化工废水处理中试装置设计思路分析

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摘要：针对化工废水处理中试装置使用现状及特点，从装置的普适性、设备集成、快速转移和HSE安全方面介绍了废水处理中试装置的设计思路，使中试装置通用性更强，操作更加有效，开展试验速率快，安全性更高。

关键词：废水处理；中试装置；设计安装

废水处理技术推广设计的中试装置，其设计和建设的目的是确认过程的技术和经济可行性，确定设备的最佳结构材料等，它是中试产业化的首要步骤，主要工作地点是各科研院所的中试车间［1～5］。随着国家对环境保护的要求日益严格以及企业自身科研技术水平的提升，越来越多的企业要求将中试装置运送到现场进行实验，以求达到更加真实直观的处理效果，这就对中试装置的设计及使用提出了一些新的要求，比如广泛的适应性，设备集成，快速转移，安全要求高，有协同实验的能力等。本文针对废水处理中试装置需要现场实验的特点［6］，结合环保水处理发展方向，介绍了废水中试处理装置的设计和安装。

1适应性

废水中试装置在进行实验时，要面临各种随时出现的意外情况，其中以气候变化、水质变化最为突出。这就要求中试装置要具有较强的适应能力，以保证装置在各种突发情况下稳定运行，减少环境因素对实验的影响。

1．1气候变化

中试装置大多在室外进行试验，装置的规模不能抵消气候变化带来的影响，它对气候的变化远比工业装置敏感。气候变化的影响主要有以下2个方面：（1）直接影响。主要是指雨、雪、雷、电等气候变化对用电设备的影响。中试装置要有能在雨雪天气下正常运行的安全防范措施，尤其是某些中试实验需要露天进行，所有接电设备应设置防雨防雷装置；（2）间接影响。气候变化引起的主要间接影响是温度变化。一些对温度敏感的实验需要有相应的保温设施，防止装置出现冻裂、堵塞等问题。中试装置要有在温度剧烈变化（大于10℃）下正常运行的能力。

1．2废水变化

中试装置试验的对象是各大化工厂的废水，每个化工厂的废水各不相同，甚至同一个工厂也会有不同的流股废水，废水在中试装置内反应会产成各种沉淀，结垢，起泡，颜色加深等变化，从而影响仪表数据的准确性和实验设备的正常运转，这就要求中试装置对各类废水都有较强的适应性，可以在不利情况下正常运行，并取得可信的实验数据。另外，同一股废水的水质水量也存在波动，中试装置应具有连续化运行的能力，以保证在进水水质极端变化的情况下也能达到理想的出水效果，这也是厂家要求进行现场实验的重要原因之一。

2设备集成

现场试验不同于实验室实验，出现突发状况的可能性远大于后者，恢复实验状态的速率远又不如后者。因此，中试装置应采用设备集成的方式安装，实现快速维修并减少现场采购。设备集成主要是指设备系列化，设置节点网络电源，备件储备等。

2．1设备系列化

设备系列化主要集中在以下2个方面：（1）中试装置的零配件尽量采用统一尺寸以便于维修和调换，提高作业效率，采用模块化结构设计［7］，实现工艺快速优化；（2）随着项目开发转向EPC总包方式，越来越多的项目需要多台装置协同实验，这就要求每台装置的处理量、接口等相互匹配，以减少中间产物的存量，提高实验效率。

2．2节点网络电源

鉴于中试装置实验的复杂性，中试装置的电源控制箱在设计时应预备2个电源接出口：（1）用作节点电源。在协同实验时接通任意一台设备，即可用这台设备的节点电源启动其他所有设备，迅速开展实验；（2）用作临时电源。实验设备突然损坏（原设备通常是接线端子接电，替代设备通常是插头接电）或者需要增加某个用电设备时，需要有临近备用的电源接口。

2．3备件储备

中试装置因其规模的限制和使用的需要，其采用的零配件大多难以和厂区维修车间内的备件通用，而实验地点大部分在远离市区的化工园区内，零配件不易购买。因此，中试装置应设计安装备件工具箱，配备基本的安装修理工具，储存一定数量的螺丝、螺帽、垫片等易损易更换备件和扎带、润滑油、喉箍、生料带等消耗品。

3快速转移

快速转移是指装置可以快速打包运输、到达试验现场时快速落地就位，并满足实验条件。具体到装置设计上，可以采用撬装式结构，减少可移动的装配件数量，采用易安装、易拆卸的零配件，安装放空装置。

3．1撬装

为了快速转移，实验装置可以采用集装箱式撬装结构。装置安装在集装箱内部，提高装置的转运效率，并降低装置对场地的要求，快速开展实验，还可以防止设备因长途运输过程中的振动导致螺帽脱落、丢失等问题。对于某些有保密需求的技术来说，采用集装箱式撬装结构可以提高装置的保密性。

3．2装配件减量化

中试装置是以满足工艺要求设计安装的，但为达成异地实验的目的，中试装置还需要满足相关的道路运输管理办法和GB／T16471—1996等国标／地标规定的运输要求。这两者不可避免的会产生冲突，导致部分设备因超标、超限而拆卸运输，中试装置的操作空间又相对狭小，使装配件的拆卸、安装费时费力，还会增加事故风险。因此，中试装置应尽量减少因运输超限而拆卸、现场装配的设备，可采用缩小处理量或分体设计等手段规避此类限制；对需要现场组装的配件设计专门的运输固定点，提高运输安全性等。

3．3零配件简易化

在工况允许的情况下，中试装置应尽量采用易安装、易拆卸的零配件。易安装、易拆卸的零配件可以在较小的操作空间内快速修理、更换，甚至与实验同时进行，提高实验效率。例如在管道连接时可以用卡盘代替法兰［7］，或者将六孔法兰变为为三孔法兰，以便快速断开管道进行运输和修理等。

3．4装置放空

中试装置应设计放空装置，并在实验结束后放空，使容器处于常压、无流动液体／固体状态。换热器的导热油，冷却水池的循环水，物料接收池／罐、装置内留存的冲洗水，液氧罐内存余的液氧等都应在实验结束后放空，以防止中试装置在安装运输过程中出现泄露、爆炸、飞溅等问题。

4安全与环境（HSE）

中试装置是一个完整独立的运行工序，可以将装置看作一个工厂，中试装置必须有完善的安全生产规章制度。

4．1安全生产中试装置要符合相关的HSE要求

中试装置的实验区域一般在工厂的生产区域内，这就要求中试装置要符合的HSE要求，并设计安全防护措施：安装阻燃防爆设备，配备相应的消防器材和劳保用品，编写安全操作规程和应急预案以及厂家的HSE要求，对特种设备提前备案、环评等。

4．2“三废”及产物

一个合格的中试装置应附带处理自身产出物的装置。中试装置在运行时，不可避免的会产生“三废”和实验产品，虽然产量小，但依然会对周围环境造成损害。因此，在保证装置正常运行之时，遵守国家关于“三同时”的原则［8］，妥善处理中试装置产生“三废”及各种实验产品。实际运行时最佳的处理措施是将产出物返回到原工艺流程中，也可以集中转运至指定地点由厂家处理，或设置专门的处理装置，如用臭氧尾气破坏器处理臭氧尾气后排空，冷却水循环利用等。

5结论

针对环保中试装置现场实验的特点，对中试装置的设计安装提出优化改进意见：（1）中试装置应具有更加广泛的适应性，对进料变化、天气变化等具有一定抗性；（2）设置网络节点电源，配置工具箱，统一设备及零配件规格提高试验效率；（3）减少拆装配件，可清空装置，采用集装箱式撬装结构以便于运输；（4）按照车间安全生产要求运行和维护中试装置。

参考文献

［1］韩永祥．原料药中试车间设计与验证［J］．浙江化工，2017，48（7）：32－33．

［2］席海娟．生物药中试车间设计探讨［J］．洁净与空调技术，2009（3）：63－65．

［3］张我力．涂料中试车间设计探讨［J］．涂料工业，1989（1）：20－24．

［4］陈宏云，王先堂．化工中试车间的设计思路［J］．湖北化工，1997（2）：53－55．

［5］李向阳．关于中试实现产业化的几点思考［J］．科学管理研究，1996，14（5）：51－52．

［6］邱红磊，赵东风，孟亦飞．化工中试装置性能化设计思路探讨［J］．广州化工，2010，38（5）：232－233．

［7］李颖．浅谈原料药中试车间设计［J］．广州化工，2012，40（13）：174－175．

［8］程晓莉．合成多功能中试车间设计研究［D］．西安：西北大学，2010．

作者：吴军亮 宋红 董振海 崔丽敏 单位：中化环境控股有限公司