开创未来水工业

寂静回声

9月26~28日，国际水环境联合会(Water Environment Federation，WEF)，举办了第89届年度技术展览和会议第八十九次会议（WEFTEC），无数水质量专业人员、超过1000家参展商来到美国路易斯安那州的新奥尔良Morial会议中心。会议的主题为“开创未来水工业”。在大会开幕式上，一家致力于淡水生态系统恢复和重新利用的非盈利性组织—淡水信托公司的总裁Joe Whitworth发表了主题演讲，展会现场展出了目前该领域多种最前沿的水质研究技术和服务。完整的参展商名单可在网站（(http://weftec.org/exhibition)上浏览到。以下是部分精彩的展商技术及技术应用案例，以飨读者。
展出的部分精彩技术：
ABB
瑞士-瑞典电力和自动化公司ABB，展出了其全系列水工业产品及服务，遍及从收集、处理到最后流向用户的水循环全阶段。
产品包括Symphony Plus、ABB控制系统系列的最新一代、用于水工业的低压驱动系列，以及用于市政和工业污水处理工艺的ATS430浊度器。
ABB介绍说，它们正在与许多市政机构合作，寻找安全和成本有效的解决方案，以应对日益老化的基础设施以及有限的资金投入等现实挑战。
科隆
科隆展出了其供水与污水领域系列产品，比如新的分析传感器、流量计、液位计TIDALFLUX 2300，可以实现非满管测量，最大可达DN1600/64”。
这款流量计液位高度下降到10%也可测量。带有一体的非接触电容液位测量系统，液位传感器是安装在衬里背后的，与介质不接触，电极安装在液位10%以下的位置，所以不会受到介质表面上漂浮的脂肪或油脂的影响。TIDALFLUX还具有广泛的测量直径范围，管径最高达到DN1600，具有很高的抗化学侵蚀、耐磨性，可实现很高的耐久性。此外，校准是在工厂里完成的，避免了现场校准的麻烦。
科隆还在现场强调了其特色SMARTPAT分析设备和系统—具备二线制回路供电，传感器集成内置变送器的新技术，SMARTPAT传感器采用VP连接电缆，直接通4-20mA/HART7连接至上位自控系统。这种技术为使用和测量点的配置带来了成本上的极大节省。现场无需变送器。
耐驰
德国耐驰公司展出了其最新泵及系统框架方案，包括一个新的螺杆泵、一台旋转叶泵。他们展出了NEMO®螺杆泵的FSIP®（在线维护）版本，革命性tornado®T2转子泵，防止物料搭桥模块（aBP-Module®）以及iFD-Stator®2.0。
在线维护功能适于所有泵的旋转部件，便于用户现场打开泵腔，拆除所有旋转部件，再将它们重新安装上去，无需非得从整个管道上卸下泵体。其新款iFD-Stator 2.0，特色是两件分体式设计，由一个可多次使用的定子架及可替换的定子组成。iFD-Stator2.0可兼容所有的NEMO NM螺杆泵，节省能源及维护成本。
此外，耐驰还展示了配有aBP-Module模块的NEMO BF螺杆泵，它能防止污水污泥系统里的物料搭桥成团状物。还有也能在线维护（FSIP）的 TORNADO T2转子泵，采用齿形皮带传动．代替了一般转子泵的同步齿轮箱。齿形皮带的应用，不仅提升了转子泵的耐久性能，延长了使用寿命，且大大降低了设备驱动时的噪音。这款泵适用于各种流体，包括含有气体、固体或纤维物质的流体。
精彩技术案例及技术解析：
用水润滑的轴承
赛龙轴承（Thordon Bearings）总部位于加拿大安大略，设计和制造全系列非金属轴承解决方案，用于海洋、泵、水轮机、近海石油和其他工业市场。该公司提供的轴承，使用水来润滑，而非石油和油脂。下面是这种水润滑轴承在南非一个离岸平台上的应用案例。

Petro-SA石油公司位于南非莫塞尔湾的海洋离岸平台
在南非莫塞尔湾的Petro-SA石油公司的海洋离岸平台上，例行进行了一次关机维护，使公司可以将立式主海水提升泵轴承上旧的橡胶轴承换成用水而非润滑脂的轴承。
例行关机维护是Petro-SA石油公司基本运营环节之一，目的是进行关键设备的检查和维修。
他们在这款尺寸39米的立式英格索尔-德莱赛泵上，共换上了20个赛龙轴承。其中，17个是轴线轴承，3个是滚转轴承。
公司彻底检修这款泵，是因为其老旧的橡胶轴承性能越来越差。但公司希望还能继续使用现有的三脚架，尽管他们因机架里所装的橡胶轴承的缘故，磨损严重。

赛龙SXL 泵用轴承
当地的赛龙轴承分销商，与激光焊接供应商AWL公司、泵制造商福斯公司以及赛龙工程公司一起，创建一个无需购买新的三脚架的解决方案。尽管现有三脚架已经磨损较多，仍可继续使用，大大降低了项目成本。
赛龙SXL泵用轴承易于安装—可在在当地任一家机械加工车间装好，用干冰快速便捷地装入机架中。PetroSA石油公司现场监督了第一个轴承的安装过程，验证了该轴承与机架确实适用。
随着这一项目的成功，PetroSA还准备在其他应用领域也采用SXL免油脂润滑轴承。
给废水筛选二次机会的公司
Headworks国际公司总部位于美国德克萨斯州休斯敦市，专攻废水筛选设备的设计与构建。其筛选设备采用前隔栅设计——在独立架子的每个侧链上都装有多个耙杆的前回转隔栅。这样的设计彻底消除了固体通过的可能性，可将臭气完全封闭控制，改进卫生水平。
下面是关于Headworks国际公司的隔栅筛在美国德克萨斯州达拉斯市的Cadiz街泵站上如何起作用的故事。
当达拉斯市开始对这个德克萨斯州最大及最古老的泵站进行改造时，Headworks国际公司是投标的两家公司之一。
Cadiz街泵站是一个具有浓厚历史意义的一战前建筑，建于1915年，最初是作为一个由煤燃烧产生蒸汽动力的泵站运行的。
达拉斯市中心的污水经由两个60英寸的管道汇聚起来，通过特里尼蒂河的下方，被泵送到到城市的中央污水处理厂。这是达拉斯污水处理系统运行的关键。
该项目始于1998年，计划是一旦项目启动，大约5年后旧泵站就要被废弃，但事实是，直到今天它依然在运行。
当市政府将此项目需改装的筛选设备的规格公布后，Headworks国际公司是唯二的两家被允许投标的供应商。然而就在投标日，他们才知道他们的竞争对手已被选中了。
1999年，这家竞争对手的筛选设备安装完毕，但就在设备启动九个月后，筛选设备出现了一个灾难性的问题，污水不仅在泵站里到处横流，还流进了为附近众多地区供应洁净水的源头—特里尼蒂河。
市政府只得紧急寻找别的潜在供应商，希望能提供以90度角安装、并能承受泵站巨大水压的筛选设备。Headworks国际公司也被列入备选供应商。市政府经过深入的技术讨论和亲临审查访问，最后Headworks临危受命。
超过90˚角的安装要求，给他们带来了很多挑战。比如，不能把起重机开进这个历史建筑里，因场地限制，要求在两个宽度为2.6米的通道的三个位置上，装入两个15米长的隔栅筛选设备。
为了实现更好的安全机制，公司还首次采用了专利的集成旁路系统。即使这些筛选设备因任何原因停机，系统都能保护泵站免受洪水侵袭。
Headworks公司的筛选设备已在Cadiz泵站成功运行，迄今零故障。工厂经理助理Dan Halter说：“我们在工厂里执行了资产管理项目，监控超过4500件设备的工作环境及运行情况，而这两个筛选设备的工作环境是最恶劣的。”

在Cadiz泵站，一号筛选设备已启动。
这些筛选设备的设计目标，是要处理流量高达每天80百万加仑（30万立方米）的水流，最大水深4.6米。还得有5秒快速清洁循环干涉性能，可在极小的压头损失下使最大流量通过，阻止工作站洪水肆流。
市政府要求Headworks公司的现场服务团队一年两次做维修检查，这就使公司有机会收集到有关设备零件的有用性能数据，包括低处的链轮和轴承组件。结果表明，即使经过多年的使用，那些轴承组件也几乎没有磨损。而多年来，那个作为备用安全保护的旁路系统，也从未有一展身手的机会。
现在，每个筛选设备有时需要处理的流量甚至高达120加仑（440000立方米）/天，这个流量已比原设计能力高了50%。但Headworks公司的隔栅筛选设备仍成功地完成了任务。
净边叶轮：防止叶轮堵塞物堆积
SPX Flow公司，致力于为食品饮料、能源和工业市场生产泵、阀、混合器、过滤器、空气干燥器。今年七月，公司推出了一款名为Combitherm Plus的新型泵，能实现热流的安全可靠传输，无需额外的外部冷却系统。
在此次美国水展上，SPX Flow公司展出了一款叫做LIGHTNIN的净边叶轮，专为防止叶轮片上堵塞物堆积而设计。这对废水处理中的应用尤为重要—如果不去除搅拌叶轮组上堆积的固体纤维“堵塞物”，会令搅拌机关闭停工。下面将介绍SPX Flow公司是如何解决这个问题、研发出新型叶轮的。
在废水处理应用中，搅拌叶轮上的固体纤维“堵塞物”，有可能导致停工。针对这个问题，SPX Flow公司开发了LIGHTNIN净边叶轮，专为防止叶轮叶片上堵塞物堆积而设计。

图1：LIGHTNIN品牌A510叶轮

寂静回声

机械搅拌器，不管尺寸大小，长久以来一直被用于污水处理的应用，包括快速搅拌、絮凝沉淀、污泥消化池、曝气搅拌缺氧池等。水翼式叶轮效率高，专为这些领域而设计，搅拌效果高效节能。下面的图1，即以一个水翼叶轮为例：
在运行过程中，当叶轮叶片上出现堵塞物时，问题就来了。叶轮的初连接点主要在前缘部分。

图2：一台搅拌叶轮上堵塞的大量纤维物
随着越来越多的堵塞物累积在叶片上，形成一个巨大、乱蓬蓬的物质，会严重阻碍叶轮的运行（见图2）。最后很可能不得不必须停机清理，这样的处理方式成本高昂，且在有些应用领域根本无法实现。此外，处理堵塞物还会增加员工的健康和安全风险。

图3：净边叶轮设计
将搅拌方向反转，也是解决这一问题的传统方法之一，但这只是权宜之计，从长远来看，仍会导致成本和停机时间的增加。

图4：净边叶轮的激光多普勒测速图
为了优化运营成本，需要确定污水处理搅拌器叶轮上的堵塞物堆积的最大值，当达到那个量时，叶轮无法再有效地泵送液体了，导致混合液悬浮固体能力严重降低。此外，这些因素还会使带动叶轮的电力显著增加，导致电机过载。

图5：净边叶轮与A510叶轮的计算流体动力（CFD）对比图
最后，叶轮/轴系统上所增加的不平衡重量，会使叶轮/轴系统、甚至搅拌机变速箱过早出现机械故障。污水处理厂的通常处理流程，难以在最初的环节就阻止固体的进入。定期从搅拌机上去除堵塞物是一种节省能源的补救方法。然而，要尽量减少维护和停机成本，必须解决堵塞物堆积这个问题。

最理想的解决方案是用一个能实现高轴向流的成本节约型搅拌机，上面所配的高效水翼叶轮叶片具有不易附着堵塞物的功能。比如，SPX Flow公司Lightnin品牌净边（Clean-Edge）叶轮（如图3所示），专为Lightnin A510叶轮而设计，已广泛应用于水和污水处理领域。所以很容易重新改装。图4和图5显示了由净边叶轮产生的高轴向流。

公司将原叶轮进行了净边叶轮的全面改装，结果大获成功。在美国的一个大型市政设施中，净边叶轮提高了其功率效率，减少了故障的发生。在这个市政设施上，之前曾将一台曝气器改装成了缺氧搅拌机，结果这个超大型设备一直运转着，直到叶片上出现了重达230公斤的堵塞物。自2008年成功安装了净边叶轮后，所耗电力一直稳定不变，也不再有堵塞物堆积的情况了。

案例：英国一家正面临堵塞物麻烦的客户，其侧面伸入式搅拌机上安装了一个大型的废水储存容器。最初这个搅拌机上装的是一个A510叶轮。在SPX Flow公司Lightnin实验室内小型容器测试成功后，成功改装为净边叶轮，直到今天仍在运行。
结论：SPX Flow公司表示，无论是市政还是工业废水应用领域，有纤维状固体堵塞物存在时，采用防堵塞净边叶轮，可避免污水处理流程中的堵塞物堆积在叶轮上，就可以有效地防止在混频器的性能受损，以及过早出现机械故障损失。净边叶轮叶片的设计初衷，就是尽量减少安装和更换成本、易于现有设备的改造的，无需更换电机、变速箱或轴。改装了净边叶轮后，由于搅拌机故障的非计划停机时间被大大降低了。