雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周亮亮， 周麗娜

(1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州 341000)

雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周亮亮1， 周麗娜2

(1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330031；2.江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院， 江西 贛州 341000)

介紹了廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)，探討了超純水設(shè)備和管路系統(tǒng)的配置形式，對(duì)于管路系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工和使用過(guò)程中容易產(chǎn)生的問(wèn)題提出了解決方法和建議。

雜銅冶煉廠； 超純水； 管路系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)； 配置

0 引言

隨著人們對(duì)高質(zhì)量產(chǎn)品的追求以及對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，各種精密高端的檢測(cè)設(shè)備逐漸被采用，如原子吸收光譜儀、ICP光譜儀、液相色譜儀和離子色譜儀等。這些精密高端檢測(cè)設(shè)備通常需要用高質(zhì)量的超純水以滿足常量、微量和痕量?jī)x器分析要求。傳統(tǒng)的采用電加熱蒸餾法或陰陽(yáng)離子交換法制得的純水已不能完全滿足光譜分析的要求，目前需要采用新型的純水制備工藝方法。超純水機(jī)采用反滲透技術(shù)制取高質(zhì)量的超純水廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中，除超純水制備系統(tǒng)外，超純水管路系統(tǒng)也是保證高質(zhì)量水質(zhì)的一個(gè)重要因素，因此超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要。

本文以廣西某雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，探討超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)，為雜銅冶煉行業(yè)超純水管路工程的設(shè)計(jì)提供參考。

1 超純水制備系統(tǒng)

超純水的制備過(guò)程主要有：

(1)源水供應(yīng)。通常采用自來(lái)水、蒸餾水或去離子水作為源水。

(2)機(jī)械過(guò)濾。通過(guò)砂芯濾板或纖維柱除去源水中的機(jī)械雜質(zhì)，如鐵銹等。

(3)活性炭吸附。活性炭可吸附水中的余氯、細(xì)菌和某些過(guò)渡金屬等。水中的氯會(huì)損害后續(xù)過(guò)程中的反滲透膜，因此在反滲透之前應(yīng)先除去。活性炭在吸附過(guò)程中會(huì)有少部分顆粒脫落污染水質(zhì)，因此只適用于超純水制備的前期過(guò)程。

(4)反滲透過(guò)濾。反滲透過(guò)濾可除去水中95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物，包括溶膠微粒和病毒等。由于大部分的雜質(zhì)被除去，使得后續(xù)的離子交換柱的使用壽命大大延長(zhǎng)[1]。反滲透的優(yōu)點(diǎn)是能耗低，產(chǎn)出水的電阻率比源水升高約10倍，缺點(diǎn)是容易堵塞而且價(jià)格較高。超純水制備的核心處理過(guò)程是反滲透過(guò)濾，反滲透過(guò)濾已廣泛應(yīng)用于純水制備行業(yè)，早期采用的反滲透膜主要是醋酸纖維膜，但其使用條件非常苛刻，現(xiàn)在普遍采用的是復(fù)合膜[2]。

(5)紫外線照射。波長(zhǎng)λ為180～254 nm的短波紫外線照射分解水中的小分子有機(jī)物，如甲醇、乙醇等，使其轉(zhuǎn)變成小分子化合物CO2和H2O。紫外線照射可以有效抑制細(xì)菌的繁殖并殺死細(xì)菌，具有速度快、效率高的特點(diǎn)[1]。

(6)離子交換。離子交換過(guò)程是樹脂間可游離交換的離子和水中同性離子間的互換。常用的離子交換器有兩種組合方式，分別是復(fù)床式和混床式。復(fù)床式按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水，復(fù)床方式便于樹脂的再生?；齑彩娇煽闯捎稍S多陰陽(yáng)離子交換樹脂交錯(cuò)排列而組成的多級(jí)復(fù)床，混床方式去離子效果很好，出水電阻率可大于10 MΩ·cm(25 ℃)，若采用二級(jí)或三級(jí)混床串聯(lián)，則電阻率大于16 MΩ·cm(25 ℃)，缺點(diǎn)是樹脂再生不方便[1]。

(7)超濾過(guò)濾。超濾過(guò)濾是水在壓力的作用下通過(guò)濾膜，水中的雜質(zhì)被濾膜截留而除去的過(guò)程。超濾過(guò)濾對(duì)除去水中的微粒、溶膠、細(xì)菌、熱源、蛋白酶等有較好的效果，但缺點(diǎn)是不能截留除去無(wú)機(jī)離子，采用超濾的方法需定期消毒，定時(shí)沖洗濾膜。

超純水制備系統(tǒng)的源水經(jīng)過(guò)以上處理過(guò)程得到的超純水水質(zhì)純度高且穩(wěn)定。超純水制備系統(tǒng)是保證純水水質(zhì)的充分條件，而超純水管路系統(tǒng)是保證純水水質(zhì)的必要條件。

2 超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1 超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范設(shè)計(jì)并結(jié)合成熟經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配置和施工。

(1)超純水制備系統(tǒng)建議配置在檢測(cè)室的頂層樓面上并盡量布置在一間單獨(dú)的房間內(nèi)，室內(nèi)考慮通風(fēng)換氣，地面考慮地漏和防滲措施。制得的超純水通過(guò)管路送往各樓層用水點(diǎn)，管路中多余的存水循環(huán)返回至源水桶作為源水。

(2)超純水制備系統(tǒng)的源水建議采用水質(zhì)盡可能高并容易供給的水，為保證源水的高水質(zhì)，可采用廠區(qū)純水制備站或軟化水站的出水作為源水。為保證源水的穩(wěn)定供給，配置至少一個(gè)源水桶作為源水的臨時(shí)存儲(chǔ)。

(3)超純水制備系統(tǒng)的出水建議采用至少一個(gè)超純水桶作為出水的臨時(shí)存儲(chǔ)，為保證出水水質(zhì)的高要求，超純水桶的材質(zhì)應(yīng)選用不污染水質(zhì)的材料制作。

(4)超純水管路系統(tǒng)的輸送主管和輸送支管建議布置在樓層以下約100 mm位置，采用吊架懸吊和管卡固定，吊架和管卡安裝間距不大于1 m。

(5)超純水管路系統(tǒng)的配置方式通常有樹形管路配置和蛇形管路配置兩種方式。樹形管路配置方式是在主輸送管上接出多根支管并由支管將超純水連接至各用水點(diǎn)。樹形配置的管路相對(duì)集中，便于施工和檢修。蛇形管路配置方式是采用單根輸送管路依次連接至各用水點(diǎn)。蛇形配置的管路具有單一、管路阻力小的特點(diǎn)。

(6)超純水輸送管管材的選擇非常重要，既要滿足水質(zhì)的高要求，又要保證施工的便利和經(jīng)濟(jì)合理。超純水輸送管常用的管材主要有PVC、CPVC、SGP、SGP(RL)、SUS304、SUS316、UPVC和PVDF等[3]，其中PVDF材質(zhì)管路使用性能比較好，基本無(wú)離子析出物，非常符合超純水管路的選材，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，超過(guò)10萬(wàn)元/t[4]。在超純水管路系統(tǒng)的施工過(guò)程中，既要滿足管路系統(tǒng)的密閉要求，又要提高施工人員的潔凈意識(shí)，避免因施工不當(dāng)對(duì)管路造成污染，引發(fā)水質(zhì)質(zhì)量事故。

(7)超純水制備系統(tǒng)的使用壽命與源水水質(zhì)、日常維護(hù)等有緊密的聯(lián)系。源水的水質(zhì)差并且日常不注意清洗，會(huì)嚴(yán)重縮短超純水制備系統(tǒng)的使用期。與水介質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間接觸的源水桶、反滲透膜表面容易產(chǎn)生菌膜，從而產(chǎn)生設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常、濾膜阻塞、系統(tǒng)漏水等問(wèn)題。為防止菌膜的產(chǎn)生，應(yīng)定期對(duì)反滲透膜進(jìn)行消毒、更換并清洗源水桶。

(8)超純水制備系統(tǒng)能力大小的選取應(yīng)依據(jù)用水量確定，一般遵循“兩倍關(guān)系”的原則。如果用水量為200 L/d，則建議選用一臺(tái)能力為100 L/h的超純水機(jī)。如果系統(tǒng)的能力過(guò)小，耗材會(huì)消耗很快，而能力過(guò)大則造成浪費(fèi)。

(9)為保證超純水水質(zhì)的穩(wěn)定，建議對(duì)超純水管路系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

廣西某雜銅冶煉廠檢測(cè)室是一幢單獨(dú)的三層雙面建筑物，超純水制備系統(tǒng)集中配置在檢測(cè)室頂層樓面的純水制備室內(nèi)，制得的超純水采用UPVC管路并按樹形管路循環(huán)配置方式輸送至各用水點(diǎn)。

2.2 雜銅冶煉廠超純水管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

2.2.1 超純水管路系統(tǒng)流程

廣西某雜銅冶煉廠的規(guī)模為年產(chǎn)30萬(wàn)t陰極銅，為與其產(chǎn)能相配套設(shè)置了一個(gè)檢測(cè)室并選用一臺(tái)產(chǎn)水能力為100 L/h的超純水機(jī)。從廠區(qū)軟化水站送來(lái)的源水送入源水桶臨時(shí)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的源水由進(jìn)水泵送往超純水主機(jī)制水，制得的超純水進(jìn)入超純水桶并在輸送泵的作用下通過(guò)UPVC輸送管送往各用水點(diǎn)(共16個(gè))，部分未用盡的存水返回至源水桶內(nèi)作為超存水制備用的源水。為方便超純水的取用，在超純水桶上留有一個(gè)人工取水口，超純水管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 超純水管路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

源水水質(zhì)：pH值(25 ℃)7～8、電導(dǎo)率(25 ℃)0.1～0.2 mS/m，進(jìn)水量不小于500 L/h。經(jīng)過(guò)超純水主機(jī)制備后的出水電導(dǎo)率達(dá)到0.005 mS/m(25 ℃)，滿足GB/T 6682—2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》中一級(jí)水的水質(zhì)要求。分析實(shí)驗(yàn)室的用水規(guī)格見表1[5]。

表1 分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格

2.2.2 超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計(jì)

超純水管路系統(tǒng)主要由輸送管道(包括輸送主管、輸送支管)、截止閥、吊架和管卡等組成，超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 超純水管路系統(tǒng)材料統(tǒng)計(jì)

3 超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較

以往采用電熱蒸餾法制備的純水只能滿足GB/T 6682—2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》中三級(jí)水的水質(zhì)要求，如果要得到更高級(jí)別的純水必須采用多次蒸餾的方法。而采用超純水機(jī)制備純水可根據(jù)制備過(guò)程和選用耗材的不同制取各個(gè)級(jí)別的純水。超純水機(jī)與電熱蒸餾水器相比具有產(chǎn)水水質(zhì)高、節(jié)能、節(jié)水，方便使用等特點(diǎn)。超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較見表3。

4 建議

有色冶煉行業(yè)需要使用超純水的檢測(cè)設(shè)備越來(lái)越多，制備出符合國(guó)標(biāo)要求的超純水已成為提高分析質(zhì)量的關(guān)鍵，超純水管路系統(tǒng)也相應(yīng)地越來(lái)越重要。對(duì)于超純水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提出以下建議：

表3 超純水機(jī)與電熱蒸餾水器性能比較

(1)已建設(shè)并存在問(wèn)題的超純水管路系統(tǒng)，應(yīng)盡量按照相應(yīng)的國(guó)標(biāo)及規(guī)范要求進(jìn)行檢查和完善。

(2)正在建設(shè)和未建設(shè)的超純水管路系統(tǒng)，應(yīng)按照相應(yīng)的國(guó)標(biāo)及規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。

[1]田小萌.水的純化與超純水的制備[J].云南環(huán)境科學(xué),2005,(2):27-28.

[2]聞瑞梅,巖堀博,桂常敦,等.反滲透膜在超純水生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].微電子學(xué),1996,(4):271.

[3]吳純傲.超純水系統(tǒng)工藝及其施工[J].安裝,2003,(4):24.

[4]顏德巋,鄭維桂.超純水處理輸送過(guò)程用的潔凈型PVC管道[J].工業(yè)水處理,2007,(1):90.

[5]GB/T 6682—2008,分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法[S].

Designofultrapurewaterpipingsysteminscrapcoppersmeltingfactory

ZHOU Liang-liang, ZHOU Li-na

The design principles and characteristics of ultra pure water piping system of a scrap copper smelting factory in Guangxi was introduced, the configuration of ultra pure water equipment and piping system were discussed, and the reasonable solutions and suggestions for the problems of piping system existed in the design, construction and use process were put forward.

scrap copper smelting factory; ultra pure water; piping system; design; configuration

周亮亮(1982—)，男，江西南昌人，工程師，碩士學(xué)位，主要從事有色冶金行業(yè)的設(shè)計(jì)工作

TF811； TF085

B