焊接并敷设管道—敷设并连接动力电缆—敷设并连接控制电缆—通水通电试车。南洲水厂臭氧系统安装工程的主要安装工作量需4周时间完成，配合设备调试工作需12周，总工期16周。
3. 严格要求施工环境与施工过程的卫生整洁
　　在臭氧系统气体管道中流动的是纯氧气体或臭氧—氧混合气体，若管道内残余任何油、油脂、研磨颗粒、尘粒以及焊接完后留下的设备，均可能由气流引起轻微摩擦，导致起火。因此在进行不锈钢管道焊接施工时，必须严格要求施工环境与管道的卫生，以防止气体通道中存在油脂或直径大于0.15μm的微粒。具体可采取下列措施：
　　①施工环境保持整洁，不扬尘。
　　②若不锈钢表面沾有碳钢微粒，则容易发生电化学腐蚀，因此加工区域应严格分开，并有明显分隔。施工场地宜分不同的区域：
　　不锈钢加工区，必须使用专门用于不锈钢操作的工具（砂轮、锉子、刷子等），用于碳钢的工具决不能用在不锈钢上操作。
　　1.碳钢加工区。
　　2.设备储藏区（电气柜、设备、阀门、仪表）。
　　3.预先制作和预先清洁的管道储藏区。
　　4.工具储藏区。
　　③所有气体管道在焊接前均要清洗脱脂，不能留有任何死区。可采用99.8%的乙醇浸泡15分钟，边浸泡，边用竹杆缠紧不起毛的白布，反复擦拭管壁内外面直至干净。脱脂清洗剂不能含氯化物，因为氯化物的残留物将影响发生器放电管的工作。
　　④加工好的管件在其两端必须密封塑料布，然后存放在一个干燥而又清洁的地方；安装好的管段在其敞开的端头一直加以塑料布密封保护，以免脏物和碎片进入。
　　⑤阀门、仪表、法兰片最好能够打开包装后马上进行安装，安装前用不起毛的干净白棉布蘸99.8%的乙醇擦拭干净其内外表面与安装管口附近的内表面。
　　⑥管道焊接前采用不起毛的干净白布擦拭管壁，用紫外光（波长320-380nm）进行检查，白布不能出现碳氢化合物荧光。
　　⑦焊接完毕，用高压氮气分段反复吹扫管道内的微粒，每次持续吹扫5~10秒，连续5~8次。
4. 保证不锈钢管道氩弧焊的质量
　　管道连接施工过程必须严格遵守《压力管道安全管理与监察规定》。现场所有焊工必须持有效的《锅炉压力容器焊工合格证》，其中要含有奥氏体不锈钢氩弧焊合格项目。施焊时必须采用双面惰性气体保护（一般使用氩气，纯度不低于99.96%）。
　　对管道焊缝的外观检查要求：焊缝根部表面平滑，不发黑。所有不锈钢管道焊缝的都应进行无损探伤（X射线或γ射线探伤），焊缝质量应符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（6B50236-98）的Ⅲ级以上（含Ⅲ级）焊缝标准。若焊工刚进场施工，对保护气体流量、焊接电流等操作工艺有一个熟识过程，焊缝质量容易出现不合格情况，施工质量管理应予以加强。
5. 臭氧气体管道及法兰材质的要求
　　若氧气管道内壁产生锈点等固体颗粒物，脱落的固体颗粒容易引起发生器的放电管击穿，而且臭氧气体具有强腐蚀性，因此对管道材质要求严格，至少应按以下原则选择：氧气管道采用304不锈钢材质，干燥环境下臭氧气体管道采用304或316L不锈钢管，湿润环境下臭氧气体管道采用316L不锈钢管，法兰片材质与连接管道相同，法兰垫片为PTFE（聚四氟乙烯）材料。
6. 气体管道的压力与密封性检查工作
　　由于臭氧具有毒性，纯氧气具有强助燃性，因此臭氧系统发生气体泄露是极为危险的。所有气体管道完工后都必须进行压力与密封性检查，确认其密实、无泄露。
压力试验时，用高压氮气瓶向管道通氮气，调节气瓶出口阀与压力表，缓慢增加出口压力至设计压力的1.5倍，然后用发泡剂溶液检查所有接口，不冒泡、不泄漏为合格。
　　密封性试验按如下步骤进行：向管段压入氮气，升压至系统设计操作压力的1.15倍，稳压30分钟，记下管道中的压力p1和温度t1，12小时后记下此时的p2和t2。分别换算成绝对压力P1、P2和绝对温度T1、T2。计算P1/T1与P2/T2之间的差值，在1%以内为合格。
7. 主臭氧曝气装置的平整度要求
　　主臭氧接触工艺采用深水曝气，每个主臭氧接触池投加点的曝气装置由方型布气支管与曝气头组成，支管带螺母，曝气头带螺杆，两者采取螺纹连接。曝气装置的安装水平度直接影响臭氧曝气均匀效果，从而降低臭氧的利用率，因此必须对其严格要求：在同一个投加点，方形布气支管顶面标高的安装水平误差±2mm。安装前用水准软管确定曝气装置的安装标高，安装过程中还应随时使用水平尺检查与调整支架的水平位置。经测试，曝气装置在设计压力下运行时布气均匀，见下图：