大型水厂预臭氧系统的设计、安装及调试运行

【摘 要】本文介绍了北京市第九水厂臭氧系统的设计、安装及调试的简要情况,讲述了臭氧系统安装的主要工作内容,指出了臭氧设备安装过程中的几个关注点,总结了安装工作的经验与体会。

【期刊名称】《城镇供水》

【年(卷),期】2012(000)002

【总页数】3页(P36-38)

【关键词】臭氧系统;设备安装;设备调试

【作 者】王体明;潘莉

【作者单位】北京市自来水集团第九水厂,北京100192;北京市自来水集团第九水厂,北京100192

【正文语种】中 文

【中图分类】TP316.81

一、前言

臭氧是一种强氧化剂，能够有效氧化水中有机分子，杀灭病原微生物，去除原水异味。且与氯等其它氧化剂相比，使用臭氧对原水进行预处理，其净化效率更高、副作用更小，在水厂处理工艺中已经得到广泛使用。为了有效应对南水北调等新水源水质变化，北京市自来水集团在第九水厂原有常规处理工艺之前，新建了臭氧预处理工艺设施。

二、臭氧系统设计

第九水厂的预臭氧系统包括液氧储存、臭氧制备、臭氧投加和臭氧接触四部分。氧源为专业公司提供的液氧，并租赁该公司储存设施；臭氧制备由四台进口设备组成，三用一备，根据第九水厂的日供水量设计了单台臭氧最大产量约16.5 kg /h；使用水射器投加。

该臭氧制备系统原理是液态氧气化后，或为氧气，氧气在臭氧发生器放电管内通过无声放电生成臭氧；供电单元（PUS）为臭氧的产生提供必要的电压及频率的电源。

系统共有七个子系统组成：

（1）电气运行保障设备：两台1600kVA变压器及11面低压开关柜。

（2）氧源系统：根据不同原水水质对臭氧用量需要，采用液氧储罐的形式；氧源设施包括液氧储罐、2台汽化器、1台水加热器及1台热交换器。液氧通过蒸发器汽化后，通过纯氧管沟送至臭氧制备车间。

（3）臭氧发生系统，包括4台臭氧发生器（OGU）、4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。臭氧发生器的产量可以根据进入接触池的总进水流量和臭氧投加率进行调节（10～100%）。运行操作人员可以根据水质的变化手动设置臭氧投加率。

（4）补氮系统，即两套氮气投加系统包括空压机2台、空气冷却器2台、贮气罐2个、除湿干燥器1台。氮气投加系统通过DN15不锈钢SUS316L管道将干燥后的压缩空气送进DN65不锈钢SUS304的氧气管道，然后一同进入臭氧发生器以提高臭氧的生产效率。

（5）冷却水系统，臭氧发生器产生的热量由其配套循环冷却水带走。循环冷却水系统与臭氧发生器为一体设备，主要包括4台冷却水泵、产生纯净水的2套离子交换器、2套热交换器以及配套的管路及控制系统。

（6）尾气排放系统，采用触媒催化形式,吸收分解接触池中剩余的臭氧尾气,达到臭氧排放的目的。

（7）仪表设备，包括在线控制仪表与就地控制仪表、如臭氧泄漏报警仪、臭氧浓度分析仪、露点仪、压力计、流量计、导电率仪、温度计、尾气臭氧分析仪、水中余臭氧分析仪、超声波液位计等。

第九水厂臭氧系统的自动化程度较高，可实现“中控室操作，现场无人值守，事故自动停机报警〞的控制管理模式。

三、设备安装

安装工作主要分为以下8项：接触池的土建预埋镀锌钢管;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; 电缆敷设与接线;电气保障设备安装与通电;设备试车;性能调试。

臭氧系统安装过程中应特别注意的情况，在施工过程中必须严格按照设计图纸及相关的施工验收规范规程的要求进行工作。尤其对以下6个方面，在施工管理工作中应特别注意：

3.1 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。

第九水厂臭氧系统的不锈钢氧气管道工作压力0.15～0.50Mpa，属于GC3级压力管道；不锈钢臭氧气体管道设计工作压力0.099Mpa，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0.099Mpa。因此在选择设备安装单位时对其施工资质应作相应的要求。

3.2 施工前编制详细合理的施工组织设计及工作进度计划

由于臭氧系统安装的设备数量繁多、施工涉及面广，而且目前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，认真编制详细的施工组织设计与工作进度计划。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。对第九水厂臭氧安装工程而言，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—动力电缆施工—控制电缆施工—通水通电试车。第九水厂臭氧系统安装工程的主要安装工作量需10周时间完成，配合设备调试工作需6周，总工期16周。

3.3 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，每天完活后厂光地净。

②若不锈钢表面沾有碳钢微粒，则容易发生电化学腐蚀，因此不锈钢和碳钢必须分开作业，严禁在放有不锈钢管道和设备的地方加工、焊接碳钢构件。

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，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，焊接部分酸洗干净。

3.4 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》。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实行10%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。

3.5 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氧化性，因此对管道材质要求严格。

3.6 气体管道的压力与密封性检查工作

由于臭氧具有刺激性，纯氧气具有强助燃性，因此一旦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。

四、调试运行

在静态安装验收后，立即进入设备调试阶段。采用预臭氧工艺后，为确定针对北京多水源的合适预臭氧技术参数和预臭氧化后的常规处理工艺参数，尽可能以较低的生产成本，最大限度地保证首都优质、安全供水，必须确定臭氧系统调试运行方案。调试过程分三部分:

第一步，臭氧发生器的单机性能调试。单台臭氧发生器在冷却水温≤25℃的状态下，臭氧浓度设定为10Wt%,氧气进气流量设定为111Nm3/h,运行期间臭氧的产量大约为16.5Kg;臭氧发生器的产量根据进入接触池的总进水流量和臭氧投加率进行调节（10～100%）,测定项目的臭氧产生浓度、氧气进气流量、冷却水温、压力、导电率等基础数据。并可根据水质的变化手动设置臭氧投加率。

第二步，带负载运行的联动控制调试。在联动运行调试中，一台臭氧发生器运行时，周边的冷却水设备，氮气投加系统，臭氧投加系统，尾气破坏系统等负载联动时，臭氧浓度设定为10Wt%,氧气进气流量设定为111Nm3/h时，根据实际情况设定合适的参数。

第三步，设备整体的性能测试。在测试过程中，臭氧投加95%以上的吸收效率，设定合理的参数，臭氧浓度设定为0～10Wt%,氧气进气流量设定为111Nm3/h时，确认臭氧吸收效率是否良好，累积一天的大约臭氧量。

根据各项调试报告得出以下结论：

1.单台额定发生能力：当臭氧发生器在臭氧浓度10wt%，冷却水温度为30℃的正常情况下运行时，单机臭氧产量16.5kg /h，4台总发生量66kg/h；

2.臭氧发生器的臭氧产量在10～100%范围内可进行调节，并且入口氧气量可调节；

3. 臭氧发生浓度在6%到13%之间可调，能够根据生产运行实际情况进行优化调整；

4. 臭氧发生器及其供电单元的能耗为9.29kwh/kgO3（冷却水水温为25℃，臭氧浓度为10%，臭氧发生能力为16.5kg/h时）完全满足招标文件不大于10.5kwh/kgO3的要求；

5. 当一台臭氧发生器出现故障时，其余三台发生器具有66kg/h的生产能力，此时臭氧发生浓度达到7wt%，冷却水温度为30℃。

经过综合分析，得出结论是对臭氧系统净水效果有明显影响的因素是臭氧投加量和臭氧分配比例。增加臭氧投加量可改善出厂水水质，臭氧投加量1.5mg/L的出厂水水质和工艺运行参数优于1.0mg/L。

五、结语

目前，第九水厂臭氧系统已投入正常运行，处理能力达157.5万m3/d，且运行效果良好，达到了提高水质，改善工艺运行条件的目的，为臭氧化工艺在国内的广泛应用积累了宝贵的经验。