污水處理罐設計選材與內防腐的探討

張運序

(天津渠通達石油工程技術服務有限公司 ,天津 300270)

1 引言

污水處理罐在污水處理工程中大量使用,由于介質組分復雜,腐蝕性強,為保證工藝要求的正常工作狀態,延長使用壽命,降低制造和維修維護成本,現以做過的設計為例,介紹如何選擇殼體、接管、法蘭及內件的材料,以及內部防腐選用。

2 設備基本參數

本設備用于揚巴石化含氟污水處理系統,是其中的一個工藝過程罐。該容器的基本參數如下。

容器類別,類外;工作溫度,45℃;工作壓力,常壓;設計溫度,70℃;設計壓力,上部 0.12MPa,下部0.45 MPa;腐蝕裕量,1.0 mm;焊接接頭系數,0.85;規格 ,Φ 1 750 mm ×10 mm ×6 470 mm;容積,24.4 m3;使用年限,15年;污水中的介質成分,含氟 1 000×10-6;引入 CaCl2后水中含氯離子 3 000×10-6。

主要工作流程:污水及氣體由 A1口進入,通過專用噴嘴到達沙礫層,污水經沙礫床凈化后由溢流口 B1流出,到達收集槽,詳見下頁圖1。

3 污水處理罐的設計思路

在設計過程中應考慮該設備必須具有適用性,同時應具有耐用性 (使用壽命長),還應做到設計結構的經濟合理性。由于本設備處理的污水中含有1 000×10-6的氟離子和 3 000×10-6的氯離子,若本設備全采用碳素鋼與低合金鋼結構則不耐腐蝕,使用壽命短;若單從防腐蝕角度考慮可以全選用不銹鋼,卻又不經濟。經過慎重考慮后,本臺設備的設計決定主要采用低合金鋼外部結構加內部防腐襯膠的組合結構形式。對于不宜采用襯膠之處,局部采用了雙向不銹鋼。

4 材料選擇以及內防腐不同部位的考慮

該設備各部分材料選擇及內部襯膠情況如下頁圖1所示。

上蓋部分:由于上蓋經常挪動,也可以觀察到腐蝕狀態,能及時維修,為降低成本,此部分材料選用碳鋼 Q235-B,內部涂重防腐油漆,使用壽命能達到5～8年,如發現局部有破損,可以及時補漆,減小腐蝕的發生,在設備的壽命期限內可以視實際腐蝕情況進行更換。

溢水堰上部:鋸齒結構,襯膠層不牢固,易脫落磨損。為保證使用過程中的工藝要求,此處選用高強度耐腐蝕的奧氏體—鐵素體型雙向鋼022Cr19Ni5Mo3Si2N,標準為 GB24511-2009《承壓設備用不銹鋼鋼板和鋼帶》。而沒有選用奧氏體不銹鋼是因為污水中含氯離子 3 000×10-6,奧氏體不銹鋼在這種介質中耐腐蝕性能較差。

與溢水堰連接的錐體及筒體均采用低合金鋼材料Q345R,錐體和方箱內的筒體部分內外均采用4 mm厚的襯膠層,此范圍內的管口B1的接管內孔和法蘭內孔均采用 4 mm厚的襯膠層。

溢水堰外部的方箱,要考慮整體強度,選用強度較好的Q345R材料,由于此處是開放結構,高度2050mm,空隙寬度有400mm(見下頁圖1),具備襯膠操作空間,所以內部采用襯膠防腐。溢水沿旁邊 D1管口的接管、法蘭,公稱尺寸較小只有DN80,長度達到 1 600 mm,襯膠不好操作,所以接管、法蘭均選用奧氏體—鐵素體型雙向鋼材料。

該罐的下部有一塊孔板 (固定床支撐板),孔板下部腔體設置布氣管,由于氣流的沖擊,污水翻動對下部筒體和封頭以及孔板的沖刷,加速了該區域的磨損。又由于污水中含有高濃度氯離子、氟離子的腐蝕,所以該區域包括孔板的上下兩面及開孔處均采用 4 mm+4 mm厚的雙層襯膠。該處襯膠范圍詳見圖1所示。在此范圍內的 R1、A2、C管口的接管和法蘭均采用了襯膠,襯膠厚度也按兩層4mm+4 mm進行。

孔板與筒體連接處的襯膠做法見圖2,孔板上孔襯膠做法見圖3,A、B類焊縫處襯膠做法見下頁圖4,不帶補強的接管處襯膠做法見下頁圖5。

圖1 封頭焊縫線

圖2 孔板與筒體連接處襯膠做法

圖3 孔板開孔處襯膠做法

布氣管與筒體連接的部分采用奧氏體—鐵素體型雙向鋼 022Cr19Ni5Mo3Si2N,伸到設備內部之后,增設一對內法蘭,進口端的法蘭材料也采用奧氏體—鐵素體型雙向鋼,與之連接的另一片法蘭及內管均采用耐腐蝕的 PVC管材。為方便下部腔體的襯膠施工,下封頭設DN600的人孔。

圖4 A、B類焊縫處襯膠詳圖

圖5 不帶補強的接管處襯膠做法

下部襯膠 4 mm+4 mm處與上部 4 mm處的襯膠連接采用搭接形式,如圖6所示。

圖6 上部與下部襯膠連接搭接形式

5 襯膠材料的選擇

襯膠時考慮污水中含有高濃度氟離子和氯離子,應避免選用氟橡膠,以減少親和,所以選用了天然橡膠和丁腈橡膠,考慮到該罐內沖刷和磨蝕較大,同時考慮到本設備直徑較大,為順利硫化,最終確定使用自硫化天然橡膠。要求橡膠的硬度應較低。硬度值應符合橡膠制造單位的廠標。

6 襯膠質量要求

6.1 焊縫處的要求

焊縫經檢驗合格后應對焊縫余高進行打磨光滑,凸出的焊縫高度不得超過 1 mm。封頭與殼體的連接焊縫宜內表面齊平,接管與法蘭的焊接宜內齊平,避免尖角棱邊出現。A、B類焊縫處襯膠前處理如圖7所示,接管法蘭處襯膠前處理如圖8所示。

圖7 B類接縫詳圖

圖8 不帶補強接管與殼提連接處詳圖

6.2 襯膠前進行水壓試驗

設備本體應在襯膠前進行水壓試驗合格。

6.3 襯膠前基層需進行除銹處理

處理后的表面應符合 GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》的 Sa2.5級要求,并有一定的粗糙度。

6.4 表面刷膠

已處理好的表面宜在 4 h內盡快進行第一次刷膠漿,若處理好的表面在空氣中暴露時間過長,表面不合格時應重新處理。

6.5 襯膠操作溫度

襯膠操作溫度以 15～30℃為宜。相對濕度不大于 80%。

7 襯膠質量的檢測

襯膠部位應 100%進行質量檢驗,檢測方法首先采用目測,同時采用錘擊法檢查膠層外觀質量及膠層與金屬的黏結情況。

膠層表面允許有不超過 0.5 mm深度的局部凹陷、外傷、印痕或嵌雜物,但不允許有脫層裂紋及海綿狀氣孔。

厚度允差應在 -10%～15%以內。

襯層需用電火花檢測儀全面檢查襯里層,不得有漏電現象。

襯膠層的硬度值應符合橡膠制造廠的廠標。

8 結束語

通過綜合全面考慮污水處理罐的鋼材選用及內襯膠層的采用,該罐的設計達到了安全適用性、抗腐蝕耐用性和選用鋼材的經濟合理性。