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上洋汙水處理廠移動式抓鬥格柵除汙機技術改造案例

春雨頭像
創始人:春雨荔枝免费观看在线入口
2020/12/19 12:15:37 閱讀 1

  上洋汙水處理廠移動式抓鬥格柵除汙機技術改造案例
  
  上洋汙水處理廠位於坪山新區田心村,服務範圍包括坪山新區的坪山街道、坑梓街道以及大工業區,服務人口近40萬人。截汙幹管總長度197公裏,主要包括三洲田水、碧嶺水、赤坳水、墩子河及石井排洪渠等截汙幹管。工藝采用水下曝氣氧化溝+砂濾池處理工藝,日處理總規模為20萬噸,其總出水排入坪山河,出水水質達到《城鎮汙水處理汙染物標準》(GB18918-2002)的一級A標準。上洋汙水處理廠2009年7月開始動工,2011年5月正式通水調試,6月通過市人居委批準試運行,11月通過環保局驗收竣工。
  
  一、問題的提出
  
  1.移動式抓鬥格柵除汙機的結構原理
  
  上洋汙水處理廠預處理段的粗格柵除汙機采用的是移動式抓鬥格柵除汙機,是目前環保及排水機械設備中較為先進的一種中粗格柵設備(如圖一)。主要結構是由4條進水渠固定格柵條、高架單軌係統、抓鬥小車、驅動係統、抓鬥升降係統、液壓控製係統、電氣控製係統等6部分組成。主要工作原理是通過PLC設定程序,抓鬥小車從卸渣口位置張耙到位後開始啟動,抓鬥小車沿著高架單軌行走到達第一條進水渠設定位置,小車內的鋼絲繩卷筒下降,抓鬥沿著進水渠的固定格柵條下滑抓取格柵條阻擋的垃圾及漂浮物,下到格柵條設定的
  
  底部位置時,沿著鋼絲繩同步升降的液壓軟管傳遞液壓係統指令來控製抓鬥閉合,抓鬥抓汙合耙後上升到頂部,抓鬥小車沿高架導軌移動到卸渣位置張耙卸渣,然後小車返回到下一條進水渠進行抓汙,按順序從第一條進水渠到第四條進水渠進行循環工作。
  
  高架導軌
  
  移動小車、驅動係統
  
  抓鬥活動耙
  
  抓鬥固定耙
  
  圖一 移動式格柵除汙機實物圖
  
  2.移動式格柵除汙機的優點
  
  抓鬥式格柵除汙機的優點是一台抓鬥小車可以對多條進水渠進行除汙,改變了以前一台設備隻能控製一條渠道局麵,節省了設備資源,降低建設成本。工作時主要靠抓鬥的重力沿格柵條下滑抓取格柵條阻擋的垃圾及漂浮物,在水量不大、水流穩定、渣量不大的情況下能很徹底完成撈渣工作,撈渣效果明顯,出現故障比較少。
  
  3.移動式格柵除汙機存在問題
  
  移動式格柵除汙機出現故障問題主要是在汛期,因為上洋汙水處理廠在汛期水量大、流速急、渣量多,截汙幹管會湧進大量的柵,大量的垃圾會在很短的時間內把格柵條堵住,造成柵後過流量減少,進水渠液位迅速上漲,此時會出現以下兩種情況:
  
  (1)如果運行人員發現及時,能迅速關閉進水閘門,有效地控製了進水渠的液位在3.95m以下,抓鬥能順利進入格柵條,但柵渣量
  
  過大,當粘附在格柵條的柵渣阻力大於抓鬥小車的重量時,抓鬥無法繼續下耙,停留在格柵條的半空中。但是設定程序是抓鬥在下滑時到格柵條最低部時,才能傳達下一個閉耙指令,因此下降繼續動作,造成鋼絲繩沒有受到抓鬥的重力牽引,處於自然狀態,鋼絲繩容易出現錯位;同時由於抓鬥處於格柵條的半空,沒有受到鋼絲繩的牽引,抓鬥受重心作用往活動耙方向側倒,活動耙齒與進水渠底部緊壓導致無法進行合耙動作,液壓油管由於側倒的角度過大容易造成液壓管接頭折斷開裂漏油。
  
  (2)如果運行人員發現不及時,進水量、渣量瞬間增大幾倍,造成格柵條很快被柵渣堵塞,不能有效控製進水渠液位在3.95m以下,此時柵渣完全把格柵條封住,導致抓鬥的固定耙無法插入固定格柵條,不能把阻擋在格柵條的柵渣刮到抓鬥的中間位置,抓鬥固定耙從格柵條的表麵上往下滑,此狀態是無法撈取柵渣,隻能做無用功。這種情況抓鬥的升降動作是正常的,不會造成抓鬥側翻、鋼絲繩錯位、油管破裂等故障。但這種狀態影響更嚴重,如果固定格柵條完全被堵死,水位會漫過固定格柵條,直接從進水渠的麵上通過,直接進入下一工藝單元進行處理,就等於沒
  
  有粗格柵隔渣,柵渣裏大量的生活垃圾、建築垃圾、漂浮物等會對下一單元的設備造成損壞,對工藝造成很大的影響。
  
  出現以上兩種情況,移動式格柵除汙機是無法正常除渣的,隻能關閉進水閘門全廠停產,通過人工去除粘附在固定格柵條的柵渣,再通過人工手動控製格柵除汙機把進水渠的柵渣逐步清除,直到清空柵
  
  渣才能進水恢複生產。根據渣量大小、柵渣堵塞程度,停產時間在1小時-5小時不等,每年6月、7月汛期水量與格柵除汙機堵塞停機時間。
  
  格柵除汙機堵塞造成的停產不但影響公司的正常生產、加大了維修人員的工作量,而且停產時汙水直接從集水井溢流出去到河道,嚴重影響河道下遊居民生活,造成很大的環境汙染。為了確保格柵除汙機在汛期能正常運行,保證生產,需要對格柵除汙機進行係統的改造。
  
  二、分析過程
  
  1.現場情況分析
  
  設備結構及安裝尺寸:移動式抓鬥格柵除汙機的結構及現場安裝尺寸如圖三所
  
  2.主要部件抓鬥與格柵條接合
  
  移動式抓鬥格柵除汙機的抓鬥與進水渠固定格柵條接合情況(如圖四)所示:從設計圖紙計算,當抓鬥的活動耙下降除汙時,固定耙的齒條是處在垂直狀態,根據固定格柵條的安裝角度75?,可以計算出抓鬥固定耙與格柵條的夾角為15?,抓鬥固定耙齒尖插入固定格柵條的長度是150mm,與格柵條表麵的距離是30mm。
  
  但是通過現場觀察發現抓鬥的固定耙比活動耙重量大,導致固定耙與活動耙不平衡,固定耙順時針傾斜。經測量固定耙與水平線的角度為-10?,所以計算出抓鬥固定耙與格柵條的夾角為5?,抓鬥固定耙齒尖插入固定格柵條的長度是50mm,與格柵條表麵的距離是10mm。
  
  通過在格柵除汙機現場觀察發現,暴雨後水量增大,柵渣在水力的推動下能塞進格柵條10-15mm ;一般在水流穩定,流量不大時,柵渣在水力推動下能塞進格柵條5-10mm ,因此在一般情況下,抓鬥的固定耙能剛好進入格柵條進行除汙的。當遇上暴雨天氣時或水量增大的時候,抓鬥固定耙並不能很好地進入格柵條,或者抓鬥固定耙進入了格柵條,在下降除汙時垃圾增多,阻力過大會把抓鬥的固定耙從格柵條裏擠出 ;如果下降時柵渣太多,柵渣層太厚,固定耙是無法進入格柵條的,除汙機是無法正常工作。
  
  3.水力條件分析
  
  (1)水量與故障的關係
  
  上洋汙水廠的汛期主要集中在每年的6月和7月,格柵除汙機出現故障基本集中在水量大,達到滿負荷運行的時候,根據2013年最高水量是6月16、17、18號3天,水量都在20萬噸以上,其它12天出現故障,水量也在18萬噸以上,由於故障都出現了停產時間,如果計算24小時正常生產,當天進廠的水量都能達到20萬噸。因此水量增大,同時柵渣量增大,達到滿負荷運行時導致格柵除汙機容易出現堵塞。
  
  (2)水量與渣量的關係
  
  渣量的大小是影響格柵除汙機是否能正常工作的主要因素,計算每日柵渣量[1]才能衡量格柵除汙機的設備能力是否合適,每日柵渣量W= (m3/d),由於去年單日最高進水量達到235000噸,停機時間1.5小時,所以計算當天最大進水量=Qmax=,W1取最大值0.1,Kz取中間
  
  值1.5,W==4.18(m3/d)。雨水季節,每日的柵渣量是挺大的。
  
  (3)柵前水深設定
  
  設定最大進水量為日250000T,固定格柵條總寬1.2m,過流速 0.9m/s,設定柵前水深h=。從(圖三)可以看進水渠的底部到進水渠台階位置高度為2.65m,在控製進
  
  水渠液位最好能控製在台階以下是最安全的,格柵除汙機的設備能力能滿足正常除汙需要。格柵的最大允許水頭損失0.08,0.15m,當格柵水頭損失超過允許值時,應對格柵進行清渣除汙。
  
  4.設備能力分析
  
  (1)抓鬥負荷
  
  抓鬥的升降主要靠減速機傳動,減速機型號
  
  SA97DV132S4/BWG/HR,電機功率
  
  5.5KW,電機轉速1430r/min,輸出轉速11r/min,速比120,鋼絲繩轉盤R=0.23m。抓鬥設定每次滿負荷抓汙量可達3000N,抓鬥的重量為9000N,抓鬥允許負荷的總量為11500N。
  
  (2)運行速度計算
  
  1)抓鬥小車行走速度
  
  行走減速機型號:SA57DT80K4/BMG/HF,電機功率0.55KW,電機轉速1430r/min,輸出轉速14r/min,行走輪R=0.075m,根據公式可計算行走速度V=。
  
  2)抓鬥升降速度
  
  減速機型號SA97DV132S4/BWG/HR,電機功率5.5KW,電機轉速
  
  1430r/min,輸出轉速11r/min, 鋼絲繩轉盤R=0.23m,根據公式可計算行走速度V=
  
  (3)除汙耗時計算
  
  根據圖一的安裝尺寸、抓鬥小車的行走速度、小車的升降速度、合張耙時間及到位停頓時間(如下表一),可以計算從第一條到第四條進水渠除汙一次所消耗時間。第一進水渠耗時228s,第二條進水渠耗時283s,第三條進水渠耗時338s,第四條進水渠耗時392s, 抓鬥小車循環一次除汙耗時是1240s(約21分鍾)。
  
  要等待的時間是21分鍾。通過汛期設備堵塞情況觀察,在雨後增大的前段汙水柵渣量最多,格柵條造成堵塞所需的時間很短(往往十幾分鍾),即使將設備調成自動連續循環工作模式,在21分鍾循環工作沒完成,其它進水渠又出現堵塞,造成設備無法正常除汙的情況。
  
  結論:縱上所述,導致設備無法正常使用的主要原因是:1、汛期水量增大,柵渣量增大,柵渣的阻力大於抓鬥自重量。2、汛期間運行人員無法有效控製進水量造成液位上漲過快過高。3、格柵機除汙一個周期時間過長,除汙效率低。
  
  三、改造措施
  
  通過上述過程分析,設備在汛期也能保證正常運行需要同時滿足以下4點要求:
  
  1)抓鬥的固定耙每次下滑到固定格柵條時,能有效插入格柵條。
  
  2)保證抓鬥有足夠的重力衝破柵渣阻力順利下到格柵條底部。
  
  3)進水渠的液位不超過設定液位2.68m,即進水渠台階以下。
  
  4)連續循環工作的間隔時間能保證汛期時段最大的柵渣量能得到有效去除。
  
  設備的現階段能力及條件對上述的4點要求都不能實現,為了達到4點要求,荔枝视频成年app對設備進行係統的技術改造。
  
  1.抓鬥改造
  
  (1)經測算,抓鬥固定耙的重心與鋼絲吊繩的距離是0.285m,重力6000N;活動耙的重心與鋼絲吊繩的距離是0.41m,重力3000N(如圖五所示)。根據力矩平衡公式,需要增加的配重重量=。在活動耙離中心距0.41m的地方加上1170N配重使固定耙和活動耙達到平衡狀態,固定耙齒處於垂直狀態。(2)根據升降減速機的銘牌參數,可計算減速機扭矩[2]大小。扭矩= 抓鬥最大負荷=9000=2662N,抓鬥升降減速機負荷不夠,還可以增加2662N。
  
  圖五 力矩分析圖
  
  (2)經過現場測量,在抓鬥活動耙的上方(如圖六示)加上重量為1170N的鐵圓柱配重塊時能使活動耙和固定耙平衡。同時在抓鬥活動耙和固定耙平衡的中心位置加上重量為1200N的鐵圓柱加重塊加大了整個抓鬥的自重量。通過這樣改進,固定耙每次下滑時能保證垂直插入格柵條,保證了抓鬥固定耙插入格柵條有足夠的深度和距離。同時加上配重塊和自重塊共2370N,使抓鬥的自重量達到了11370N,基本達到了允許的最大自重量,有足夠的重力衝破柵渣阻力順利下到格柵條底部。
  
  2.加裝液位差計
  
  從上述分析過程可得知,設備出現故障的主要原因運行不能直接快速收到外部
  
  進水情況,導致不能及時控製進水量,導致進水渠液位超過水深設定2.68m,粘附在格柵條的柵渣量過大,從而影響抓鬥固定耙順利插入格柵條或無法到達格柵條底部除汙。對於人工控製進水閘門的種種不利,可以通過加裝液位差計傳達指令來控製進水閘門。液位差開關控製的優點是:能快速感應液位及柵渣堵塞情況,通過柵前和柵後的液位差信號給格柵除汙機和進水閘門傳達開關指令,能及時快速開關進水閘門控製進水量,保證進水渠液位在設備除汙功能的規定液位,同時啟動除汙機除汙,及時清除柵渣,有效防止柵渣量過大影響設備正常除汙。
  
  液位差計的控製器型號:MultiRanger200,傳感器型號:Echomax XRS-5,控製器1個,傳感器2個。傳感器安裝的位置是格柵前7米安裝和格柵後3米各安裝1個。控製器設定的程序是:
  
  1)通過傳感器測量柵前和柵後的液位,根據液位差距離不同,發出不同的指令給格柵機。如果液位差為100mm,指令是格柵機啟動一個撈渣周期,如果一個撈渣周期結束,液位差還是大於100mm則啟動下一個撈渣周期,直到撈渣周期結束時液位差小於100mm才停止粗格柵。
  
  2)格柵前傳感器感應基礎水位為2.68m,如果實際液位比基礎液位低200mm則開閥,直到實際液位升到比基礎液位低50mm則停止,如果實際液位比基礎液位高200mm則關閥,直到實際液位降到比基
  
  礎液位高100mm則停止。公式如下:
  
  基礎液位-實際液位 ,200mm 開閥
  
  100mm,基礎液位-實際液位,100mm 停止
  
  基礎液位-實際液位,-200mm 關閥
  
  改造思路:在現有時間控製的基礎上用液位差信號代替時間繼電器信號給PLC發出動作信號,液位差由液位差計設定,設定方法參考操作手冊。如圖七:
  
  0.2
  
  時間液位差圖七 現場自動液位控製接線圖
  
  增加轉換開關SA,通過轉換開關SA選擇控製方式,液位達到設定值時KA1閉合,粗格柵動作,在一個撈渣周期內,如果液位低於設定值,KA1斷開,粗格柵完成本撈渣周期後停止,等待下一次動作。如果液位還是高於設定值則開始下一周期,知道液位差降到設定值以下。在粗格柵“遠程自動液位控製模式”下由中控室設定液位差值。
  
  3.改造物資如下:
  
  超聲波液位差計:選用西門液位差計MultiRanger200 *1
  
  Echomax XRS-5 *2 功能:1)在超出設定液位差時給出一個開關量(KA1)
  
  2)能輸出前後兩個液位值(4~20mA)
  
  4.轉換開關SA
  
  液位控製:
  
  PLC通過液位計采集粗格柵前的液位和設定值比較得出控製量,控製進水閥開或關來達到控製粗格柵前液位的目的,原理(如圖八)
  
  給定+
  
  進水閥
  
  -液位
  
  液位計
  
  圖八 控製原理圖
  
  用step7 V5.5編程,控製子程序如下:
  
  閥門有“開”“關”“停”三個按鈕,分別將“開”“關”兩個按鈕常開觸電和PLC“開”“關”輸出繼電器的常開觸電並聯,將“關”按鈕和PLC“停”輸出繼電器常閉觸點串聯,閥門“開”“關”按鈕和正反轉接觸器都有互鎖防止短路。
  
  中控室用iFix5.0做畫麵,可設定控製液位,控製誤差?200mm。
  
  四、行走和升降機構的改進
  
  從除汙耗時計算可知,抓鬥小車循環一次除汙耗時是1240s(約21分鍾),在汛期前段汙水都存在大量的柵渣,經常在20分鍾內能造成格柵條嚴重堵塞,因此現在循環一次耗時過長,是不能滿足汛期除汙的需要。
  
  從圖一安裝尺寸分析,行走距離和升降距離已經到了最短位置,基本沒有縮短距離的空間。
  
  從表一分析,停頓時間是通過時間繼電器控製,而且3s相對過長,可以調節時間繼電器;張耙合耙時間是由液壓係統控製(如圖九),液壓係統圖裏調速閥和溢流閥,通過調節溢流閥壓力大小和調節調速閥回流量,加快合耙和張耙的速度;行走速度和升降速度是通過減速
  
  機輸出扭矩傳動行走輪和鋼絲卷筒工作,由於小車的空間受大小和固定位限製,通過更換大功率減速機提高轉速和速度是不行,隻有改變
  
  行走輪的鋼絲卷筒來提高行走和升降速度。
  
  縮短格柵除汙機除汙時間可以能過以下三步進行:
  
  (1)停頓時間的縮短,通過調節時間繼電器,將停頓時間由原來的3s調節成1s,每次停頓時間可以縮短2s。
  
  (2)在控製張耙合耙的液壓係統中調節調速閥,提高液壓傳動速度,將張合耙時間在原來的基礎上縮短5s,改進後張耙時間變成25s,合耙時間變成20s。
  
  (3)根據傳動減速機扭矩和空間,行走輪的直徑由?150mm改成?180mm。鋼絲繩卷筒由?460mm改成?550mm。計算改變後的速度,行走速度根據公式可計算行走速度V=。升降速度V=行走和升降速度分別比原來提高了0.02m/s和0.06 m/s。改變後
  
  第一進水渠耗時115s,第二條進水渠耗時168s,第三條進水渠耗時192s,第四條進水渠耗時215s,一個除汙循環所耗時690s(11.5分鍾),時間上比原來差不多縮短了一半。
  
  五、改造效果分析
  
  技術改造後的移動式抓鬥格柵除汙機收到的效果是很顯著的,主要體現在以下4個方麵。
  
  1.優化設備性能
  
  通過技術改造加裝配重塊,使設備運行更穩定,除汙能力得到了很大的提高;增加液位差開關,能快速感應到液位高度、液位差大小,
  
  與格柵除汙機和閘門互鎖聯動,及時啟停格柵除汙機和開關閘門控製液位。通過除汙機和閘門發出指令,及
  
  時進行除汙和開關閘門控製液位,使設備在汛期等惡劣環境下也能正常工作,有效地降低了設備故障率,減少了設備停機時間,保證生產的正常運行。
  
  2.降低勞動強度
  
  改造前由於設備沒有液位差開關,遇到汛期需要加大巡查的頻率,運行人員要根據進水渠液位情況人工操作進水閘門;如果發現不及時造成液位迅速上漲,超過了規定液位導致格柵條嚴重堵塞,此時需全廠停產,維修人員下到進水渠手動除渣。技術改造後,以上現象基本得了解決,運行人員和維修人員的勞動強度大大降低和勞動環境得到了很大的改善。
  
  3.改善周邊環境
  
  改造前造成的設備故障導致全廠停產,管道的汙水隻能通過溢流直接排到坪山河,導致河道下遊居民深受其害。改造後由於設備穩定,故障率和停機時間大大減少,管道汙水得到了有效的處理,河道周邊及下遊居民生活環境得到了有效的保障。
  
  4.提高工作效率
  
  改造前格柵除汙機一個循環除汙所消耗的時間是1240s,通過增大抓鬥升降鋼絲卷盤和高架導軌行走輪的直徑,改變每次到位的停頓時間,使一個循環除汙時間由1240s縮短成690s,除汙效率得到了很大的提高,在汛期柵渣量極多的情況下也很好地發揮快速除汙的能力。
  
  5.擴大生產能力
  
  改造前由於在汛期格柵堵塞需要停產、設備故障需要停產以及除汙效率不高導致進水量不能太大等原因,使很大一部分汙水需要通過溢流直接排到坪山河,嚴重影響公司生產能力及對社會的治汙減排能力。改造後的除汙機運行穩定、除汙能力強、效率高,有效保證生產正常運行的同時,加大了進水量,使公司生產能力和治汙減排能力得到很大的提升。
  
  六、總結
  
  移動式抓鬥格柵除汙機通過抓鬥增加配重、安裝液位差計控製液位、提高小車行走及抓鬥升降速度、縮短停頓時間、提高張耙合耙的液壓速度和改變操作模式等係統技術改造能有效地解決設備改造以前存在許多不足的地方,使設備在汛期也能正常穩定工作,在保證設備穩定性、提高設備工作效率、擴大公司生產能力、降低員工勞動強度、改善坪山河周邊環境等方麵都取得了明顯效果,保證生產正常進行。但是應設備與同類的進口設備相比,無論是製作工藝還是設備性能都有著很大的差距,主要體現在設備的穩定性不強、輔助設備、輔助元件容易出現故障等方麵,這也是在汙水處理行業裏國產設備常出現的現象。粗格柵除汙是汙水處理工藝第一關,是汙水處理係統的重點設備,格柵除汙機出現故障直接影響汙水處理後續工藝的進行,由於應設備沒有備用設備,設備出現嚴重故障時需要停產維修。因此如何優化移動式抓鬥格柵除汙機的整體性能、保證設備穩定性方麵還需要在下一步進行研究和改進。
  
  致謝
  
  十分感謝高山老師對本論文進行精心指導和提出寶貴意見,同時感謝參與移動
  
  式抓鬥格柵除汙機技術改造的上洋廠維修班以及技術部的同事。鑒於個人水平有限,論文中難免存在差錯和不足的地方,懇請各位專家教授提出指正。
  
  參考文獻
  
  [1] 張中和,杭世珺,李藝等.給水排水設計手冊[M].城鎮排水(第二版),中國建築工業出版社,2004 .281-283.
  
  [2] 張春宜,郝廣平,劉敏.減速機設計精解[M].機械工業出版社.2010.

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