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鲁班奖资料
施工及质量情况介绍
一、工程概况
金川6万吨/年电解镍扩能改造项目是我国有色工业从有色大国向有色强国发展战略部署的重点项目,是目前国内最大,位居世界前五位的电解镍生产车间。
项目总投资16.1亿元,建成后年产电解镍60000吨,副产品含钴1062吨、海绵铜含铜3628.8吨,经济效益和社会效益显著。
项目采用国际先进的硫化镍可溶阳极隔膜电解工艺,引进了国际先进的始极片剥离和加工机组、电解镍剪切机组、我国自行研制开发的国产电解镍机组、阳极排板机组、吊耳剪切机组、导电棒清洗机组及大型通风系统,在技术水平、国产化配套、产品品质、环境保护、节能和生产劳动条件等方面位居世界镍生产先进行列。
同时项目采用DCS集中控制系统,可实现对关键工艺参数的在线检测与远程控制,使人均实物劳动生产率提高70%,完成了我国近30%镍产能的升级换代。
项目由中国恩菲工程技术有限公司设计,金昌市诚信工程建设监理有限公司监理、甘肃省工程质量矿山冶炼金昌监督站监督、金川集团工程建设有限公司承建。
于2010年4月10日开工建设,2012年5月20日竣工投产,一次试车成功,2012年6月份达到设计生产能力,2012年9月20日由甘肃省发改委组织全面验收。
项目主要建设工程量:
总建筑面积123626.6平方米,其中电解主厂房总长276米、宽72米、檐口高度13米,结构形式为三跨两层的混凝土排架结构;净化系统厂房总长度386米,宽48米,檐口高度21.85米,结构形式为二层双联跨砖混排架结构厂房。
主要安装工程:
进口高精度设备5台,576个电解槽、30个洗板槽,87台管式过滤器、25台110立方米砼空气搅拌槽、4台混凝土浓密机、各类槽罐220台、各类泵268台、各类工艺(包括强酸)管道总计45010米、各类阀门总计1161个、铜母线730吨,结构用混凝土48069立方米,各种电缆109000米。
该项目的建成,表明我国有色建设行业的施工和安装能力已进入了国际先进行列。
二、工程技术难点与新技术推广应用情况
1、工程施工的主要难点及技术措施
1.1、六条自动化机组线(芬兰奥图泰公司始极片剥离和始极片加工机组、荷兰达利公司电解镍剪切机组、金川集团股份有限公司与南昌有色冶金设计研究院联合研制开发的1条阳极排板机组、2条吊耳剪切机组和1条导电棒清洗机组),首创了国内电解镍进口设备和自主研发设备的有机结合,设备的各项工艺参数和运行状况均达到了同类进口设备的先进水平。
1.2、净化系统工艺管道,采用Pre软件进行系统模拟二次图纸转化,将平面蓝图转化成三维管线图,测算出标准节和非标准管件数量和位置,实现了标准节与非标准节的同时进行,加快了施工进度,避免了管材的不合理浪费。
1.3、87台管式过滤器,采用徕卡Leica-TCA2003智能型全站仪、蔡司Dinil2电子水准仪控制过滤器的平面位置和标高,使整体平面位置控制在±5mm之内(规范要求±10mm),标高控制在+5、0(规范要求标高+20、-10),确保了连接管式过滤器的串并联工艺管线安装精度达到5mm。
管式过滤器罐盖安装过程中,施工人员利用PMP34激光三维定位仪,安装找正衬胶罐盖,使每台管式过滤器罐盖一次扣盖成功,避免了扣盖之后找正,磨损橡胶垫,防止了管式过滤器渗漏。
1.4、25台110m3空气搅拌槽和4台浓密机的内衬防腐,采用我公司成熟的混凝土衬胶工艺,施工周期短,避免了玻璃钢气泡、针孔引起的漏点缺陷,提高了防腐等级和防腐质量,该工艺打破了传统钢衬胶的适用范围,拓宽了衬胶工艺的应用领域。
1.5、电解槽预制采用了清水混凝土施工技术,保证了电解槽混凝土的密实度和外观平整度。
电解槽的吊装调整采用整体计算机排版;施工时采用徕卡Leica-TCA2003智能型全站仪、蔡司Dinil2电子水准仪现场控制电解槽的定位安装,从而使同一组内电解槽槽面水平误差控制在±3mm,相邻组电解槽之间标高误差控制在±4mm以内,为电解槽整体防腐和高质量地完成非标设备与标准构件的匹配安装创造了条件。
1.6、电解主厂房为重防腐的湿法厂房,大型折线型屋架防腐施工,采用了水平防护悬空脚手架满铺跳板的方法进行施工,高空作业难度较大。
室内安全通道首次采用带有彩色釉面的防腐缸砖,解决了生产现场安全通道经常涂刷安全色的问题。
施工前为确保人行通道彩色防腐缸砖铺砌的效果和观感质量,工程技术人员针对安全分区控制线采用了电子排版技术进行排砖,既减少了因施工措施不当造成的切砖浪费现象,又提高了施工效率。
1.7、10000*7000的整体成型玻璃钢储罐采用整体成型技术,将整体缠绕工艺和结构设计紧密结合起来。
通过结构设计确定合理的产品结构型式和设计参数,然后确定合理的工艺流程。
随时调整缠绕张力、速度,使产品稳定性、可靠性、耐久性得到保证,管口与玻璃钢储罐集于一体,安装便捷,减少了生产周期、降低了成本,而且增加了设备的使用寿命,同时提高了劳动生产效率。
1.8、电解主厂房安装重型铜母线约730吨,重型铜母线采用氩弧焊焊接,在施焊时,用氩气将空气与焊件隔开,焊缝不会发生氧化。
用感应式测温仪进行温度控制,加热时间短,焊接熔化好,熔池无气孔,电流均匀,焊接后母线强度达到国家施工验收规范标准。
与碳极弧焊接相比,特点突出,无裂痕,接触面好,电流无损失,此工艺已经荣获甘肃省建设科技进步二等奖。
1.9、345米CPVC矩形通风管和1754米CPVC圆形通风管,截面尺寸大(矩形风管500mm—3300mm,圆形风管400mm—1300mm),制作安装难度高。
每批板材在下料前先做样板,测定出收缩量,然后正确选用焊缝形式;严格控制压缩空气温度,制定焊接工艺,执行工艺纪律,确保大型风管的制作质量和安装质量,国标和实测指标对照如下表。
风管制作允许偏差和实测偏差
项次
项目
允许偏差(mm)
实测偏差(mm)
1
圆形内管外径
φ≤630mm
0
-1
0
-1
φ>630mm
0
-2
0
-1
2
矩形风管大边尺寸
<630mm
0
-1
0
-1
≥630mm
0
-2
0
-1
1.10、大型长牛腿排架柱吊装前设计制作了专用大型预制柱翻身支架,确保了吊装前排架柱柱身2.18米牛腿顺利翻身,保证了排架柱的吊装质量和安全。
2、新技术推广应用情况
本项目积极推广和应用了二十项新工艺、新技术、新设备、新材料,大大提高了工程的科技含量,使工程的技术装备水平和工艺水平达到了国际同行业先进水平。
2.1、新工艺
(1)自动化程度高
镍电解生产过程中,使用新研制的阳极泥水力喷除机组代替目前人工刮除阳极泥的方式,可有效减少阳极上残留的阳极泥,保证脱除阳极泥后的残极不粘附阳极泥,减少阳极泥的不合理流向,降低电解槽电压,节能降耗,降低劳动强度。
设计优化始极片加工机组,实现始极片的对辊压纹、剪切、平压、订耳、穿棒、排板工序全自动化作业。
研制电镍机组,实现电镍的洗涤、抽棒、码垛工序全自动化作业。
研制阳极自动排板架实现阳极板等距排板功能,提高了车间自动化作业水平。
引进始极片剥片机组,实现钛种板的自动剥离,提高始极片成张率,提高作业效率,降低劳动强度。
研制导电棒机组,导电棒机组与始极片机组和电镍机组联动,实现导电棒的接收、低酸高温超声波洗涤、转运、储存和输出。
研制阳极机组实现阳极板自动穿棒、排板等功能,可提高车间自动化作业水平,提高作业效率,降低劳动强度。
(2)区域配置合理
种板槽区与生产区独立,单独作业,互不影响。
机组配置在厂房中部,缩短物料吊运距离,提高了生产效率。
96个种板槽和48个生产槽作为一个系列供电,保证各系列电压相近,方便了配电设置。
(3)取消阳极泥压滤车间,增加阳极泥洗涤工序,降低阳极泥含镍量,实现了洗水的循环利用,节能减排效果良好。
(4)在厂房一层配置通风区,多点送风,冬暖夏凉,减少雾气,改善环境。
2.2、主体施工中应用的新技术
(1)主厂房机组区采用高强高性能商品混凝土施工技术。
大体积混凝土设备基础采用泰尼纤维混凝土掺8%UEA-D型微胀剂混凝土施工技术,使得大体积混凝土基础表面无有害裂纹。
(2)85960m2楼地面防腐砖铺砌采用电子排砖,减少了由于施工措施不当造成的切砖浪费现象,提高了施工工效,并且水平误差控制在±2mm以内。
(3)主厂房机组基础预埋螺栓的埋设应用了我公司独创的“预埋螺栓、预埋件高精度埋设三步定位工法”,螺栓平面位置轴线控制在2mm,标高误差控制在±2mm以内,机组一次就位率达到100%,提高了安装效率。
2.3、设备安装中应用的新技术
(1)在大吨位吊车无法伸杆起吊的情况下,设计制作专用吊具,大胆更改天车遥控手柄,用一部手柄联合控制两台15吨天车,安全平稳的完成了25吨洗板槽的吊装。
(2)6KV及35KV高压配电站安装调试,采用微机保护综合自动化系统安装调试施工技术,保证了调试质量,实现了供电系统自动化、智能化和集控化。
(3)主厂房每组滑线安装长度为576mm,由于温差变化,常规膨胀节无法满足工艺要求,采用铜质加长型膨胀节,解决了大跨距滑触线因温差造成的变形、跳刀现象。
(4)276米的天车轨道,采用超大型工业厂房行车轨道施工测量技术,天车运行平稳、可靠无啃轨现象。
2.4、新材料的应用
采用挤压玻璃钢隔膜架代替目前使用的钢衬玻璃钢隔膜架,改进隔膜架与电解槽的定位方式,实现隔膜架安装的标准化作业,保证隔膜架、隔膜袋安装时保持水平和极间距均匀,提高电解镍物理外观质量。
三、工程质量情况及质量特色
主厂房防腐缸砖地面铺砌表面平整度偏差控制在±2mm以内,厂房室外地坪密实、光洁、无空鼓、无裂缝。
大型设备基础表面平整、内实外光。
设备基础顶标高的精度、预埋螺栓中心线位置精度均达到或高于设计及规范要求。
各种工艺管道安装布置合理、排列整齐,受检焊口探伤100%合格,管道试压一次成功。
设备安装位置正确、固定可靠,安装精度符合标准要求。
电缆桥架安装横平竖直、间距均匀、连接可靠。
电缆敷设排列整齐无交叉,电缆接线准确率100%。
高低压柜安装牢固,整齐美观。
四、工程技术资料情况
工程技术资料为三级编目,查找方便,完整、有效、真实,有可追溯性。
五、不足之处
湿法厂房室内湿度太大,通风系统有待改进。
六、综合效果及获奖情况
1、环境保护
(1)废气:
本项目中,废气的来源为净化除钴和铜渣浸出产生的氯气和少量酸雾。
产生的含氯尾气量为25000m3/h,尾气平均温度约为80℃。
通过除钴工艺优化、氯气反应管道的改造、氯气与除钴前液混合分配器的改进,可使尾气含氯量控制在约10g/m3,较目前降低一半,为相关排放标准的154倍。
除钴反应槽和铜渣浸出槽均设有排风管,使用通风机排风,采用液碱吸收法进行含氯废气治理,将含氯尾气集中收集进入尾气吸收系统吸收。
(2)废水
镍电解车间新增的废水量为706m3/d,每年新增高盐废水排放量232980m3/a,全部进入选冶化厂区8000m3/d废水站集中处理。
(3)噪声
该项目生产过程中产生噪声的设备主要为风机、各种泵类。
各种水泵设置减振基础,安装柔性接头装置。
风机设置减振垫,与风管连接处采用软连接,并且选用低转速的风机。
同时由于该项目位于金川公司厂区内,距离厂界还有一段距离,通过降噪措施及距离衰减,该项目环境噪声达到《工业企业厂界噪声标准》GB12348-90中Ⅱ类标准限值的要求,不会对周围居民造成影响。
(4)固体废物
阳极泥送镍盐厂硫磺车间生产硫磺,处理过程中产出的热滤渣送贵金属火治工序处理,以回收其中的贵金属等有价金属;导电棒处理过程回收的粉尘返回铜渣浸出工序浸出。
因此,本项目无固体废弃物排放。
2、节能
(一)、工艺设计方面采取的节能措施
(1)工艺设计中通过加强对极板物理规格质量、电解液循环、电解液温度、电流密度、电解液杂质浓度、添加剂加入等因素科学合理的控制,有效降低浓差极化现象的危害程度,可使电流效率保持在96%以上。
(2)电解槽以300×300×200的新型云母绝缘装置代替绝缘瓷瓶,有效的减少电解槽绝缘装置的破损,消除直流电漏电现象,降低直流电消耗;并尽量避免电解槽与楼板、支撑梁柱、出液溜槽之间发生短路漏电现象,造成电能无名损失。
(3)阴极液输送泵及阳极液输送泵增加变频器,并使用PLC连锁控制,保证了设备低负荷状态下的低能耗运行,有效节约电能。
(4)采用钛包铜棒代替阴极导电铜棒,有效消除钛种板与导电棒联接处的间隙腐蚀,保证阴极电流密度的均匀性,有利于降低种板导电棒与种板接触点的电压降,降低种板电解槽槽电压。
(5)延长了种板电解周期,提高了始极片的重量,始极片下入电解槽后,始极片耳部与导电棒、导电棒与槽边铜母线的接触得到改善,有利于降低接触点电压降,降低生产槽槽电压。
(6)电解槽增加保温措施,减少热能损失,降低蒸汽消耗。
(7)换热器增加PLC集中控制,根据温度自动调节蒸汽流量,减少蒸汽损耗。
(二)电解系统电力专业采取以下节能措施:
(1)整变及整流机组总效率要在0.98以上,尽量缩短整变至整流柜及整流柜至电解车间的距离,直流铜母线经济电流密度为1;
(2)6kV配电变压器选用节能型产品;
(3)配合工艺专业选用高效节能电动机驱动;
(4)配电变压器采用在0.4kV侧补偿方式,使6kV侧功率因数达0.92以上;
(5)采用高效节能光源及灯具;
(6)部分设备选用变频器调速,降低能耗;
(7)各配电站的电源进线导体截面的选择考虑了按经济电流选择的因素。
(三)建筑节能:
(1)、围护采用240厚多孔砖外墙,并采用粘贴聚苯乙烯泡沫塑料板外保温系统,加强了厂房的保温节能,充分体现了绿色环保的设计观念。
(四)节水措施:
设计压滤机及精密过滤器,将各机组的洗水过滤后循环利用,减少了水的使用量。
3、安全文明施工
严格执行“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。
认真落实安全生产责任制,增强各级管理人员安全责任心,不违章指挥,认真执行安全技术操作规程。
加强安全生产意识、安全知识、安全技能的教育和特种作业人员的培训,持证上岗,每周安排一个安全活动日,每天上班前进行“五项准入”和安全交底。
建立健全安全生产责任制,确保职工的安全和健康。
工程施工期间未发生任何人身安全、机械设备安全事故。
4、社会和经济效益
该工程各项经济指标均达到设计要求。
产品产量:
年产电解镍60000吨,副产品含钴1062吨、海绵铜含铜3628.8吨。
尾气排放浓度及速率分别达到氯气排放浓度<65mg/m3,排放速率<0.87kg/h,单位立方镍用水量水由改造前的10吨,降低到9.5吨。
作为我国有色工业从有色大国向有色强国发展战略部署的重点项目,该项目创造了建设工期最短、达到设计负荷时间最短的优异成绩,试生产过程生产作业率和月生产电解镍能力已经达到设计水平,也为金川集团公司在镍冶炼领域做大做强奠定了基础。
本项目的建设不仅能安排525人的劳动就业,而且由此带动相关产业和服务业的发展,对地方经济和社会发展也起到了重大促进作用。
5、获奖情况
该项目已获得2012年度部级优秀工程设计一等奖、2012年度部级优质工程奖。
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