絮凝劑制備系統(tǒng)故障及對策研究

孟令鎖

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

絮凝劑［1］主要用于加速酸、堿反應(yīng)后顆粒物的沉淀，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廢水處理的穩(wěn)定循環(huán)。絮凝劑制備系統(tǒng)是集自動配置絮凝劑、自動投加于一體的全自動生產(chǎn)設(shè)備，是工業(yè)廢水處理的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，直接影響外排水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。而其故障率高，隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)也直接威脅了礦山環(huán)保生產(chǎn)的正常發(fā)展。所以探究有效的解決方法就變得非常有意義了［2］。

2 絮凝劑制備系統(tǒng)工作原理

圖1 絮凝劑制備與投加流程原理圖（60min制備1批）

絮凝劑制備與投加系統(tǒng)為批次生產(chǎn)過程系統(tǒng)，按照1h制備1批符合工藝要求濃度的絮凝劑溶液進(jìn)行設(shè)計(jì)，制備濃度一般設(shè)計(jì)為1‰～3‰。制備新一批溶液啟動后，預(yù)溶管路和快充管路的氣動閥打開，同時向制備槽內(nèi)注水；制備槽液位達(dá)到30%時，快充管路氣動閥關(guān)閉，同時星型給料器啟動，通過風(fēng)力將絮凝劑粉料輸送至預(yù)溶器，對粉料進(jìn)行預(yù)先溶解，循環(huán)泵同時啟動進(jìn)行絮凝劑的充分溶解；粉料添加完畢后，打開快充管路氣動閥，使制備槽內(nèi)液位快速達(dá)到95%，關(guān)閉預(yù)溶器管路和快充管路氣動閥；循環(huán)泵循環(huán)時間到后，輸送閥打開，循環(huán)閥關(guān)閉，將制備好的溶液輸送至儲存槽［3］。如圖1所示。

3 絮凝劑制備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及工作流程

絮凝劑制備系統(tǒng)的工作流程主要由：粉料儲存與輸送、溶液制備、溶液輸送/循環(huán)、溶液儲存、二次稀釋、控制系統(tǒng)投加6部分依次完成配制、投加。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程主畫面

3.1 粉料儲存與輸送裝置

該裝置的主要功能是：根據(jù)工藝用量在料斗內(nèi)儲存適量的絮凝劑粉料，當(dāng)制備槽的用量低于要求的9%時，系統(tǒng)自動開啟，漏斗內(nèi)的粉料通過給料器、鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)等裝置順利進(jìn)入制備桶加水制備并進(jìn)入到制備環(huán)節(jié)。主要由以下部分組成：

（1）支架：用來支撐儲存料斗，并安裝有扶梯，方便人員進(jìn)行加料操作。

（2）料斗：用來儲存絮凝劑粉料，卸料口裝有網(wǎng)篩，一般根據(jù)工藝用量設(shè)計(jì)料斗體積。

（3）粉料料位開關(guān)：檢測料斗內(nèi)粉料料位，并對低料位進(jìn)行報(bào)警，提示人員進(jìn)行加料操作。

（4）振動器：防止絮凝劑粉料在料斗壁上積留，避免料堆形成空洞，使粉料順利排出。

（5）閘閥：檢修時可將閘閥關(guān)閉，防止絮凝劑粉料泄漏。

（6）給料器：給料器為星型給料器，實(shí)現(xiàn)投加與計(jì)量粉料，并具有鎖氣功能，工作能力一般設(shè)計(jì)為3～6kg/min，根據(jù)工作能力通過定時實(shí)現(xiàn)控制制備溶液的濃度。

（7）加熱器：對投加的粉料進(jìn)行加熱，形成空氣與粉料的混合體，實(shí)現(xiàn)恒溫控制，防止粉料吸潮凝結(jié)，并有助于絮凝劑顆粒的溶解。

（8）粉料流量開關(guān)：檢測粉料輸送管路中有無粉料，給料過程中在無料狀態(tài)下報(bào)警并停止制備過程。

（9）鼓風(fēng)機(jī)：通過風(fēng)力將粉料輸送至制備環(huán)節(jié)，使粉料呈分散狀態(tài)，更易于與水充分接觸、溶解，并對干粉有一定的干燥作用；清除管路中的雜質(zhì)，排除管路濕氣和殘余粉料，避免粉料吸潮粘結(jié)在管壁上。

3.2 溶液制備裝置

該裝置的主要功能是：實(shí)現(xiàn)清水與絮凝劑粉料的充分混合，并灌充適量的清水達(dá)到制備溶液濃度的要求，存儲每個批次的溶液。如圖2所示，主要由以下部分組成：

（1）制備槽：槽體底部為圓錐形，用來輸出溶液與排污；槽體頂部實(shí)現(xiàn)水和粉的混合，并有檢修孔、溢流管；從底部到頂部裝有籠梯，頂部裝有檢修護(hù)欄，方便人員進(jìn)行維護(hù)、檢修。

（2）預(yù)溶器：實(shí)現(xiàn)對顆粒狀的絮凝劑進(jìn)行完全加濕，更好地制備絮凝劑溶液。干粉被輸送到預(yù)溶器的頂部，同時內(nèi)部的錐形噴嘴噴出均勻水霧，形成錐形水霧，可以將分散的干粉顆粒最大面積包圍，預(yù)先進(jìn)行一定的溶解，避免粉料加濕不均勻，形成不能溶解的大塊。錐形水霧的大小可以通過旋轉(zhuǎn)預(yù)溶器的頂部進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）氣動開關(guān)閥：共有2個氣動開關(guān)閥，分別安裝在預(yù)溶管路和快充管路；為保證預(yù)溶管路水壓，在粉料輸送階段，快充管路的氣動閥需要關(guān)閉；快充管路可快速向制備槽充水，在規(guī)定時間內(nèi)將制備槽充滿。

（4）水流量開關(guān)：共有2個水流量開關(guān)，分別安裝在預(yù)溶管路和快充管路，用于檢查管路中有無水流，并對無水流情況報(bào)警。

（5）壓力傳感器：安裝在充水管路檢測管路水壓，用來監(jiān)測充水的水壓變化，調(diào)節(jié)預(yù)溶器，并對低水壓報(bào)警。

（6）液位計(jì)：檢測制備槽內(nèi)溶液的液位，對不正常的液位狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，并對循環(huán)/輸送泵進(jìn)行低液位保護(hù)。

3.3 溶液輸送/循環(huán)裝置

該裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)制備溶液的均勻攪拌，并將完成制備的溶液輸送到儲存裝置。主要由以下部分組成：

（1）支架：用來支撐輸送泵、氣動閥等設(shè)備。

（2）輸送泵：2個輸送泵為一用一備，一方面循環(huán)攪拌溶液，使絮凝劑充分溶解均勻；另一方面將完成制備的溶液輸送到儲存裝置，準(zhǔn)備制備新一批次的絮凝劑溶液。

（3）輸送壓力傳感器：安裝在輸送泵出口管路上，檢測循環(huán)過程與輸送過程中的管路壓力，防止在堵管或氣動閥關(guān)閉的情況下繼續(xù)運(yùn)行，對輸送泵起到保護(hù)作用。

（4）氣動開關(guān)閥：輸送泵至制備槽管路和至儲存槽管路上分別裝有氣動閥，兩個氣動閥的狀態(tài)相反，用于循環(huán)過程和輸送過程的切換。

3.4 溶液儲存裝置

該裝置的主要功能是儲存制備好的絮凝劑溶液，具有一定的備用容量，并使絮凝劑溶液在儲存槽內(nèi)進(jìn)行靜置，保持一定時間的熟化過程。主要由以下部分組成：

（1）儲存槽：槽體底部為圓錐形，用來輸出溶液與排污；有檢修孔、溢流管；從底部到頂部裝有籠梯，頂部裝有檢修護(hù)欄，方便人員進(jìn)行維護(hù)、檢修。

（2）液位計(jì)：檢測儲存槽內(nèi)溶液的液位，對不正常的液位狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，并對投加泵進(jìn)行低液位保護(hù)。

3.5 二次稀釋裝置

該裝置的主要功能是使絮凝劑溶液通過二次稀釋后達(dá)到工藝要求的投加濃度，并使稀釋后的溶液均勻。主要由以下部分組成：

（1）支架：支撐靜態(tài)混合器、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。

（2）靜態(tài)混合器：將投加的絮凝劑溶液與適量的水充分混合，稀釋為工藝要求的溶液濃度。

（3）流量計(jì)：檢測稀釋水管路流量，實(shí)現(xiàn)水量的閉環(huán)控制。

（4）調(diào)節(jié)閥：連續(xù)調(diào)節(jié)水量，保證合適的稀釋水量。

3.6 控制系統(tǒng)裝置

根據(jù)投加點(diǎn)的數(shù)量，決定制備系統(tǒng)和投加系統(tǒng)是否共用控制柜。該裝置的主要功能是集成絮凝劑制備與投加系統(tǒng)的整個生產(chǎn)過程信息，可對過程進(jìn)行手動/自動操作；將顆粒狀絮凝劑根據(jù)需求的濃度制備成溶液，并根據(jù)工藝絮凝劑添加量的要求，將溶液定量添加到生產(chǎn)環(huán)節(jié)；提供DCS的集成接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制。

主要功能如下：

（1）監(jiān)測整個生產(chǎn)流程狀態(tài)。

（2）制備過程與投加過程的手動/自動操作。

（3）根據(jù)濃度要求制備成溶液。

（4）根據(jù)工藝絮凝劑添加量要求進(jìn)行準(zhǔn)確添加。

（5）提供故障定位、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)曲線、生產(chǎn)報(bào)表等信息。

控制系統(tǒng)的PLC采用Siemens S7 300，預(yù)留Modbus/TCP以太網(wǎng)通訊協(xié)議接口；人機(jī)監(jiān)控界面采用工業(yè)一體化電腦，并采用專用的組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了方便的人機(jī)交互界面。

4 絮凝劑制備系統(tǒng)故障及處理對策

4.1 給料故障

絮凝劑制備系統(tǒng)在正常運(yùn)行中，經(jīng)常會出現(xiàn)給料少、下料口出現(xiàn)反吹的現(xiàn)象，配置出的投加劑濃度不夠，不能滿足廢水處理的正常生產(chǎn)要求，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)濃密池跑混，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題。為了滿足生產(chǎn)要求，有針對性地對給料器進(jìn)行改造，增加了給料刮片橡膠墊子的厚度，防止給料器工作時鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量反吹回料斗，影響正常下粉料。同時還對給料器的運(yùn)行頻率和運(yùn)行時間進(jìn)行了修改，在保證正產(chǎn)運(yùn)行的前提下，使粉料下料效果達(dá)到最佳狀態(tài)。如圖3所示。

圖3 給料器實(shí)物圖

4.2 循環(huán)泵故障

循環(huán)泵故障是系統(tǒng)的主要故障，主要是由于制備桶液位計(jì)誤報(bào)，給出虛假的數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)導(dǎo)致循環(huán)泵連續(xù)工作引起燒毀。其一，在循環(huán)泵進(jìn)料口的管路上新增流量控制器，其作用是當(dāng)通過循環(huán)泵的流量過少甚至為零時，循環(huán)泵就會自動停止，從而徹底避免了因?yàn)樘摷傩盘枌?dǎo)致循環(huán)泵連續(xù)作業(yè)以致燒毀的問題。其二，修改制備桶液位計(jì)信號的傳輸通道，將液位計(jì)探頭微微傾斜，避免了因?yàn)殚L時間工作探頭表面凝結(jié)水珠以致出現(xiàn)測量錯誤信號的問題［4］。如圖4所示。

圖4 流量控制器實(shí)物圖

4.3 自動配置系統(tǒng)故障

在絮凝劑自動配制過程中，經(jīng)常出現(xiàn)配制系統(tǒng)故障，如出現(xiàn)高高液位報(bào)警、氣動閥門故障報(bào)警等問題。為此，對配制桶的開始配制液位高度進(jìn)行了調(diào)整，由原來的30%減低到15%開始配制，并手動降低了快充閥的進(jìn)水量，從而在完成配制后不至于出現(xiàn)高高液位報(bào)警的問題［5］，同時，對移動式空壓機(jī)進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)，避免因空壓機(jī)故障導(dǎo)致氣動閥起停不到位導(dǎo)致自動系統(tǒng)故障。

4.4 投加量低故障

投加量低是指在絮凝劑完成配制投入到生產(chǎn)過程在，投加泵流量過少。為了及時調(diào)整流量，新增遠(yuǎn)程投加系統(tǒng)，即在中控室通過調(diào)節(jié)單位干粉投加量，控制投加泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制投加。同時，安裝出口流量計(jì)，實(shí)時觀測投加流量的大小，并降低了出口投加管路的高度，降低了投加壓力，保證了投加量達(dá)到最佳效果。如圖5所示。

圖5 流量計(jì)實(shí)物圖

4.5 管路堵塞故障

由于處理廢水量的改變會導(dǎo)致絮凝劑制備濃度的改變，當(dāng)廢水處理量過高時，絮凝劑濃度加大，經(jīng)常會導(dǎo)致管路出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。這很可能是最大配制濃度值過高的原因，固在保證正常生產(chǎn)的前提下，降低最大配置濃度，最大程度避免管路堵塞，同時新增了反沖閥，當(dāng)粉料管路堵塞時，關(guān)閉反沖閥，利用鼓風(fēng)機(jī)出來的風(fēng)量反吹到料斗里，從而疏通堵塞管路。

5 改進(jìn)后運(yùn)行效果

5.1 設(shè)備故障率降低

經(jīng)過上述措施的執(zhí)行與改進(jìn)，到2018年第三季度，絮凝劑制備系統(tǒng)故障率明顯降低，循環(huán)泵、投加泵燒毀情況明顯減少。如表1所示。

表1 故障次數(shù)

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)對比，故障次數(shù)明顯減少，故障率由原來得67%減低到31%。由于新增流量控制開關(guān)，沒有發(fā)現(xiàn)因打空泵導(dǎo)致循環(huán)泵燒毀的問題。

5.2 遠(yuǎn)程控制優(yōu)勢

改造后，根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)際需要，可隨意在中控室修改其投加量，不用必須到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，尤其當(dāng)生產(chǎn)變化復(fù)雜、需要及時調(diào)整時，大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，高效的完成了生產(chǎn)任務(wù)。

5.3 降本增效

改造前，僅1年時間燒毀了10臺循環(huán)泵和6臺投加泵，部分繼電器和PLC模塊由于反饋參數(shù)虛假而燒毀。改造后，近1年時間僅發(fā)生1起由于風(fēng)扇問題導(dǎo)致投加泵損壞，PLC等設(shè)備元器件使用壽命明顯提高，大大減低了生產(chǎn)成本，1臺2.2kW的投加泵和循環(huán)泵價值5500元人民幣，16*5500=8.8萬元，1臺西門子PLC模塊價值980元人民幣，1年可節(jié)約大概88000+980=88980元人民幣，達(dá)到了降本增效的目的。

6 結(jié)語

綜上所述，絮凝劑制備系統(tǒng)是影響礦山綠色環(huán)保的重要因素，是降低出水懸浮物的重要環(huán)節(jié)［6］，在操作過程中應(yīng)對絮凝劑制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行詳細(xì)的了解，出現(xiàn)問題及時處理，當(dāng)絮凝劑濃度及投加量達(dá)到最佳狀態(tài)時，會大大提高廢水處理后外排水的水質(zhì)，為我國礦山發(fā)展和環(huán)保事業(yè)做出重大貢獻(xiàn)。

［1］赫俊國,劉劍,何開帆,等. PAC投加對絮體破碎后再絮凝特性和顆粒去除的影響[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015(2):13-18.

［2］李傳偉.絮凝劑溶液制備與投加系統(tǒng)研制[D].北京:北京礦冶研究總院, 2013:22-30.

［3］林鵬.礦物材料絮凝劑的制備與特性研究[D].天津:天津科技大學(xué),2015:56-73.

［4］陳小波.絮凝劑制備系統(tǒng)的優(yōu)化改造[D].內(nèi)蒙古:包鋼集團(tuán)巴潤礦業(yè)有限責(zé)任公司, 2014:66-80.

［5］鄧方針.絮凝劑溶液制備與投加系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[D].北京:北京礦冶研究總院, 2016:10-19.

［6］張丹.C12000絮凝劑制備系統(tǒng)的應(yīng)用[D].內(nèi)蒙古:包鋼集團(tuán)巴潤礦業(yè)有限責(zé)任公司, 2016:33-42.