王金龍

(青島錦龍弘業(yè)環(huán)保有限公司 山東青島 266555)

0 引言

國內(nèi)污水處理廠污水處理平均能耗為0.292 7(kW·h)/m3，1.59 (kW·h)/kg(以COD計)，1.99 (kW·h)/kg耗氧污染物[1]，與發(fā)達國家相比[2-4]，仍然要高出20%～40%的費用，能耗矛盾突出。國內(nèi)對于污水處理廠節(jié)能的關注，多在工藝參數(shù)控制方面，通過優(yōu)化工藝控制，或者采用新工藝，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。但一方面，工藝控制或新技術需要成熟期，且技術要求較高，一時間難以快速推廣；另一方面，已有污水處理廠體量大，各水廠面臨具體情況復雜，難以找到標準工藝或方法實現(xiàn)節(jié)能。各污水處理廠均含有大量的機電設備，同時這些設備也是能耗的主要來源，且決定了污水處理廠能否安全穩(wěn)定運行。通過提高污水處理廠管理水平，尤其是設備的管理水平，延長設備的壽命及穩(wěn)定性，提高能源利用率，是解決我國污水處理廠能耗普遍偏高的良方，也保障了污水處理廠運行的穩(wěn)定性與安全性，同時降低維護費用。本文以JL污水處理廠設備管理優(yōu)化過程為例，提出并實施污水處理廠設備維護管理的優(yōu)化措施與執(zhí)行體系，實現(xiàn)污水處理廠節(jié)能降耗及強化運行可靠性。

1 項目背景

1.1 工藝簡介

目前JL公司共有5套污水處理裝置，其中4套工業(yè)污水處理裝置分別位于A車間、B車間、C車間和D車間；1套生活污水處理裝置，位于E車間；2套污水回用裝置，分別位于A車間和B車間。

A車間主要接收生產(chǎn)產(chǎn)生的工業(yè)廢水，設計處理能力1 000 m3/h，來水經(jīng)過隔油池、中和池和均質(zhì)池后，由提升泵輸送至C車間進行二級生化處理。B車間污水處理的運行工藝主要單元有隔油池、兩級浮選一體化設備、MBBR池、鼓風曝氣池。C車間污水處理采用Orbal氧化溝工藝，主要處理化工廢水及A車間均質(zhì)池和調(diào)節(jié)池的出水和部分河道取水，設計處理能力2 500 m3/h。D車間處理含有大量Br-工業(yè)廢水，設計處理量為13.5 m3/h，通過預處理、萃取、反萃取等工藝，從廢水中回收95%以上的Br-，處理后含溴廢水經(jīng)過B車間水處理裝置處理后達標排放。E車間水凈化車間主要處理E車間小區(qū)的生活污水，采用Orbal氧化溝工藝，設計處理能力為250 m3/h，實際處理量約為125 m3/h，二沉池出水達標排放。

A車間的回用水裝置其設計處理能力為1 500 m3/h，采用超濾和反滲透串聯(lián)組合工藝，原水經(jīng)處理后達到準一級除鹽的標準，產(chǎn)品水作為高壓鍋爐補給水；B車間的回用水裝置是利用B車間的二沉池出水，采用污水深度處理工藝，設計進水量為500 m3/h，設計產(chǎn)水量為450 m3/h，產(chǎn)水水質(zhì)達到國家再生水水質(zhì)標準，產(chǎn)品水回用。

1.2 設備現(xiàn)狀

污水處理廠全部設備704臺，在線儀器71臺，設備在用498臺。主要設備可分為泵、鼓風機、曝氣機、攪拌機、脫水機、儀表、閥門等幾大類，數(shù)量最多的設備類是污水泵，共356臺，占總裝機功率的58.54%。表1列出了單機功率>100 kW的設備。

水廠年檢修費用在700萬元左右，其中備件費約265萬元，占固定資產(chǎn)原值的7%，全年設備和儀表完好率分別在97.34%，96.55%，整個設備運行及維保情況較好，但仍有待進一步優(yōu)化。

表1 污水處理廠主要設備

1.3 存在問題

(1)設備管理理念較為老化，缺乏有計劃的預防性維護保養(yǎng)，污水處理廠設備維修仍執(zhí)行以大修、中修、小修的維修模式，維護保養(yǎng)僅局限于定期潤滑和基本養(yǎng)護，同時缺乏以全生命周期成本思維考慮維修，難以實現(xiàn)整體的優(yōu)化。

(2)設備管理指標方面，以往僅僅關注設備完好率、故障率等指標，關注維修費用，缺乏對設備科學分級，缺乏對各級設備管理方式及指標的量化。

(3)執(zhí)行管控方面，對于設備文檔管理是分裂的，即設備前期采購由固定資產(chǎn)管理部門記錄，維修由維護部管理記錄，檢修由運保中心管理記錄，造成了維修人員不了解設備運行的實際情況，只能針對工單提出的要求進行維修，可能造成少修、過修、頻繁維修等情況；同時，管控與檢查體系沒有匹配，對于維修效果無法進一步跟蹤與反饋。

(4)設備檢修技術方面，仍依賴于人的經(jīng)驗和觀察，如看、聽、感覺、聞，缺乏定量型指標，也缺乏規(guī)律的統(tǒng)計與分析，導致預防性維護缺乏數(shù)據(jù)支持，難以全面開展。

2 JL污水處理廠維護管理優(yōu)化方案設計

充分吸取LCC，TPM中的先進思想及國內(nèi)外設備管理先進經(jīng)驗[5-9]，以設備運行可靠性及設備維護經(jīng)濟性為追求目標，在現(xiàn)有資源下，實施有計劃的預防性維護保養(yǎng)，實現(xiàn)設備管理優(yōu)化。

2.1 設備維修管理流程優(yōu)化

檢維修工作標準化的核心措施，包括建立作業(yè)指導書、檢修報告等，全力做好預防性維護，不斷調(diào)整維護周期，實現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)合作，如圖1所示。

圖1 設備維護管理流程優(yōu)化

優(yōu)化的流程，主要包括：①建立作業(yè)指導書，將設備檢維修的每一步驟及具體做法進行詳細描述，實現(xiàn)標準化作業(yè)流程；②檢修記錄：與作業(yè)指導書對應，按作業(yè)指導書要求，將檢修的過程通過拍照、視頻等方式進行痕跡化記錄，以方便后期查找問題；③檢修報告：根據(jù)檢修工單提出的檢修要求，說明問題及檢修效果；④工作進度表：提報相關工作進度，方便下一步工作，并同時制定預防性維護計劃；⑤驗收報告：檢修完成后，進行安裝并調(diào)試，明確設備運行情況，交付使用。

同時，檢修流程及對應內(nèi)容并非固定及一成不變的，每次檢修結束并不是終點，應按照PDCA循環(huán)的原理進行優(yōu)化[10]。Plan，計劃，即作業(yè)指導書的建立；Do，執(zhí)行，即檢維修過程；Check，檢查，即安裝調(diào)試，在安裝調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)檢維修過程中的問題，分析問題的偶然性與必然性，提出規(guī)避方法；Act，行動，實質(zhì)是復盤總結，將檢查的結果進行識別，將成功的經(jīng)驗固化進流程和指南；對失敗的教訓提出規(guī)避措施，防止其重現(xiàn)。設備檢維修的作業(yè)指導書，需要在執(zhí)行過程中，不斷采用PDCA循環(huán)，逐步完善。

2.2 設備管理分級指標設計

設備管理關注了設備的兩個方面，一方面表征設備重要性、一方面表征設備狀況，將評價指標分為設備關鍵性指標與狀況型指標，提出了風險指數(shù)，即風險指數(shù)=狀況×關鍵性，如表2所示。1～4為C類設備，5～9為B類設備，10～15為A類設備。風險指數(shù)一方面結合了A，B，C分類的思想，一方面可結合經(jīng)驗判定，適用于管理優(yōu)化初期。根據(jù)設備的分級，進一步明確各設備的管理與維修方法，做到資源的最優(yōu)化配置，實現(xiàn)綜合效益的提高，如表3所示。

表2 設備管理分級指標優(yōu)化

表3 設備分類管理與維修方法

2.3 設備維護費用指標與維修方案設計

設備維護方案設計與維護費用直接相關，不同的維修原則及費用統(tǒng)計方式會導致不同的維護方案選擇，應對維修方案進行SWOT分析，分析優(yōu)勢、劣勢、機會與威脅，以水泵維修為例，如去年已進行小修，目前運行良好，據(jù)此安排今年維修計劃，制定維修方案如表4所示。

通過SWOT分析后，應以LCC角度，進行定量，如表5所示。

(1)若僅考慮維修費用，則應選擇方案I，無費修費用，但運行可靠性遭受威脅；

(2)考慮運行可靠性，則應選擇方案II，停機及維護成本為2.25萬元；

(3)考慮運行狀態(tài)性能，即水泵運行效率及年度電費，則應選擇方案IV，其運行能耗的節(jié)約足以抵償維修更換部件的費用，實現(xiàn)綜合費用最低，且可強化運行可靠性，實現(xiàn)經(jīng)濟與效益的雙贏。

需對各設備獨立進行能耗及效率監(jiān)測，為維修方案制定提供依據(jù)，實現(xiàn)綜合費用節(jié)約。

表4 水泵維修方案SWOT分析

表5 水泵維修方案與費用

3 應用實例

3.1 紫外燈檢修

紫外線裝置自投運以來運行穩(wěn)定性低，特別是水下燈具部分，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是水下燈管套管密封不嚴，套管內(nèi)進入的水蒸氣及水導致了燈管的損壞。

經(jīng)過多次調(diào)查研究，確認了紫外線水下部分燈具運行故障率高主要是燈角端密封存在問題。針對存在的問題，制定了《紫外線裝置密封維護作業(yè)指導書》，并嚴格按照指導書中的步驟和時間進行操作，每天檢查，每周清理紫外線小格柵，每月檢查時將燈管內(nèi)的潮氣進行烘干處理；從防護上的改進，提高機柜防護防止蚊蟲進入機柜，對線路進出口防護升級對電纜進出端口封堵，對接口密封進行檢查更換定期更換密封圈。每次的維護過程和采取的措施均做成完整的檢修報告存檔。

檢修工藝化的各項維護措施取得了明顯效果，大大提升了紫外線裝置運行的穩(wěn)定性，目前已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運行6個月；維護工作實現(xiàn)了程序化、標準化，提高了預防性工作的效果；降低了備件的消耗，節(jié)省維保費用。表6對比了上一年度與本年度紫外裝置采用檢修工藝化維護措施前后的數(shù)據(jù)。本年度紫外線裝置可連續(xù)平穩(wěn)運行6個月，超過前兩年累計運行時間。通過預防性維修，年度費用僅為3 260元，較之前節(jié)約了88.33%，有效增加了運行可靠性，減低了維修費用。

表6 紫外裝置檢修工藝化實施前后費用比較 元

3.2 水泵檢修

泵軸對中，對于水泵運行穩(wěn)定性、主要結構壽命、運行能耗均有較大影響，平行不對中達到0.25，0.50，0.75，1.00，1.30 mm，對應能耗分別會增加0.4%，0.75%，1.3%，3%，8.4%。一般要求，對于轉數(shù)3 000 r/min的設備，對中數(shù)據(jù)在0.03 mm以內(nèi)的為良好，0.06 mm以內(nèi)的為達標。在對場內(nèi)46臺設備中，平均對中合格率只占到2%，實際情況比預計嚴峻。水泵的運行、檢查及維護方式等，均可能對泵軸對中產(chǎn)生影響。

通過對P119A/B兩臺泵找正兩個月后的用電情況與前兩年同期相近外送量的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，在兩臺泵的對中容差量不大的情況下(最大0.1 mm)，見表7，經(jīng)過找正后可每年節(jié)約電費7 892元。P119C/D兩臺泵雖然有一塊電表計量，但是由于C泵的水平螺栓過小無法將水平方向數(shù)值調(diào)整到位，所以需將C泵基礎臺板螺栓孔重新擴孔后找正處理。

表7 水泵找正及變化

實施后，在120 d后追蹤了找正情況變化，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)較大變化，根據(jù)此情況，初步確定找正周期為3個月，需根據(jù)設備狀況進行調(diào)整，同時要認識到，設備找正工作不是一項一勞永逸的工作，不是一次性的任務，而是一項日常的預防性維護工作。設備維護工作很多都是預防性維護工作，需要日常化、規(guī)范化，并不斷地摸索規(guī)律，如表8所示，根據(jù)各設備特性和實際工作狀態(tài)，確定對中檢測周期，實現(xiàn)最優(yōu)化。

表8 典型設備對中規(guī)律分析

設備對中更準確的好處，包括：節(jié)能(0.25→0.05，節(jié)能0.7%)；減少軸承、密封的損壞，延長檢修周期；節(jié)省備件費；減少人工；節(jié)約潛在的因設備損壞、維修所引起停產(chǎn)帶來的損失。

3.3 設備管理優(yōu)化實施效果

通過不斷推進設備預防性維護工作，設備完好率不斷提升，設備、儀表完好率從2016年的97.34%，96.55%水平，分別提升至99.08%，98.72%；維護費用也保持在較低水平，檢修費與資產(chǎn)比例在實施的前兩年分別降至1.49%，0.85%。

4 結論

(1)檢修工藝化，建立作業(yè)指導文件，建立標準化維修程序，對于操作過程及時進行記錄，建立可視化、可追溯的管理方法提高設備維修水平；

(2)設備管理分級化，根據(jù)設備重要性及運行狀況，確定設備風險指數(shù)，采用不同維修、備件方案，分級管理；

(3)設備運行監(jiān)測指標化，建立控制指標，通過數(shù)據(jù)指標變化指示設備情況并動態(tài)調(diào)整；通過設備監(jiān)測儀器的使用，對設備運行狀況定量化，為預防性維護提供數(shù)據(jù)支持，使得基于時間的維護、狀態(tài)的維護、糾正性維護與性能的維護相結合；

(4)設備、儀表完好率從優(yōu)化前的97.34%、96.55%水平，分別提升至優(yōu)化后的99.08%、98.72%；維護費用也保持在較低水平，檢修費與資產(chǎn)比例在實施后的前兩年分別降至1.49%、0.85%。