摘  要  針對紅河鋼鐵有限公司軋鋼廠水處理系統(tǒng)的生產(chǎn)用水存在消耗量過大，且廢水外排而造成資源浪費和污水處理困難的實際問題，對整個水處理系統(tǒng)進行降耗、利廢的優(yōu)化改造。通過增建廢水回收處理系統(tǒng)以實現(xiàn)外排廢水的有效回收、處理、再利用，同時，將全部地下管網(wǎng)實施明管改造以解決水循環(huán)過程中的暗管泄漏。實現(xiàn)了大幅降低生產(chǎn)用水消耗量，提高全系統(tǒng)的循環(huán)水利用率，從而達到降低生產(chǎn)成本，最終實現(xiàn)綜合降耗。

關鍵詞  反洗水  溢流水  外排  泄漏  回收  處理  再利用

1  前言

長期以來，軋鋼廠水處理月平均耗水量高居45 000 m3以上，造成大量生產(chǎn)用水消耗的主要原因是棒材濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)4臺GSL-3.0型高速過濾器的反洗水外排，其次是棒材凈環(huán)、濁環(huán)冷水池在動態(tài)循環(huán)中的高水位溢流外排和全廠水循環(huán)管網(wǎng)的地下暗管泄漏，因此導致生產(chǎn)水的利用率不高，同時因廢水外排而造成污水處理困難。針對這些問題，對水處理系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)了對外排廢水的有效回收、處理、再利用，以及解決整個水處理循環(huán)系統(tǒng)的泄漏浪費，提高了生產(chǎn)水的利用率，最終實現(xiàn)了水處理系統(tǒng)綜合降耗的目的。

2  水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1高速過濾器反洗水消耗

軋鋼廠棒材水處理濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用4臺GSL-3.0型，規(guī)格φ3000，工作壓力0.2～0.4 MPa的同型號高速過濾器作為濁水凈化處理裝置，單臺產(chǎn)水量280 m3/h。該高速過濾器在對濁環(huán)冷卻水進行處理的過程中，每天需對過濾器進行一次反洗，以提高其水質(zhì)處理效果。在原生產(chǎn)工藝中，高速過濾器反洗出來的廢水直接排經(jīng)溝道流至污水處理廠，而抽用濁環(huán)冷水池的水對高速過濾器進行反洗時，需同步向濁環(huán)冷水池補充大量新水，以保證濁水循環(huán)系統(tǒng)的用水平衡，所以，造成軋鋼廠的生產(chǎn)用水消耗量大，生產(chǎn)成本高。經(jīng)過對濁環(huán)水池在每次高速過濾器反洗工序中所需新水補充量的統(tǒng)計與測算，平均每天因反洗高速過濾器的廢水排放量約170 m3，則每年的廢水排放量達61 200 m3，按當前軋鋼廠生產(chǎn)用水的成本結算單價6元/m3計，則軋鋼廠每年將因高速過濾器的反洗廢水外排而增加用水成本約36.72萬元。而且，反洗高速過濾器排出的廢水中含有大量的氧化粉、懸浮物、油泥和藥劑等混雜成分，濁度高達200NTU以上，外排至污水處理廠后造成了污水處理困難的實際問題。

2.2水池溢流水外排

軋鋼廠棒材凈環(huán)、濁環(huán)水冷水池在池壁高位均設置有溢流口，在生產(chǎn)過程中，主軋線難免出現(xiàn)堆鋼或者設備突發(fā)故障時的緊急停機，而循環(huán)回水管道內(nèi)的大量余水返回水池，水位急速升高造成溢流。在建廠配套設施設計中，循環(huán)中的水池溢流水是排經(jīng)溝道流至污水處理廠，這增加了軋鋼廠的生產(chǎn)用水成本，尤其與夯實降本增效的主旨背離。并且，水處理系統(tǒng)對水質(zhì)進行的凈化處理使用了藥劑，水中添加有絮凝劑（PAC）、除油劑（PAM）、殺菌劑（97）、緩蝕阻垢劑（493）等多種化學藥劑，所以，溢流水外排后同時造成污水處理的困難。

2.3全廠水循環(huán)管網(wǎng)泄漏

軋鋼廠主供水管網(wǎng)已持續(xù)在線使用12年，且90 %以上的管段為地下埋管，管道腐蝕及老化嚴重，加之廠區(qū)土質(zhì)為膨脹土，遇水膨脹，干水收縮，對管道造成擠壓及焊縫拉裂等危害，從而增加漏水面積。近兩年來泄漏更為頻發(fā)，多處漏點因管道埋于地面建（構）筑物下方，無法挖找漏點并進行焊接，只能采取管壁抱箍止漏，補漏難度極大，維護成本較高。如果出現(xiàn)爆管，將導致軋鋼廠的生產(chǎn)被迫中斷，給整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運行帶來不穩(wěn)定因素。未被發(fā)現(xiàn)的地下暗管隱藏泄漏點將造成循環(huán)水持續(xù)不斷的流失，導致生產(chǎn)補水量增大，從而增加用水成本。另外，軋鋼廠近兩年來平均每月因地下管道泄漏造成生產(chǎn)被迫中斷的停機時間2 h，嚴重影響了生產(chǎn)。

3  解決方案

（1）實施“軋鋼廠棒材廢水回收利用改造”，以解決因高速過濾器反洗水外排造成的用水成本增加和因凈環(huán)、濁環(huán)冷水池溢流水外排造成的用水成本增加兩方面問題。

（2）實施“軋鋼廠水處理地下管網(wǎng)改造”，以解決全廠水循環(huán)管網(wǎng)地下暗管泄漏造成用水成本增加的問題和影響生產(chǎn)的問題。

4  實施改造

4.1軋鋼廠棒材廢水回收利用改造

（1）改造利用原有的一個舊水池作為凈環(huán)、濁環(huán)冷水池溢流水的清水回收池，在水池混凝土頂蓋上安裝2臺全遠程控制的無密封自吸泵（功率75 KW；揚程≥30 m；流量≥300 m3/h），一臺抽調(diào)清水回收池的水，另一臺抽調(diào)廢水沉淀池的水，兩臺水泵的DN200出水管道匯總后最終鋪設至棒材隔油池，長度約130 m。將原凈環(huán)、濁環(huán)冷水池的3根溢流水管進行匯總配管，使用DN250管道配接到所改清水回收池，長度約90 m。

（2）新建一個廢水沉淀池（尺寸為：長7 000 mm×寬4 500 mm×深4 500 mm）用于高速過濾器反洗廢水回收后的一次沉淀，并與清水回收池的頂部形成連通溢流的形式，使沉淀池的高位水能夠順暢溢流到清水回收池中。沉淀池深度4 000 mm以下的底部建成倒梯形斜底，以便于高效抓渣。將4臺高速過濾器的反洗進、出水管段改配明管到廢水沉淀池，支管DN250，總管DN300，總長度約30 m。水池的施工和驗收都必須符合《鋼筋混凝土水池施工技術要求》、《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、《建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》。

（3）在廢水沉淀池的正上方新建一套起重噸位為2 t的單梁電動葫蘆供抓渣使用（離地高度＞6 m；跨度7.6 m；行程24 m；抓斗0.5 m3），起升高度以能抓出廢水沉淀池底部的泥渣為基準，電動葫蘆本體應裝設防雨護罩，設檢維修平臺和安全走道，全套設備嚴格執(zhí)行特種設備生產(chǎn)制造技術標準。同時在廢水沉淀池旁圍建一塊泥渣堆存場地（長4 500 mm×寬2 000 mm×高1 500 mm×厚300 mm）。

（4）增設必要的輔助設備設施（如液位計、攝像頭、電動裝置等），以實現(xiàn)遠程自動控制操作。

（5）新增西門子S1500系列模塊一套，配電柜2套。設計水泵、閥門配電圖，PLC模塊點位分布圖及電器元件供電網(wǎng)絡圖。按設計需求敷設水泵、閥門、電動葫蘆等設備設施的電纜，校正現(xiàn)場設備與模塊點位，編譯調(diào)試程序，實現(xiàn)遠程操控和一鍵自動清洗高速過濾器功能。

（6）新增工程師站一套，用于西門子S1500程序、畫面軟件安裝。畫面HMI能夠直觀反應水泵電流、運行狀態(tài)、水池液位、閥門動作及其到位等信號。

（7）硬化一段進入泥渣堆存場地的路面，寬度4.5 m，長度20 m，鋼筋混泥土厚度不低于300 mm。

（8）2019年5月，工程正式開工，見圖1。對廢水回收利用改造工程的沉淀池和道路進行建設，見圖2，將凈環(huán)、濁環(huán)冷水池的三根溢流管匯總配管至清水回收池，在清水回收池上安裝兩臺無密封自吸泵，并將水泵出水口匯總鋪設DN200的管道至隔油池，見圖3，完成高速過濾器反沖洗遠程自動控制程序及監(jiān)控畫面的設計和制做，并最終完成調(diào)試，實現(xiàn)遠程操控。至2019年8月28日完工并投入使用，全套設備生產(chǎn)運行正常，達到設計能力要求，能夠滿足生產(chǎn)工藝。

圖1  廢水回收利用改造施工圖

圖2  廢水回收利用改造建成圖

圖3  高速過濾器反沖洗遠程自動控制系統(tǒng)圖

4.2軋鋼廠水處理地下管網(wǎng)改造

（1）所有管路均采用螺旋焊管且明管形式鋪設，杜絕地下埋管。棒材區(qū)域需全管段高空架管，線材區(qū)域為地面走管與高空架管相結合，以不妨礙道路及原有設施為原則。

（2）棒材區(qū)域：表1是棒材區(qū)域改造線路明細。從棒材水泵房處開始鋪設明管，其中，DN450管路合計1 050 m，DN400管路合計450 m，DN200管路合計100 m。主要線路5組，管線總長度1 600 m。

表1  棒材區(qū)域地下管網(wǎng)改造工程線路明細

（3）線材區(qū)域：表2是線材區(qū)域改造線路明細，從線材水泵房處開始鋪設明管，其中，DN350管路合計約350 m，DN450管路合計約300 m，DN500管路合計約400 m，DN600管路合計約950 m。主要線路3組，管線總長度2 000 m。

表2  線材區(qū)域地下管網(wǎng)改造工程線路明細

（4）對所有架空管道和、鋼結構支架及混泥土機座設定沉降觀測點，并在投用前測定第一次數(shù)據(jù)以存檔備查。

（5）改后的新管道在搭接通水前，嚴格進行獨立試壓、保壓實驗，試壓壓力必須高于系統(tǒng)工作壓力的20 %，保壓時間不得低于240 min。

（6）防腐：所有鋼結構件及管道從里到表嚴格做3層防腐（第1層、第2層：采用氯化橡膠鋁粉防銹底漆，顏色選用灰色或暗紅；第3層：采用環(huán)氧煤瀝青漆，漆膜厚度不低于300 um）。漆液的調(diào)制必須使用含醇二甲苯成分90 %以上的專業(yè)稀釋劑，禁止使用汽油、柴油或一般的稀釋劑。

（7）2019年6月，工程正式開工。首先對整個地下管網(wǎng)改造工程所需的管道高架及混泥土澆筑基座的鋼筋骨架按照尺寸進行離線制作，將主體管道分段式接管，循序完成工程整體安裝，如圖4。改造完成后的現(xiàn)場布管圖，所改管網(wǎng)均全程明管鋪設，無任何管段埋地，如圖5。至2019年12月完工并投入使用，全部管網(wǎng)生產(chǎn)運行正常，各系統(tǒng)壓力、流量均達到設計要求，能夠滿足生產(chǎn)工藝。

圖4  管網(wǎng)改造現(xiàn)場施工圖

 圖5  管網(wǎng)改造建成圖

5  改造成效

5.1直接成效

表3  紅鋼軋鋼廠實際生產(chǎn)用水量統(tǒng)計

2019年正處于改造實施階段，年用水量僅實現(xiàn)了部分降低，其中，4～6月份，因供應紅鋼生產(chǎn)用水的源頭水庫進行濕地公園建設施工，且水體爆發(fā)藍藻，水源水質(zhì)惡化，生產(chǎn)用水的置換消耗量明顯增大，所以，期間的生產(chǎn)用水量高于上一年度同期用水量。至2020年，用水量已是改造完成后的實際消耗量，其中，2月22～29日，對棒材和線材兩條生產(chǎn)線新改造的水處理管網(wǎng)做預膜工藝，水池水進行了整體置換，所以，2月份的用水量明顯高于本年的其他各月。從表3可以看出，截止2020年8月，月平均用水量已從2018年度的45 881.33 m3降低到30 415.5 m3，降低了15 465.83 m3，降幅33.7 %。至此，軋鋼廠的年用水量可實現(xiàn)降值185 589.96 m3，節(jié)約用水成本金額達111.35萬元，加之節(jié)約管道泄漏搶修時間而創(chuàng)造的增產(chǎn)產(chǎn)量利潤約230.4萬元，則本次軋鋼廠水處理綜合降耗改造每年能創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益達341.75萬元。

5.2間接成效

對高速過濾器的反洗外排水和凈環(huán)、濁環(huán)冷水池的溢流外排水進行回收、處理、再利用及解決地下管網(wǎng)泄漏水浪費后，有效提高了生產(chǎn)水的利用率，減少了水資源的浪費，進一步夯實公司降本增效的生產(chǎn)經(jīng)營宗旨，緩解地方水資源的緊張。同時解決污水處理困難問題，落實環(huán)保治理工作，進一步提升公司的企業(yè)環(huán)保形象，充分將黨的十九大會議精神貫徹落實到行動，堅持“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，踐行新時代企業(yè)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的使命。

6  結束語

紅河鋼鐵有限公司軋鋼廠水處理綜合降耗改造，總體按照兩個大的部分推進，分別是“軋鋼廠棒材廢水回收利用改造”和“軋鋼廠水處理地下管網(wǎng)改造”，自提出到全面改造完成，歷時整個2019年度。從構思到行動，從勘測到設計，從實施到完工，最終取得了成功，經(jīng)驗值得借鑒。

參考文獻

[1]聞邦椿主編.機械設計手冊第5版.北京：機械工業(yè)出版社.2011.7

[2]關巍 彭雪鵬主編.機械制造技術.武漢：武漢大學出版社.2012.6

[3]張賢明編著.工程流體力學.北京：人民交通出版社.2010.1

[4]宋苛苛編著.工業(yè)管道配管設計與工程應用.北京：化學工業(yè)出版社.2017.9

[5]中華人民共和國國家標準GB 50683-2011現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]2011.2.18

[6]柏景方編著.污水處理技術.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.2006.7

[7]余經(jīng)海主編.工業(yè)水處理技術第二版.北京：化學工業(yè)出版社.2010.2

[8]黃堅主編.自動控制原理及其應用—2版.北京：高等教育出版社.2005.6

[9]童華主編.環(huán)境工程設計.北京：化學工業(yè)出版社.2009.1

[10]中華人民共和國國家標準GB/T 50046-2018工業(yè)建筑防腐蝕設計標準[S]2018.12.6