絮凝剂制备系统故障及对策研究

2018-03-22孟令锁

铜业工程 2018年1期

孟令锁

（江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224）

1 引言

絮凝剂［1］主要用于加速酸、碱反应后颗粒物的沉淀，实现对工业废水处理的稳定循环。絮凝剂制备系统是集自动配置絮凝剂、自动投加于一体的全自动生产设备，是工业废水处理的关键生产环节，直接影响外排水质是否达标。而其故障率高，隐蔽性强的特点也直接威胁了矿山环保生产的正常发展。所以探究有效的解决方法就变得非常有意义了［2］。

2 絮凝剂制备系统工作原理

图1 絮凝剂制备与投加流程原理图（60min制备1批）

絮凝剂制备与投加系统为批次生产过程系统，按照1h制备1批符合工艺要求浓度的絮凝剂溶液进行设计，制备浓度一般设计为1‰～3‰。制备新一批溶液启动后，预溶管路和快充管路的气动阀打开，同时向制备槽内注水；制备槽液位达到30%时，快充管路气动阀关闭，同时星型给料器启动，通过风力将絮凝剂粉料输送至预溶器，对粉料进行预先溶解，循环泵同时启动进行絮凝剂的充分溶解；粉料添加完毕后，打开快充管路气动阀，使制备槽内液位快速达到95%，关闭预溶器管路和快充管路气动阀；循环泵循环时间到后，输送阀打开，循环阀关闭，将制备好的溶液输送至储存槽［3］。如图1所示。

3 絮凝剂制备系统结构功能及工作流程

絮凝剂制备系统的工作流程主要由：粉料储存与输送、溶液制备、溶液输送/循环、溶液储存、二次稀释、控制系统投加6部分依次完成配制、投加。如图2所示。

图2 系统工作流程主画面

3.1 粉料储存与输送装置

该装置的主要功能是：根据工艺用量在料斗内储存适量的絮凝剂粉料，当制备槽的用量低于要求的9%时，系统自动开启，漏斗内的粉料通过给料器、鼓风机送风等装置顺利进入制备桶加水制备并进入到制备环节。主要由以下部分组成：

（1）支架：用来支撑储存料斗，并安装有扶梯，方便人员进行加料操作。

（2）料斗：用来储存絮凝剂粉料，卸料口装有网筛，一般根据工艺用量设计料斗体积。

（3）粉料料位开关：检测料斗内粉料料位，并对低料位进行报警，提示人员进行加料操作。

（4）振动器：防止絮凝剂粉料在料斗壁上积留，避免料堆形成空洞，使粉料顺利排出。

（5）闸阀：检修时可将闸阀关闭，防止絮凝剂粉料泄漏。

（6）给料器：给料器为星型给料器，实现投加与计量粉料，并具有锁气功能，工作能力一般设计为3～6kg/min，根据工作能力通过定时实现控制制备溶液的浓度。

（7）加热器：对投加的粉料进行加热，形成空气与粉料的混合体，实现恒温控制，防止粉料吸潮凝结，并有助于絮凝剂颗粒的溶解。

（8）粉料流量开关：检测粉料输送管路中有无粉料，给料过程中在无料状态下报警并停止制备过程。

（9）鼓风机：通过风力将粉料输送至制备环节，使粉料呈分散状态，更易于与水充分接触、溶解，并对干粉有一定的干燥作用；清除管路中的杂质，排除管路湿气和残余粉料，避免粉料吸潮粘结在管壁上。

3.2 溶液制备装置

该装置的主要功能是：实现清水与絮凝剂粉料的充分混合，并灌充适量的清水达到制备溶液浓度的要求，存储每个批次的溶液。如图2所示，主要由以下部分组成：

（1）制备槽：槽体底部为圆锥形，用来输出溶液与排污；槽体顶部实现水和粉的混合，并有检修孔、溢流管；从底部到顶部装有笼梯，顶部装有检修护栏，方便人员进行维护、检修。

（2）预溶器：实现对颗粒状的絮凝剂进行完全加湿，更好地制备絮凝剂溶液。干粉被输送到预溶器的顶部，同时内部的锥形喷嘴喷出均匀水雾，形成锥形水雾，可以将分散的干粉颗粒最大面积包围，预先进行一定的溶解，避免粉料加湿不均匀，形成不能溶解的大块。锥形水雾的大小可以通过旋转预溶器的顶部进行调节。

（3）气动开关阀：共有2个气动开关阀，分别安装在预溶管路和快充管路；为保证预溶管路水压，在粉料输送阶段，快充管路的气动阀需要关闭；快充管路可快速向制备槽充水，在规定时间内将制备槽充满。

（4）水流量开关：共有2个水流量开关，分别安装在预溶管路和快充管路，用于检查管路中有无水流，并对无水流情况报警。

（5）压力传感器：安装在充水管路检测管路水压，用来监测充水的水压变化，调节预溶器，并对低水压报警。

（6）液位计：检测制备槽内溶液的液位，对不正常的液位状态进行报警，并对循环/输送泵进行低液位保护。

3.3 溶液输送/循环装置

该装置的主要功能是实现制备溶液的均匀搅拌，并将完成制备的溶液输送到储存装置。主要由以下部分组成：

（1）支架：用来支撑输送泵、气动阀等设备。

（2）输送泵：2个输送泵为一用一备，一方面循环搅拌溶液，使絮凝剂充分溶解均匀；另一方面将完成制备的溶液输送到储存装置，准备制备新一批次的絮凝剂溶液。

（3）输送压力传感器：安装在输送泵出口管路上，检测循环过程与输送过程中的管路压力，防止在堵管或气动阀关闭的情况下继续运行，对输送泵起到保护作用。

（4）气动开关阀：输送泵至制备槽管路和至储存槽管路上分别装有气动阀，两个气动阀的状态相反，用于循环过程和输送过程的切换。

3.4 溶液储存装置

该装置的主要功能是储存制备好的絮凝剂溶液，具有一定的备用容量，并使絮凝剂溶液在储存槽内进行静置，保持一定时间的熟化过程。主要由以下部分组成：

（1）储存槽：槽体底部为圆锥形，用来输出溶液与排污；有检修孔、溢流管；从底部到顶部装有笼梯，顶部装有检修护栏，方便人员进行维护、检修。

（2）液位计：检测储存槽内溶液的液位，对不正常的液位状态进行报警，并对投加泵进行低液位保护。

3.5 二次稀释装置

该装置的主要功能是使絮凝剂溶液通过二次稀释后达到工艺要求的投加浓度，并使稀释后的溶液均匀。主要由以下部分组成：

（1）支架：支撑静态混合器、流量计、调节阀等设备。

（2）静态混合器：将投加的絮凝剂溶液与适量的水充分混合，稀释为工艺要求的溶液浓度。

（3）流量计：检测稀释水管路流量，实现水量的闭环控制。

（4）调节阀：连续调节水量，保证合适的稀释水量。

3.6 控制系统装置

根据投加点的数量，决定制备系统和投加系统是否共用控制柜。该装置的主要功能是集成絮凝剂制备与投加系统的整个生产过程信息，可对过程进行手动/自动操作；将颗粒状絮凝剂根据需求的浓度制备成溶液，并根据工艺絮凝剂添加量的要求，将溶液定量添加到生产环节；提供DCS的集成接口，可进行远程监测与控制。

主要功能如下：

（1）监测整个生产流程状态。

（2）制备过程与投加过程的手动/自动操作。

（3）根据浓度要求制备成溶液。

（4）根据工艺絮凝剂添加量要求进行准确添加。

（5）提供故障定位、参数设置、数据曲线、生产报表等信息。

控制系统的PLC采用Siemens S7 300，预留Modbus/TCP以太网通讯协议接口；人机监控界面采用工业一体化电脑，并采用专用的组态软件开发监控界面，实现了方便的人机交互界面。

4 絮凝剂制备系统故障及处理对策

4.1 给料故障

絮凝剂制备系统在正常运行中，经常会出现给料少、下料口出现反吹的现象，配置出的投加剂浓度不够，不能满足废水处理的正常生产要求，严重时还会出现浓密池跑混，水质不达标的问题。为了满足生产要求，有针对性地对给料器进行改造，增加了给料刮片橡胶垫子的厚度，防止给料器工作时鼓风机的风量反吹回料斗，影响正常下粉料。同时还对给料器的运行频率和运行时间进行了修改，在保证正产运行的前提下，使粉料下料效果达到最佳状态。如图3所示。

图3 给料器实物图

4.2 循环泵故障

循环泵故障是系统的主要故障，主要是由于制备桶液位计误报，给出虚假的数据反馈到系统导致循环泵连续工作引起烧毁。其一，在循环泵进料口的管路上新增流量控制器，其作用是当通过循环泵的流量过少甚至为零时，循环泵就会自动停止，从而彻底避免了因为虚假信号导致循环泵连续作业以致烧毁的问题。其二，修改制备桶液位计信号的传输通道，将液位计探头微微倾斜，避免了因为长时间工作探头表面凝结水珠以致出现测量错误信号的问题［4］。如图4所示。

图4 流量控制器实物图

4.3 自动配置系统故障

在絮凝剂自动配制过程中，经常出现配制系统故障，如出现高高液位报警、气动阀门故障报警等问题。为此，对配制桶的开始配制液位高度进行了调整，由原来的30%减低到15%开始配制，并手动降低了快充阀的进水量，从而在完成配制后不至于出现高高液位报警的问题［5］，同时，对移动式空压机进行定期的维护保养，避免因空压机故障导致气动阀起停不到位导致自动系统故障。

4.4 投加量低故障

投加量低是指在絮凝剂完成配制投入到生产过程在，投加泵流量过少。为了及时调整流量，新增远程投加系统，即在中控室通过调节单位干粉投加量，控制投加泵的转速，实现远程控制投加。同时，安装出口流量计，实时观测投加流量的大小，并降低了出口投加管路的高度，降低了投加压力，保证了投加量达到最佳效果。如图5所示。

图5 流量计实物图

4.5 管路堵塞故障

由于处理废水量的改变会导致絮凝剂制备浓度的改变，当废水处理量过高时，絮凝剂浓度加大，经常会导致管路出现堵塞现象。这很可能是最大配制浓度值过高的原因，固在保证正常生产的前提下，降低最大配置浓度，最大程度避免管路堵塞，同时新增了反冲阀，当粉料管路堵塞时，关闭反冲阀，利用鼓风机出来的风量反吹到料斗里，从而疏通堵塞管路。

5 改进后运行效果

5.1 设备故障率降低

经过上述措施的执行与改进，到2018年第三季度，絮凝剂制备系统故障率明显降低，循环泵、投加泵烧毁情况明显减少。如表1所示。

表1 故障次数

经过统计对比，故障次数明显减少，故障率由原来得67%减低到31%。由于新增流量控制开关，没有发现因打空泵导致循环泵烧毁的问题。

5.2 远程控制优势

改造后，根据当前的生产实际需要，可随意在中控室修改其投加量，不用必须到现场进行调整，尤其当生产变化复杂、需要及时调整时，大大降低了操作人员的劳动强度，高效的完成了生产任务。

5.3 降本增效

改造前，仅1年时间烧毁了10台循环泵和6台投加泵，部分继电器和PLC模块由于反馈参数虚假而烧毁。改造后，近1年时间仅发生1起由于风扇问题导致投加泵损坏，PLC等设备元器件使用寿命明显提高，大大减低了生产成本，1台2.2kW的投加泵和循环泵价值5500元人民币，16*5500=8.8万元，1台西门子PLC模块价值980元人民币，1年可节约大概88000+980=88980元人民币，达到了降本增效的目的。