無縫鋼管循環水污泥脫水精益生產改善

張云龍，李宇濤，柳 輝

（寶山鋼鐵股份有限公司能源環保部，上海 200941）

1 循環水工藝流程及問題概述

某廠無縫鋼管生產線配套循環水系統于1985年建成投運，由曼內斯曼（MANNESMANN）公司設計，主要分為清循環系統、濁循環系統和廢水排放系統。濁循環系統設計處理水量為3500 m3/h，主要用于穿孔機、連軋機、張減機、高壓水除鱗、沖氧化鐵皮溝等直接冷卻用水。濁循環水系統的主要污染物是石墨、液壓油、潤滑油、氧化鐵皮及其它雜質，石墨來源于無縫鋼管軋制過程中芯棒穿孔潤滑。濁循環水處理工藝主要采用典型的物理化學處理工藝[1]（旋流沉淀—絮凝—平流沉淀—石英砂過濾），除去氧化鐵皮、石墨及其它油類。

平流沉淀池底部沉積的污泥原先采用行車抓斗抓入污泥堆放池，自然靜置晾曬脫水后，再用抓斗裝車委外處置，詳見圖1。由于污泥露天自然晾曬干化，脫水效果很大程度上取決于自然環境,受到當地降雨量、蒸發量、氣溫、濕度等因素的影響，外運污泥含水率無法受控。含水率較高的污泥在裝車及運輸過程中均會存在散落，容易對周圍環境造成二次污染。因此，已通過技改項目對現有污泥處理系統進行了全面規劃改造，增設帶式污泥脫水機，改善現場及廠區道路運輸環境，同時對污泥進行減量化與穩定化，為資源進一步利用創造有利條件。

在項目設計施工及后續生產運行過程中，應用精益生產（Lean Production）工具，對無縫鋼管循環水污泥處理系統進行評價與剖析。精益生產是來源于豐田汽車生產管理方式的一種理念。通過系統設計、流程再造、員工組織等方面的改善，精簡生產過程中一切無用、多余的東西，提升生產效率及產品質量。本文分別從差異分析、浪費分析、布置分析、防錯分析四個角度，對無縫鋼管循環水污泥脫水系統進行精益生產改善，提升系統穩定性及污泥脫水效率，同時降低生產運行費用。

2 無縫鋼管循環水污泥現狀

圖1 無縫鋼管濁循環水系統流程圖

對改進前無縫鋼管循環水污泥進行取樣分析，見表1 和圖2。通過表1 及圖2 可以發現，油污污泥含水率大于正常污泥、潮濕污泥含水率大于油污污泥。此外，根據污泥取樣深度，正常污泥深層位置含水率更大；潮濕污泥由于表面積水，含水率更大。高含水率不僅增加了污泥處置體量，同時也容易對環境造成污染。

表1 無縫鋼管循環水污泥含水率統計表

圖2 無縫鋼管循環水污泥含水率交互作用圖

3 精益生產改善

3.1 差異分析

相比高爐、煉鋼循環水污泥：主要成分都為含鐵塵泥，但無縫鋼管循環水污泥中含有更多的油污，其來源于軋線潤滑與泄漏[2]；相比熱軋循環水里污泥：受油污污染的情況比較類似，但無縫鋼管循環水污泥中另外含有大量石墨粉，其來源于無縫鋼管軋制過程中穿孔芯棒所用的石墨潤滑劑。

污泥脫水處理系統的核心是帶式脫水機，其運行主要分為四個工作區域：預濃縮脫水區、重力脫水區、楔形脫水區與加壓脫水區。某廠初軋循環水亦采用帶式脫水機進行污泥處置，但由于其預濃縮區的轉鼓表面過于光滑，孔洞較小，導致含油污泥因過于油膩而無法被轉鼓卷起。結合其生產經驗，對無縫鋼管循環水污泥帶式脫水機進行優化：預濃縮轉鼓需配置更“粗糙”的表面，轉鼓表面孔徑擴大調整至2 mm。

更大的孔洞對污泥絮凝效率提出了更高的要求，進一步優化無縫鋼管循環水平流池預絮凝的處理方案，采用聚合氯化鋁配伍聚二甲基二烯丙基氯化銨類季銨鹽型陽離子絮凝劑，將懸浮的石墨一同包裹在含鐵污泥中沉降。污泥濃縮調理再采用陽離子聚丙烯酰胺進一步使絮體長大，滿足帶式脫水機的進泥絮體粒徑大于5 mm要求。

3.2 浪費分析

3.2.1 脫水機濾布

考慮到含鐵泥餅的剝離與濾布沖洗性，無縫鋼管循環水帶式脫水機配套濾布網面紋路呈“人”字型。這樣透水性更快，更易于清洗。但其主要問題在于：隨設備進廠的脫水機濾布為進口件，細小石墨粉容易堵塞濾孔導致濾布壽命變短，因此要求濾布過濾精度不宜過大。

通過上文差異分析中對污泥絮體尺寸（大于5 mm）的提升，可以滿足將濾布過濾精度放大的需求。這樣濾布便不容易被石墨粉等顆粒堵塞，也更容易清洗，壽命得到了延長。經過生產試驗，濾布過濾精度可調整至150 mm/in，進一步明確濾布材質為聚酯，并采用單絲拋光、熱定型、特殊砑光處理等成熟工藝，也為后續實施濾布國產化做好儲備。

3.2.2 污泥脫水用水

1.1 研究對象 收集2013年8月至2016年11月，在濰坊市婦幼保健院行NT、胎兒鼻骨超聲檢查的單胎胎兒資料共6 729例，存在超聲軟指標異常者共283例。

無縫鋼管循環水污泥脫水系統主要用水點為濾布沖洗水，通常采取工業水作為水源，通過水箱儲水、加壓泵送水，以滿足脫水機濾布沖洗的要求。但工業水大量進入濁環水系統，容易造成水量不平衡，增加系統排放水量。因此，設置工業水、濁環水雙水源，濁環水經管道過濾器（過濾精度0.2 mm）進行過濾，可以滿足脫水機濾布沖洗噴嘴對懸浮物的要求。

污泥脫水另一個用水點為污泥調理劑陽離子聚丙烯酰胺溶解用水，通常也采取工業水作為水源。不僅工業水有一定消耗，同時陽離子聚丙烯酰胺溶解裝置對工業水壓力需求也較高。因此，對水箱加壓泵出口進行改造，引一路濁環水至聚丙烯酰胺溶解裝置的旋流混合器，經加壓的濁環水產生的旋流效果明顯好于直接使用工業水源，陽離子聚丙烯酰胺溶解效果也得到了提升，間接提升了污泥調理效果、降低了藥劑消耗。

3.2.3 石灰乳加藥

無縫鋼管循環水污泥處理工藝中帶有一套石灰乳投加裝置，用于調理、吸附污泥中的油污、增加污泥的可脫水性。其主要問題在于：石灰溶解到水中的鈣離子容易使濁環水更具有結垢傾向，且本身也增加了作業環境的粉塵風險。因此，團隊采用單絮凝劑、無石灰投加的方案對循環水污泥進行絮凝燒杯實驗，設置陽離子聚丙烯酰胺投加濃度梯度20 mg/L、50 mg/L、80 mg/L、120 mg/L、180 mg/L。

對于正常的無縫鋼管循環水污泥，陽離子聚丙烯酰胺投加濃度至50 mg/L，可出現明顯的海綿狀效果，且絮體緊實、不易碎，污泥脫水效果良好[3]；對于含油量較大的無縫鋼管循環水污泥，陽離子聚丙烯酰胺投加濃度需增加至80 mg/L，同樣能夠產生較好的絮凝效果。進一步，在實際大生產過程中對最佳投加量進行了確認，單投加陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑，可以滿足無縫鋼管循環水污泥處理工況，從而節約了大量的石灰消耗。

3.3 布置分析

常規無縫鋼管循環水污泥處理運行涉及多人、多地點的操作[4]，包括平流池向濃縮池排泥（平流池地面平臺）、濃縮池向污泥脫水機輸泥（濃縮池底部）、污泥脫水機藥劑配置（脫水機房1 樓）、污泥脫水機本體運行（脫水機房2樓）、以及泥餅外運（脫水機房1 樓）等環節，見圖3。各操作地點間不僅存在位置距離，同時也有高低落差，導致操作員工需要多地奔波進行調整，造成勞動效率降低、人工大量浪費。

圖3 無縫鋼管循環水污泥處理流程圖

縱觀各操作點位，其核心位置是位于脫水機房2 樓的污泥脫水機區域，操作員工需根據現場反應槽及濾布上的污泥狀態對污泥量、加藥量、脫水機運行等參數進行綜合調整。根據布置分析，我們進一步探索“一人一地”操作污泥脫水系統的改進模式。

（1）分層控制：由于帶式脫水機本體控制程序相對獨立，在其中集成全部排泥泵、加藥裝置、濾液泵等設備控制程序相對復雜。因此，在脫水機房2樓操作盤箱內通過觸摸屏控制帶式脫水機及核心加藥裝置；通過開關按鈕集成控制排泥泵、濾液泵等輔助設施。

這樣就能保證在脫水機房2樓“一人一地”操作整個無縫鋼管循環水污泥脫水系統，同時應用視頻攝像技術，完善污泥脫水機重點位置的遠程生產監控。

3.4 防錯分析

帶式脫水機運行過程中常見一種“錯誤”，特別是在處理含油污泥的情況下尤為突出。由于油污本身能影響污泥調理效率，也加劇了污泥滑動性，當在脫水機上下濾布擠壓過程中，污泥較容易從側邊滑出，影響脫水機運行效率。更為嚴重的是，滑出的污泥隨著濾布沖洗水回到濃縮池，隨后又再次進入污泥脫水機，其反復與藥劑發生作用，導致絮凝效果越來越差，從而引發系統性的惡性循環。

如何防錯？在脫水機房規劃選址過程中，充分考慮脫水機房距離濃縮池及平流池的位置的合理性，額外布置管路，實現將滑出的污泥回流至平流池（見圖4）。在平流池入口，滑出的污泥與新鮮污泥混合，可恢復反應活性。滑出的污泥中多帶有藥劑成分，在與新污泥混合的過程中，也能輔助其更好地在平流池絮凝沉降。這樣就防止了污泥在脫水處理系統中循環反復與藥劑發生作用，導致絮凝效果越來越差，引發惡性循環的“錯誤”。

圖4 無縫鋼管循環水污泥處理防錯改善流程圖

4 實施效果

從改善前后無縫鋼管循環水污泥含水率來看，改善后的無縫鋼管循環水污泥含水率明顯受控，且達到改進目標（＜40%），特別是在某次無縫鋼管廠大漏油的情況下（見圖5 箭頭所示），經處理的污泥含水率仍能低于40%。

從產生經濟效益來看，通過污泥含水率的降低，全年減少石墨污泥處置量1350 t；通過濾布沖洗水來源等優化，全年降低工業水消耗13 萬t；通過停運石灰加藥系統，全年降低石灰輔料采購約12 萬元；通過提升污泥脫水機運行效率、間接減少運行時間，全年降低系統電耗21.8萬kWh。

圖5 無縫鋼管循環水污泥含水率改善前后對比圖

5 總結

本文應用精益生產工具對無縫鋼管污泥處理系統進行評價與剖析，通過四大類改善，有效提升系統穩定性及污泥脫水效率，同時降低生產運行費用。

在差異分析方面，對比了無縫鋼管循環水污泥與高爐、煉鋼、熱軋循環水污泥的差異，在應用帶式脫水機處理污泥的過程中，根據這些差異，針對性地調整預濃縮轉鼓配置及污泥絮凝方案。

在浪費分析方面，從脫水機濾布、污泥脫水用水、石灰乳加藥三個角度分別改善，有效降低污泥脫水系統運行水耗、藥耗以及濾布消耗。

在布置分析方面，應用分層控制與分步調節，實現在脫水機房2樓“一人一地”操作整個鋼管循環水污泥脫水系統，降低人工消耗、提升勞動效率，也保障了系統運行穩定性。

在防錯分析方面，在脫水機房規劃選址過程中，充分考慮脫水機房建設位置，實現脫水機濾布沖洗水回流至平流池，防止污泥在脫水處理系統中循環反復與藥劑發生作用的“錯誤”。