淺談水泥廠給排水設計優化

張云霞

淺談水泥廠給排水設計優化

張云霞

自改革開放，特別是進入21世紀以來，我國水泥工業技術不斷進步，實現了由機立窯、濕法窯和立波爾窯等落后工藝向新型干法先進技術的轉變，現在已經是完全成熟的第二代節能環保新型干法水泥生產線技術。在此過程中，作為水泥廠輔助配套的給水排水在技術上也發生了很大的變化。

就設備冷卻水系統來說，最初為壓力供給設備冷卻用水，冷卻后的水直接排放，造成水資源的大量浪費和對周圍環境的污染（見圖1）。

后來，水源水先經處理補入冷水池，由水泵加壓供給設備冷卻水，冷卻出水重力流至熱水池，經水泵加壓至冷卻塔，冷卻后的水進入冷水池，再由水泵加壓循環使用，提高了水的重復利用率，節約了水資源，減少了廢水外排對環境的污染。但系統復雜，工程量大，浪費能量，回水的滲漏損失很大，循環水質得不到保證（見圖2）。

現在的供水方式為：水源水經處理后進入循環水池，由水泵升壓供給設備冷卻水，冷卻出水借余壓回流直接上冷卻塔進行冷卻，經冷卻后進循環水池，再由水泵加壓循環使用。系統設有排污、投加水質穩定劑及殺滅菌藻加氯設施，系統簡單、運行安全、節能、節水，水質得到了保證（見圖3）。

圖1　壓力給水冷卻后直接排放

圖2　壓力給水重力回流循環冷卻

圖3　壓力給水余壓回流循環冷卻

目前，水資源和水環境約束加劇，水泥工業生產和控制技術快速發展，水泥工程市場從國內轉向國外，這些都對給排水設計水平提出更高的要求，促使給排水專業設計人員不斷學習和拓展，加強技術管理、提高設計水平、強化質量控制，使設計更加優化、合理，以適應當前形勢的需要。下面就給排水設計在節水減排、自動化控制、公司工程總包市場開拓和合同執行、工程運行管理等方面進行的設計優化做簡要介紹。

1　優化系統設計，綜合利用水資源

1.1完善水泥廠給排水系統，確保系統運行順暢

水泥廠給排水設計內容包括水源取水泵站、水源水輸送管路、原水處理系統、廠區給水（包括生產、生活和消防）泵站系統、廠區給水和排水管路系統、污（廢）水處理及回用系統等，廠區給排水系統必須系統配套、流程順暢，這樣才能保障全廠給排水系統有機整體的正常運行，實現節水減排的最終效果。

1.2做好原水處理，改善補水水質

從源頭上杜絕生產循環系統因補水水質不合格而導致大量的排污浪費，這是節約用水、減少排污的關鍵，同時也為后續污（廢）水處理的穩定運行創造有利條件。

1.3合理配置水資源，提高水資源重復利用率

在保證水泥廠各單元用水水質前提下對水資源進行合理配置，實施一水多用，提高水的重復利用率。在用水分配時，首先供給對水質要求較高的用水單元；其次，循環冷卻回水經過濾處理供給生產直流噴水，以減少循環系統排污，改善循環系統水質；另外，余熱發電鍋爐系統排污水較循環系統補充水水質好，經降溫處理后補入循環系統，可減少新鮮水補給和廢水排污。

1.4在保證不產生結垢或腐蝕的前提下，增大濃縮倍率（取N=3～5），提高循環冷卻水系統的循環利用率，減少循環系統排污和新鮮水補充。通常采用以下方式：

（1）投加適量緩蝕阻垢劑，以保證系統在較高的循環倍率下穩定運行而不會結垢或腐蝕。

（2）采取消毒措施，減少藻類繁殖，避免管道堵塞，確保系統正常運行。

（3）加強系統內水質檢測，掌握系統運行情況，適時排污，保障系統水質。

（4）在冷卻水管道中設計可拆卸的金屬管，定期觀察管道內壁結垢和掛片腐蝕的情況，指導緩蝕阻垢劑的投加和適時排污。

1.5水泥工廠污（廢）水處理后的再利用

廠區污水匯集后首先采用生物接觸氧化處理，處理達到《污水綜合排放標準》排放標準要求后，再與生產廢水一起進入廢水調節池，經過混凝、沉淀、過濾處理進入中間水池，一部分用于廠區綠化用水和澆灑道路及汽車沖洗用水，其余部分至電滲析脫鹽單元進行深度處理。處理后，合格的水回用于余熱發電循環系統補充水，代替部分新鮮水補給，脫鹽產生的濃水用于原料破碎降塵噴水和原料磨噴水。最終實現廢水資源再利用，無廢水外排，減少對周圍環境的影響。

2　與先進的水泥生產線配套的自動化給排水控制系統

新建的水泥廠采用DCS/PLC系統控制生產過程，配套的給排水系統的各系統（取水泵站、給水處理系統、供水系統、污水處理及回用系統）通過PLC連鎖控制全自動運行，同時進入DCS系統在中控室實行遠程監測和控制，能時時掌握全廠給排水系統的運行情況，隨時發現異常情況，及時進行檢修維護，實現全廠給水排水系統的集散控制和有機運行。

為滿足系統的全自動運行及在中控室監控，并方便現場運行管理，需要設置各種計量和檢測儀表：

（1）各個系統補水管、給水處理設備進出水管、水泵給水總管、循環回水管、污水處理設備進水管設置流量計，流量信號進DCS。

（2）各水泵出水管、水泵給水總管、循環回水總管、水處理設備進水管設置遠傳壓力表，壓力信號進DCS。

（3）生產循環給水總管、循環回水總管設溫度傳感器，溫度信號進DCS。

（4）各系統水池（包括水箱）設超聲波液位計，水位信號進DCS，并設有水位報警裝置。

（5）設備運行、停止和故障狀態信號引至DCS并有故障報警顯示。

3　緊密結合工程實際，完善給排水設計

（1）設計中應采取措施加強對生產補水和生產循環系統水質的檢測及管理，確保處理后的水質符合正常運行要求，并根據循環系統水質變化及時排污避免水質變差，減少水的浪費。

（2）若要給水處理、廢水處理、污水處理連續正常運行，需設有足夠容量的調節池（給水處理設原水池、廢水處理設廢水調節池、污水處理設污水調節池）。

（3）生產循環水系統管道易產生結垢或腐蝕而導致管道損壞，生產給水、回水管道應采取架空的方式敷設，能夠及時發現泄漏，便于檢修和維護。對于埋地敷設的壓力管道，在安裝時，應在管道上的檢修閥門兩側加撓性接頭，以免因熱脹冷縮產生的應力將管道拉斷，同時閥門故障時方便拆卸檢修。

（4）在給水管網中增加檢修閥門并采用環狀布置。當某處發生故障時，可用檢修閥將其獨立斷開，減少對其他用水點的影響，尤其水泥廠化驗室、余熱發電化學水處理等用水非常重要的車間。

（5）消防和生產或生活合用水池時，為保障消防用水不被動用，應采取可靠的技術措施，使生產或生活水泵在消防水位時無法吸水（見圖4）。

4　細化設計工作，綜合考慮各環節，創造有利條件

（1）設計中盡可能選整體出廠運輸至現場的設備，減少現場加工工作量，節約時間和場地，為加快工程進度及其他設備順利安裝提供便利條件。

（2）設計選用管材應注意工程場地的地質條件。對于埋地管道、粘土場地應選用塑料管材，并對管道基礎進行鋪砂處理；塊石較多的場地則應選用鋼管或鋼絲網骨架塑料管，以免扎漏損壞采用的塑料管。另外，北方冰凍地區埋地管道慎用PE聚乙烯給水管，因為PE管道連接采用熱熔工藝，施工質量受溫度影響特別大，冬季施工安裝管道的質量難以保證，易造成通水后管道發生嚴重滲漏。

（3）在供水系統中，采用傳統的水塔和水泵聯合供水，安全、可靠、節能，但水塔的塔基與箱體施工要求高、養護時間長。因此，設計中利用窯尾或儲存庫的高度優勢，在上面設置高位水箱，取代水塔，既保證了供水的安全性，又能大大縮短施工工期。

圖4　生產消防水池

（4）優化設計順序，有效配合現場施工，道路先行。根據現場需要和既定的給排水設計方案及道路走向，在路下預埋管涵，保證現場道路通行和施工安裝，為縮短整個工程項目時間創造條件。

（5）設計中充分考慮安裝完畢后系統管道沖洗的需要，在生產循環給水管末端和循環回水管連通，設放水閥和截斷閥，用于管道沖洗。

5　研究國外標準規范，促進公司國際化進程

（1）研究美國NFPA消防規范，基本具備了應用美國消防標準自主設計和與國外咨詢公司的技術交流能力，可有效增強公司的競爭實力。另外，可在國際工程項目執行過程中，為消防設計、開工申請和設計審批創造條件和贏得時間。

（2）購買應用美國NFPA消防規范設計軟件，對水泥廠的消防設計進行計算及優化，大大提高了設計準確度和效率，降低了設計成本。

（3）應用三維技術開展工程設計，實現了與其他專業的協同設計，解決了設計中的缺、漏、碰、撞等頑癥，材料統計更準確，更有效服務總承包工程。

6　結語

文中介紹的優化設計已經在工程和生產實踐中得到廣泛應用，不但滿足了公司總包工程和業主生產運行的要求，而且在節水減排和運行管理方面效果明顯，有效提高了公司市場競爭力和工程項目執行力。

Optimization of Water Supply and Drainage Design in Cement Plant

TQ172.8文獻標識碼：A文章編號：1001-6171（2016）03-0073-03

通訊地址：天津水泥工業設計研究院有限公司，天津300400；2015-09-19；編輯：呂光