自動(dòng)化技術(shù)的普遍應(yīng)用,極大地把人類從繁雜的體力勞動(dòng)和不安全的工作環(huán)境中解放出來,顯著地改善了人類的工作環(huán)境和提高了人類的生活質(zhì)量。不僅如此,自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用, 還明顯地增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力,使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。凝結(jié)水精處理過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)水處理系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行,確保優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì),提高管理人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能源與物料消耗。
2、控制范圍本文主要針對(duì)火力發(fā)電廠的凝結(jié)水精處理系統(tǒng),提出自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案。每套精處理單元由兩臺(tái)前置過濾器、三臺(tái)精處理高速混床、三臺(tái)樹脂捕捉器、一臺(tái)再循環(huán)泵和三套旁路系統(tǒng)組成。精處理的再生單元由分離塔、陰再生罐、陽(yáng)再生罐和樹脂捕捉器組成, 以及輔助單元的羅茨風(fēng)機(jī)、熱水箱、壓縮空氣儲(chǔ)罐、酸堿系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)范圍主要包括#1 機(jī)組精處理系統(tǒng),#2 機(jī)組精處理系統(tǒng), 體外再生系統(tǒng), 輔助單元等。
3、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一套完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),就地設(shè)備及工藝參數(shù)的測(cè)量是必不可少的, 通過對(duì)過程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集,配套D C S 或P L C 控制系統(tǒng), 完成對(duì)整個(gè)工藝工程的在線測(cè)量、監(jiān)視及控制。
3．1 儀表選型及配置
根據(jù)工藝流程和工廠管理的需求,配置合理的在線儀表,正確顯示設(shè)備狀態(tài)及工藝過程參數(shù)。儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、流量?jī)x表、液位儀表、分析儀表等。在凝結(jié)水精處理工藝過程中,壓力和流量測(cè)量?jī)x表是應(yīng)用*廣的測(cè)量?jī)x表。壓力測(cè)量主要為就地指示壓力表和遠(yuǎn)傳的壓力變送器、壓力開關(guān)等。在每臺(tái)泵的出口設(shè)置就地壓力表,應(yīng)選擇耐震型。對(duì)于帶腐蝕性的介質(zhì)要選用隔膜壓力表。前置過濾器旁路閥的前后、混床旁路閥的前后、前置過濾器前后以及樹脂捕捉器前后設(shè)有差壓變送器,用來監(jiān)測(cè)相應(yīng)系統(tǒng)的差壓。當(dāng)樹脂捕捉器前后的壓差超過某一設(shè)定值時(shí),樹脂捕捉器所在列的混床停運(yùn), 在確認(rèn)備用混床投運(yùn)成功后, 將失效混床退出運(yùn)行,樹脂捕捉器要進(jìn)行反沖洗。在每套前置過濾器和混床入口前設(shè)升壓旁路閥,升壓旁路閥的作用是保證前置過濾器和混床在投運(yùn)前, 入口壓力緩慢上升,防止壓力升高過快對(duì)前置過濾器和混床內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊,壓力的變化由壓力變送器來監(jiān)測(cè)。
流量測(cè)量?jī)x表常用模具冷卻水流量計(jì)和差壓式流量計(jì)。模具冷卻水流量計(jì)要求測(cè)量介質(zhì)必須具有導(dǎo)電能力, 電導(dǎo)率大于閾值。若電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。模具冷卻水流量計(jì)在選型時(shí),根據(jù)工藝介質(zhì),要選擇合適材質(zhì)的電極,對(duì)于沒有腐蝕性的水來說, 選擇不銹鋼電極就能滿足要求。并要考慮安裝位置是否方便人員查看, 若管道安裝位置比較高或者很難觀察到, 需要選擇分體式的模具冷卻水流量計(jì),將變送器和傳感器分開的,這樣傳感器可以安裝在容易查看的位置。模具冷卻水流量計(jì)應(yīng)該有良好的接地。差壓式流量計(jì)主要包括孔板類流量計(jì)、巴類的流量計(jì)等。流量?jī)x表安裝注意要滿足前后直管段的要求。每臺(tái)前置過濾器和混床的入口設(shè)有流量計(jì)。流量計(jì)用來監(jiān)測(cè)通過前置過濾器和混床的凝結(jié)水流量,通過流量計(jì)的輸出信號(hào),也可以累計(jì)周期制水量。陽(yáng)陰再生塔的沖洗水管上設(shè)有流量計(jì), 監(jiān)測(cè)再生塔的沖洗水流量。沖洗水泵出口母管上設(shè)有流量計(jì), 指示泵啟動(dòng)后輸送至各個(gè)部位的流量。溫度變送器用來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)入口母管凝結(jié)水的溫度。
稀堿液管上設(shè)有溫度變送器,通過溫度變送器的輸出信號(hào)控制三通調(diào)節(jié)閥的開度。熱水箱上配有溫度變送器,通過溫度變送器的輸出信號(hào)控制加熱器的開,關(guān)及加熱器投入的組數(shù)。
在水處理過程中分析量的測(cè)量尤其重要,這是反應(yīng)水質(zhì)好壞的重要參數(shù), 如P H 、電導(dǎo)率、硅的含量、濃度計(jì)等。每個(gè)混床的出口設(shè)有電導(dǎo)率表,硅表,鈉表,主要用來監(jiān)測(cè)混床出水水質(zhì), 當(dāng)某項(xiàng)出水指標(biāo)不合格時(shí),備用混床投運(yùn)后, 失效混床退出運(yùn)行, 進(jìn)行再生。混床出水母管上設(shè)有電導(dǎo)率表, 硅表,PH 表, 主要監(jiān)測(cè)精處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)。陰再生塔排水管上設(shè)置電導(dǎo)率表,監(jiān)測(cè)陽(yáng)陰再生塔內(nèi)的樹脂再生,清洗是否合格。稀酸堿液管上設(shè)有酸堿濃度計(jì),指示再生用酸堿液的濃度。在精處理混床單元設(shè)置分析儀表取樣架, 導(dǎo)電度表、P H表、鈉表、硅表等集中安裝在取樣架內(nèi)。每路樣水在盤內(nèi)經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入傳感器。硅表為多通道形式,每臺(tái)混床出口與出水母管合用一臺(tái)三通道硅表。
水處理過程中常有水池、水箱等,根據(jù)具體情況選用合理的液位計(jì)。通常開放式的水池,設(shè)置超聲波液位計(jì)。超聲波液位計(jì)測(cè)量精度較高、穩(wěn)定性也不錯(cuò),并且不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸。而在藥罐上通常配置磁翻板液位測(cè)量?jī)x表, 這類儀表既能提供明顯的就地指示, 而且可以將液位的模擬量或開關(guān)量信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制系統(tǒng)。前置過濾器, 混床排氣母管上設(shè)有液位開關(guān), 自動(dòng)監(jiān)測(cè)前置過濾器,混床充水是否充滿。再生塔排氣母管上設(shè)有液位開關(guān),自動(dòng)監(jiān)測(cè)再生塔充水是否充滿。熱水箱上配置液位開關(guān),防止低液位時(shí)加熱器過熱而導(dǎo)致加熱器燒壞。酸堿計(jì)量箱上設(shè)有帶遠(yuǎn)傳信號(hào)的磁翻板液位計(jì),不僅具有就地顯示液位的功能,而且具有信號(hào)輸入控制系統(tǒng)后在L C D 畫面上顯示液位高低的功能。
3.2 控制系統(tǒng)的選型及配置
根據(jù)具體的輸入輸出點(diǎn)數(shù)及控制功能要求,選擇合適的控制系統(tǒng)。DCS 和PLC 作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,為水處理過程自動(dòng)化水平的提高都作出了各自的貢獻(xiàn)[3]。目前用于水處理自控系統(tǒng)的基本形式主要有三種DCS 系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)和PLC 控制的系統(tǒng)。從規(guī)模來看三種系統(tǒng)所適用的規(guī)模是不同。DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)一般適用于控制點(diǎn)比較多而且廠區(qū)規(guī)模比較大的系統(tǒng),PLC 的控制則用于小型而且控制點(diǎn)比較集中的控制系統(tǒng)。DCS 系統(tǒng)適用于模擬量多,閉環(huán)控制多的系統(tǒng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)是適用用于控制點(diǎn)相當(dāng)較少而且特別分散的系統(tǒng)。從施工和維護(hù)的角度來看,傳統(tǒng)的DCS 系統(tǒng)布線的工作量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。此外, 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與D C S 系統(tǒng)相比, 還有*為重要的一點(diǎn)是開發(fā)性好, 擴(kuò)展方便。
由于凝結(jié)水精處理的布置比較集中, 通常采用集散式控制,考慮采用DCS 控制系統(tǒng)較普遍,若有距離比較遠(yuǎn)相當(dāng)集中地控制設(shè)備,可以考慮設(shè)置遠(yuǎn)程IO站。通常在#1 機(jī)組精處理系統(tǒng),#2 機(jī)組精處理系統(tǒng),體外再生系統(tǒng)各布置在不同位置, 且相互的距離較遠(yuǎn)。根據(jù)控制規(guī)模及廠里人員設(shè)置,可配置2 套至3 套操作員控制站。
4、自動(dòng)控制功能的要求
對(duì)于工藝系統(tǒng)內(nèi)所有的電動(dòng)/ 氣動(dòng)閥門、風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備均采用自動(dòng)控制、遠(yuǎn)方控制和就地控制三種控制方式。就地控制模式:設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠(yuǎn)方”開關(guān)選擇為“就地”方式時(shí),通過現(xiàn)場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟/ 停、開/ 關(guān)操作。遠(yuǎn)方控制模式:即遠(yuǎn)方手動(dòng)控制方式?，F(xiàn)場(chǎng)控制箱或M C C 控制柜上的“就地/ 遠(yuǎn)方”開關(guān)選擇為“遠(yuǎn)方”方式,操作人員可以通過中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面用鼠標(biāo)或鍵盤選擇“遠(yuǎn)控”方式并對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟/停、開/ 關(guān)操作。自動(dòng)控制模式:現(xiàn)場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠(yuǎn)方”開關(guān)選擇“遠(yuǎn)方”方式,且控制站的“自動(dòng)/ 遠(yuǎn)控”設(shè)定為“自動(dòng)”方式時(shí),設(shè)備的運(yùn)行完全由各控制站根據(jù)水處理系統(tǒng)的工況及生產(chǎn)要求來完成對(duì)設(shè)備的運(yùn)行或開/ 關(guān)控制, 而不需要人工干預(yù)?？刂品绞皆O(shè)計(jì)為:就地手動(dòng)控制優(yōu)先,在此基礎(chǔ)上,設(shè)置遠(yuǎn)方控制和自動(dòng)控制?？刂萍?jí)別由高到低為: 現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、遠(yuǎn)方控制、自動(dòng)控制。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)自動(dòng)閥門常以氣動(dòng)閥門為主, 氣動(dòng)閥門的控制電磁閥相對(duì)集中布置在就地電磁閥柜/ 箱內(nèi),并盡量考慮設(shè)備的完整性,例如每套前置過濾器裝置設(shè)一個(gè)電磁閥柜, 公用的閥門采用就近布置。在電磁閥柜面板上設(shè)有就地操作開關(guān),就地/ 遠(yuǎn)操開關(guān)采用鑰匙型開關(guān), 所有的鑰匙型開關(guān)均可以用一把鑰匙操作,既避免了操作人員帶多把鑰匙,又避免了無關(guān)人員的誤操作。
采用此工藝的凝結(jié)水精處理主要的控制功能要求至少包括以下過程控制:以順序控制為主。前置過濾器的排水、空氣擦洗、水沖洗、充水、曝氣清洗、升壓等;高速混床的升壓、循環(huán)正洗、運(yùn)行、卸壓、樹脂送出、樹脂送入、排水、樹脂混合等;分離塔的進(jìn)水、進(jìn)氣排水、空氣擦洗、樹脂分離、沖洗等;陰再生罐的重力排水、陰樹脂空氣擦洗、陰樹脂空氣擦洗并反洗、壓縮空氣充壓等; 陽(yáng)再生罐的重力排水、陽(yáng)樹脂空氣擦洗、陽(yáng)樹脂空氣擦洗并反洗等。
5、應(yīng)用實(shí)例
天津北塘熱電廠2 × 350MW 機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)*終設(shè)計(jì)規(guī)模為2 × 950 噸/ 小時(shí),處理工藝采用前置過濾器＋高速混床法。具體要求如下: 按工藝流程配置必要的液位、流量和水質(zhì)分析等檢測(cè)儀表;全部檢測(cè)儀表及電氣設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)的傳送和顯示;根據(jù)電氣設(shè)備的運(yùn)行要求及主要工藝參數(shù)的控制要求,設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目根據(jù)工藝要求, 配置必要的測(cè)量?jī)x表, 溫度變送器5 套,就地壓力表50 套,壓力或差壓變送器25 套,磁翻板液位儀表3 套,超聲波液位計(jì)2 套,液位開關(guān)7 套,孔板流量計(jì)17 套,濃度儀表2 套,PH 儀表2 套,電導(dǎo)儀表10 套,多通道硅表和鈉表各2 套等。
采集過程參數(shù), 每個(gè)氣動(dòng)閥門均采用雙電控方案:DO:2 點(diǎn)/DI:2 點(diǎn);每個(gè)電動(dòng)門:DO:2 點(diǎn)/DI:3 點(diǎn);每臺(tái)電動(dòng)機(jī):DO:2 點(diǎn)/DI:4 點(diǎn)。實(shí)際測(cè)點(diǎn)數(shù)量如表1 所示。其中AI 表示模擬量輸入信號(hào);AO 表示模擬量輸出信號(hào);DI 表示數(shù)字量輸入信號(hào);DO 表示數(shù)字量輸出信號(hào)。根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)及工藝對(duì)控制的要求,配置一套北京國(guó)電智深控制技術(shù)公司提供的DCS 系統(tǒng)EDPF,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)冗余配置, 設(shè)置中央控制室, 布置操作員站2 套、打印機(jī)1 套、工程師站1 套。電廠運(yùn)行人員可以在操作員站上實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝流程圖及測(cè)量參數(shù)的監(jiān)視及控制。根據(jù)工藝系統(tǒng)特點(diǎn)以及控制系統(tǒng)的安全可靠,整套DCS 控制系統(tǒng)配置3 對(duì)DPU 控制器模塊,分別用于# 1 機(jī)組凝結(jié)水精處理單元、# 2 機(jī)組凝結(jié)水精處理單元和公用系統(tǒng)單元。實(shí)現(xiàn)了對(duì)前置過濾器、高速混床、樹脂分離塔等設(shè)備的順序控制。
6、結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)采用前置過濾器和高速混床的凝結(jié)水精處理系統(tǒng), 提出自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案, 根據(jù)工藝系統(tǒng)具體要求配置合適類型的儀表及控制系統(tǒng)。將凝結(jié)水精處理的自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于天津北塘發(fā)電廠,取得了良好的應(yīng)用效果, 提高了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作效率。

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