南洲水廠臭氧設備安裝工程

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安裝工程的一些情況，講述臭氧系統安裝工程的主要工作內容，指出臭氧設備安裝工程的7個關注點，總結參與安裝工作的經驗與體會。
　　關鍵詞：臭氧、壓力容器、不銹鋼、電氣設備、安裝

一、南洲水廠臭氧系統簡介

　　南洲水廠采用的水處理工藝為：預臭氧接觸+常規處理+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，預計今年底完成二期接觸池的設備安裝，屆時臭氧接觸池的設計水處理能力可達100萬m³/d。南洲水廠第一期臭氧系統的設備從瑞士進口，共有3臺臭氧發生器，單臺設計產量47 kg/h，總臭氧產量為141 kg/h。目前該系統已投產，是國內水廠中臭氧發生能力最大的臭氧系統。
　　 該臭氧系統以純氧氣體（濃度≥90%）作為原料，通過高壓中頻電場，產生濃度為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）與不銹鋼閥門調配到接觸池的每個投加點，其中預臭氧接觸池有3個并聯的接觸池，在每個接觸池進口處設1個投加點，采用射流曝氣形式，設計投加比率0.5~1.5mg/l；主臭氧接觸池有5個并聯的接觸池，在每個接觸池設3個串聯的投加點，采用三段式微孔深水曝氣，設計投加比率1.0~2.5mg/l。
　　 南洲臭氧系統的自動化程度高，可實現“中控室操作，現場無人值守，事故自動停機報警”的控制模式。

二、臭氧系統設備安裝工程的主要工作

1. 需要安裝的臭氧系統設備主要分為6個子系統：
　　 ①主配電線路：雙回路380V，50Hz（制式為TN-S，三相五線制）。
　　 ②臭氧發生系統，包括3臺發生器（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、冷卻水管道等設備。發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預臭氧投加系統，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，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）等設備。尾氣破壞器的工作電壓為380V。
　　 ⑤儀表設備，包括在線控制儀表與就地控制儀表、如氧氣質量流量計、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，包括主控制柜1個、供電單元（PSU）控制柜3個、預臭氧射流泵控制柜1個、臭氧尾氣破壞器控制柜4個等設備。PLC系統以臭氧投加量決定臭氧發生量為控制思路，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，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：接觸池的土建預埋件安裝、大型設備就位固定、儀表設備就位固定、不銹鋼管道焊接與閥門安裝、動力電纜（強電）敷設與接線、PLC控制電纜（弱電）敷設與接線、設備試車、配合設備調試。

三、臭氧系統安裝工程施工管理應特別注意的情況

　　在施工過程中必須嚴格按照圖紙及相關的施工規范規程的要求進行作業。尤其對以下7個方面，在施工管理工作中應特別注意：
1. 安裝單位的資質要求
　　臭氧系統設備安裝工程屬于機電類設備+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作明確要求，設備安裝完畢，需要使用施工單位的安裝資質向政府的質量技術監督部門申請辦理壓力容器使用證。
　　南洲水廠臭氧系統的不銹鋼氧氣管道內工作壓力0.16~0.20Mpa，屬于GC3級壓力管道；不銹鋼臭氧氣體管道內工作壓力0.12~0.16Mpa，屬于GC2級壓力管道；臭氧發生器外殼為不銹鋼，內部的氣體工作壓力0.12~0.16Mpa，屬于固定式第一類壓力容器。因此在選擇設備安裝單位時對其壓力管道安裝資質、壓力容器安裝資質、化工石油工程施工資質、機電設備安裝施工資質等作了相應的要求。
2. 施工前編制詳細合理的工作進度計劃
　　由于臭氧系統安裝的設備數量繁多、施工涉及的工種多，而且國內的大型臭氧設備不多，擁有臭氧系統設備安裝經驗的施工隊伍極少，因此施工人員對安裝圖紙的理解程度是非常關鍵的。施工人員必須對施工的主要內容與難點都充分理解，認真編制詳細的工作進度計劃。進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，影響施工進度的關鍵步驟為：設備就位固定—焊接并敷設管道—敷設并連接動力電纜—敷設并連接控制電纜—通水通電試車。南洲水廠臭氧系統安裝工程的主要安裝工作量需4周時間完成，配合設備調試工作需12周，總工期16周。
3. 嚴格要求施工環境與施工過程的衛生整潔
　　在臭氧系統氣體管道中流動的是純氧氣體或臭氧—氧混合氣體，若管道內殘余任何油、油脂、研磨顆粒、塵粒以及焊接完后留下的設備，均可能由氣流引起輕微摩擦，導致起火。因此在進行不銹鋼管道焊接施工時，必須嚴格要求施工環境與管道的衛生，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：
　　①施工環境保持整潔，不揚塵。
　　②若不銹鋼表面沾有碳鋼微粒，則容易發生電化學腐蝕，因此加工區域應嚴格分開，并有明顯分隔。施工場地宜分不同的區域：
　　不銹鋼加工區，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。
　　2.設備儲藏區（電氣柜、設備、閥門、儀表）。
　　3.預先制作和預先清潔的管道儲藏區。
　　4.工具儲藏區。
　　③所有氣體管道在焊接前均要清洗脫脂，不能留有任何死區。可采用99.8%的乙醇浸泡15分鐘，邊浸泡，邊用竹桿纏緊不起毛的白布，反復擦拭管壁內外面直至干凈。脫脂清洗劑不能含氯化物，因為氯化物的殘留物將影響發生器放電管的工作。
　　④加工好的管件在其兩端必須密封塑料布，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，以免臟物和碎片進入。
　　⑤閥門、儀表、法蘭片最好能夠打開包裝后馬上進行安裝，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外表面與安裝管口附近的內表面。
　　⑥管道焊接前采用不起毛的干凈白布擦拭管壁，用紫外光（波長320-380nm）進行檢查，白布不能出現碳氫化合物熒光。
　　⑦焊接完畢，用高壓氮氣分段反復吹掃管道內的微粒，每次持續吹掃5~10秒，連續5~8次。
4. 保證不銹鋼管道氬弧焊的質量
　　管道連接施工過程必須嚴格遵守《壓力管道安全管理與監察規定》。現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（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，不發黑。所有不銹鋼管道焊縫的都應進行無損探傷（X射線或γ射線探傷），焊縫質量應符合《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》（6B50236-98）的Ⅲ級以上（含Ⅲ級）焊縫標準。若焊工剛進場施工，對保護氣體流量、焊接電流等操作工藝有一個熟識過程，焊縫質量容易出現不合格情況，施工質量管理應予以加強。
5. 臭氧氣體管道及法蘭材質的要求
　　若氧氣管道內壁產生銹點等固體顆粒物，脫落的固體顆粒容易引起發生器的放電管擊穿，而且臭氧氣體具有強腐蝕性，因此對管道材質要求嚴格，至少應按以下原則選擇：氧氣管道采用304不銹鋼材質，干燥環境下臭氧氣體管道采用304或316L不銹鋼管，濕潤環境下臭氧氣體管道采用316L不銹鋼管，法蘭片材質與連接管道相同，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，純氧氣具有強助燃性，因此臭氧系統發生氣體泄露是極為危險的。所有氣體管道完工后都必須進行壓力與密封性檢查，確認其密實、無泄露。
壓力試驗時，用高壓氮氣瓶向管道通氮氣，調節氣瓶出口閥與壓力表，緩慢增加出口壓力至設計壓力的1.5倍，然后用發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行：向管段壓入氮氣，升壓至系統設計操作壓力的1.15倍，穩壓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氣支管與曝氣頭組成，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，因此必須對其嚴格要求：在同一個投加點，方形布氣支管頂面標高的安裝水平誤差±2mm。安裝前用水準軟管確定曝氣裝置的安裝標高，安裝過程中還應隨時使用水平尺檢查與調整支架的水平位置。經測試，曝氣裝置在設計壓力下運行時布氣均勻，見下圖：

圖1 主臭氧接觸池一個投加點的曝氣效果測試

四、結語

　　在國內，大型臭氧系統屬于新型的水處理設備，需要結合現場的條件采取有效的措施解決設備安裝的特殊要求。經過供貨商、設計、施工、監理與業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備安裝工程，現已投入正常運行。

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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