水处理控制系统综述（通用9篇）
水处理控制系统综述 篇1
1 前言
河南能源化工集团中原大化公司煤化工项目脱盐水反渗透装置采用了近年来新兴工业水处理脱盐技术, 设计外送脱盐水量为560t/h, 采用了先进的膜处理技术和离子交换除盐工艺。使用荷兰诺瑞德公司生产的超滤膜元件, 除去原水中大部分悬浮物、胶体及部分有机物。循环水单元设计循环量为44 000t/h, 9台上海KSB泵厂生产的循环水泵, 单泵设计流量为6 500t/h, 11座逆流式凉水塔, 单塔处理水量4 500t/h。污水处理单元采用SBR序批式间歇活性污泥法, 处理水量100t/h。
2 水处理装置系统概述
供水共分为循环水系统、脱盐水系统及污水处理系统三部分。所使用的控制系统包括6套西门子PLC系列和1套和利时DCS系统。循环水控制系统包括建厂初期的1套旁滤器S7-200就地PLC系统和1套S7-300PLC的循环水系统。后期陆续增加了2套旁滤器S7-300系统。脱盐水系统组成为1套S7-400PLC系统和后续2011年上的1套S7-300PLC增补系统。污水系统原为循环水PLC系统下属的一个子站, 后装置改造, 扩大规模于2012年上1套和利时SM系列DCS系统。
3 控制系统结构简述
本装置中所涉及到的PLC均为西门子公司产品。不论是S7-200、S7-300还是S7-400系列PLC, 其典型硬件结构组成为:PS电源 (s7-200为CPU集成) +CPU卡件+CP通信卡件+各种I/O卡件。若有DP子站, 则DP子站安装IM接口模块。现场PLC的HMI面板通过PPI/MPI协议连接到CPU相应接口, 完成相应功能。上位机根据通信方式不同, 可通过西门子专用网卡和通讯线连接至CPU, 也可通过以太网连接至CP。西门子I/O卡件的工作电源由背板提供, 源自系统PS电源。而卡件供电电源一般由外配电源提供, 本装置外配电源均采用西门子SITOP电源, 为现场变送器、定位器、电磁阀、位置开关等提供工作电源。
西门子S7-200系列PLC下位组态采用STEP 7-MicroWIN, 上位则根据HMI厂家的不同选用不同的组态软件。S7-400和S7-300系列PLC常用组态软件为STEP 7-SIMATIC, 上位组态软件根据使用厂家不同而确定, 西门子上位使用WINCC组态, 本厂上位使用北京亚控公司的组态王产品。
污水站使用的是和利时公司的SM系列DCS系统, 其结构为机笼式安装, 包含硬件:冗余主控制器+冗余电源模块+I/O模块。主机笼与扩展机笼之间通过Profibus-DP总线连接, 扩展机笼无需安装接口模块。I/O模块与对应的端子模块通过预置电缆连接。一般在系统柜顶端安装冗余外配电源模块, 提供现场查询电源。在主机笼底板有四个RJ45接口, 以太通讯连接至操作站。本系统下位及上位均采用和利时公司产品。
4 水处理系统本身问题思路
针对西门子PLC来说, 常见的系统故障有CPU停运;I/O卡件离线;上位通讯不畅;下位程序无法在线;CPU故障灯亮 (SF, BF) 等。
西门子PLC卡件正面一般由状态指示灯, 尤其CPU和接口模块状态指示灯则更多, 通过指示灯可以反映一些问题。另外, 通过查看CPU本身的诊断缓冲区信息, 查找故障代码可以方便快捷的查找系统问题所在。
下面针对不同系统故障类型可能出现的原因进行分析:
1) 对于CPU停运。可能原因有硬件中断、软件中断、存储卡故障、CPU故障等。通过查看CPU诊断缓冲区可以快速分析中断原因。正常连接至CPU, 但无法查看系统硬件或无法上传硬件和程序, 则考虑是否存储卡故障。若通过MPI也无法连接至CPU则考虑是否CPU故障。
2) 对于I/O卡件离线。通过查看诊断缓冲区, 分析可能离线原因。检查卡件供电电源, 检查背板总线接线。
3) 上位通信不畅。造成上位数据不更新原因较多, 根据通信方式的不同, 检查也不一样。首先应确认硬件状态, 包括CP或CPU卡件状态、PC机后网卡状态、交换机状态。其次, 登录下位程序检查通信是否正常。其后通过连接笔记查看硬件状态和通信参数设置是否一致。逐步排查确认故障段或故障点。
4) 下位程序无法在线。检查通讯是否正常, 确认在线时提示故障代码。查看诊断缓冲区提示信息。上载实际运行程序比较, 确定最终原因。
5) CPU故障灯亮 (SF、BF) 。对于S7-400系列CPU故障指示灯更多。包括INTF, EXTF, BUS1F, BUS2F, IFM1F.IFM2F等。针对外部故障, 包括I/O卡件离线, DP子站通讯故障等, 一般通过在线系统硬件可以方便看出。对于内部故障, 包括寻址故障、数据溢出、程序写入、调用故障、计数器、计时器溢出等, 通过查看诊断缓冲区可以方便的查询、定位故障原因。
5 发生的典型事故
1) 故障现象:循环水站3#子站最后一块AI卡SF灯亮, 其下所有通道数据为负开路。
故障处理:进入诊断缓冲去, 检查发现故障信息为, 硬件中显示此AI卡离线, 其下所有通道无法访问。测量卡件供电电压仅为20V, 低于卡件正常工作电压。由于卡件供电电源串联, 至最后一块AI卡是电压降过多造成。由总供电端子处引电源重新接线后, 卡件正常。后利用机会已将机柜供电回路整改。
2) 故障现象:脱盐水站上位机数据不更新。
故障处理:脱盐水上位机与CP之间以太网通讯通过三个交换机星型连接实现。而上位组态王通讯组态仅实现与主CP通讯, 结构并未实现冗余。出现过主备CPU切换, 则上位无法正常显示。另连接主CPU的交换机接线松动则也会造成连接中断, 现将两台上位机均连接至主交换机, 其他两台交换机停运。
3) 故障现象:后上脱盐水站CPU停运。
故障处理:发现CPU故障灯SF灯亮、BF灯亮, 同时STOP灯亮。查看诊断信息, 发现为现场DP子站离线。将现场控制柜送电后, DP子站恢复正常, 将CPU重新启动后正常。所有故障灯熄灭。现增加硬件故障中断OB后, 防止因此类原因造成CPU转为STOP。4) 故障现象:2#旁滤器CPU停运, HMI设备失去连接。CPU无法再次启动。
故障处理:挂上笔记本后, 发现无法在线硬件设备。重新下载硬件设备提示无法下载。更换存储卡后, 下载正常。HMI设备通信也正常。分析原因, 此现场柜供电由电气小屋引致, 并未从UPS引出。05K001刚出问题, 怀疑于此有关。
6 预防建议
本套水处理系统, 上位采用组态王, 安装方便。每台PC自启动本地服务器, 对于趋势、报警均存储在本台PC, 故对上位来说只需做好程序备份即可。后上脱盐水上位机安装CP5611通讯卡, 在做好程序备份的基础上, 还应该做好备件工作。
对于下位西门子PLC系列, 需要关注卡件指示灯状态, 尤其是CPU状态灯指示。当卡件故障灯亮后, 首先查看诊断信息, 确定故障相关信息, 可方便有针对性的处理。
对于脱盐水S7-400系统, 其存储卡为FLASH卡, 需要在停车时将程序备份至存储卡, 防止CPU掉电重启时, 程序不一致无法运行。
对于西门子卡件来说, 故障率较高的为AI卡件, 故对AI卡件的维护要格外关注。对于2线制电流与4线制电流回路, 尽量做到分卡分配, 同时严格按照规则接线。对于不同类型卡件, 做好备件工作, 防止卡件故障, 更换时同类型卡件不用下载硬件。
对于现场PLC柜, 一般配备HMI设备。由于现场环境较控制室内要恶劣的多。对于设备的防潮、防尘、防高压、防电磁干扰等工作要更加注意, 大功率动设备应远离控制柜。同时应对HMI设备使用更加注意, 应设置自休眠功能, 同时还应防止阳光直接照射。
摘要：河南能源化工集团中原大化公司煤化工500kt/a甲醇项目, 水处理装置分为循环水系统、脱盐水系统及污水处理系统三部分。介绍水处理装置所用到的系统及其事故分析。
关键词：水处理,控制系统,西门子,PLC
水处理控制系统综述 篇2
【摘要】为了更加充分、合理得利用水资源，响应国家对水资源节约保护的各项政策，实现保护环境、节约水资源的目标，本文针对火电厂化学水处理系统提出了两种方案，分别为：一级除盐加混床(过滤器+超滤+反渗透+一级除盐+混床)和全膜法(过滤器+超滤+一级反渗透+二级反渗透+EDI)两种方案。同时，以工艺合理、技术先进，能够实现安全、经济运行，满足环保要求，以合理的投资获得最大的综合经济效益为原则，对其进行了详细的经济技术比较。其中，一级除盐加混床是一种技术成熟可靠，投资较低，运行费用低，系统稳定的传统工艺，应用最为广泛。全膜法是一种新型的水处理工艺系统，具有技术先进、环保水平高、系统自动化程度高等优点。
锅炉水处理技术综述 篇3
热力设备在使用中因水质不良造成受热面上的结垢和腐蚀, 对于蒸汽锅炉, 还要注意盐类的沉积。以上不利现象的形成是一个积累过程, 有时问题不易发现, 只有在炉管堵塞, 锅炉受热面发生鼓包、变形、泄露时, 导致锅炉经常修理, 甚至于报废锅炉。有时虽然采取了水处理措施, 但因方法选择不当, 也给用炉单位造成了一定的浪费。
2 腐蚀机理
热水锅炉的腐蚀机理, 是因为锅炉用钢板是由铁素体和渗碳体组成, 铁素体的电极电位低, 渗碳体的电极电位高, 同时, 钢板中还含有各种杂质, 当其表面与水接触时, 即构成无数个微电池, 产生电流引起化学腐蚀, 再则就是因为没有可靠的除氧措施, 水中的溶解氧在锅炉加温的同时相继析出, 附着在管壁及锅筒壁上形成氧去极化腐蚀。其电极处化学反应式如下:
阳极反应:Fe→Fe2++2e
阴极反应:O2+2H2O+4e→4OH-
总的电池反应:2Fe+O2+2H2O→2Fe (OH) 2
如果两极间的扩散作用强烈, 补水中又在不断有氧进入, 还会发生以下二次反应:4Fe (OH) 2+O2+2H2O→4Fe (OH) 3↓
3 水处理方式有炉内与炉外两大类
3.1 原水的预处理
它主要是除掉水中的悬浮杂质和胶体杂质。通常采用混凝、沉淀和过滤等方式。预处理水质的好坏对下一步炉外水处理有很大影响。这些杂质若进入交换器内, 使树脂层的阻力增大, 更容易吸附在树脂表面影响树脂的交换能力, 缩短树脂使用寿命。特别是使用江水, 悬浮物含量太高, 必须经过预处理。
3.2 炉外水处理
3.2.1 钠离子交换软化处理
它是用Na+置换水中Ca2+、Mg2+, 从而去除水中的硬度离子, 失效后再用食盐水进行再生。
运行反应为:2Na R+Ca2+→Ca R2+2Na+
再生反应为:2Na Cl+Ca R2→Ca Cl2+2Na R
(1) 单级钠离子交换系统, 通常用两台交换器, 一台运行, 一台备用, 此系统简单紧凑, 投资少, 基本上能保证连续不断的供水。
(2) 单级钠离子串联运行。此系统虽然较复杂, 但交换器内树脂的交换容量得到了完全利用, 并能降低盐耗, 它适合于硬度较高的原水。
(3) 双级钠离子交换系统。它虽然第二级盐耗较高, 但可利用再生二级交换器的废盐液去再生一级交换器, 而且二级交换器运行周期较长, 其总盐耗比单级钠离子交换还要低一些, 钠离子交换法适用于碱度较低的原水。
3.2.2 软化降碱联合处理
水中的碱度成分是HCO3-, 它在高温下发生分解和水解反应, 使水中游离OH-增加, 蒸汽中CO2浓度增加。
(1) 钠离子交换加酸系统 (通常加H2SO4) 。该系统设备简单, 占地面积小, 能降低锅炉排污率, 提高蒸汽品质, 但对碳钢防腐不利。其适用于原水碱度大, 特别是对有负硬度的水。
(2) 石灰-钠离子交换系统。。此系统先是石灰与游离CO2、Ca (HCO3) 2、Mg (HCO3) 2反应, 再用钠离子交换器进行软化处理, 既降低了碱度又降低了硬度。它适用于碳酸盐硬度比较高, 过剩碱度不是很高的原水。
(3) 氢-钠离子交换系统。它是一部分原水经强酸H型离子交换树脂, 另一部分原水经钠型离子交换树脂, 两部分水经离子交换反应混合在一起, 从而达到降碱和去除硬度的目的。
另外, 还有NH4--Na+离子交换和Cl--Na+离子交换, 这里不作讨论。
3.2.3 水的预脱盐
当原水中的溶解固形物含量过高或相对含盐量过高时, 可以用电渗析或反渗透法进行预脱盐, 再进行软化及除碱处理。
3.2.4 水的除氧
对于给水中的溶解氧含量超标时, 还要进行热力除氧, 铁屑除氧和亚硫酸钠除氧等。
3.3 炉内水处理
这种方法适用于任何压力和出力的锅炉。压力较高的锅炉是进行炉外水处理的同时, 辅以炉内处理;对于压力较低的锅炉可直接采用炉内水处理而不用炉外处理。常用药剂:
3.3.1 纯碱 (Na2CO3) , 它与钙离子反应生成碳酸钙沉淀, 同时Na2CO3水解使水中OH-含量增大, 氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀。在锅水碱度和PH值较高条件下, 新生成的碳酸钙结晶核的表面易吸附OH-, 阻碍了结晶的增长, 使碳酸钙沉淀分散成无定形水渣。
3.3.2 磷酸钠 (Na3PO4、12H2O) , 它是使磷酸根保持一定浓度, 与钙离子维持一定的平衡关系, 防止Ca SO4、Ca Si O3等水垢的生成, 对防止硅酸盐垢的形成效果更为明显, 但对防止镁垢的形成效果很差。
3.3.3 烧碱 (Na OH) , 它能维持锅水的碱度和PH值, 使磷酸盐与钙镁反应时, 不生成磷酸钙、磷酸镁等易形成二次水垢的物质, 且能与钙镁离子反应, 阻碍碳酸盐等沉淀物在金属表面形成水垢。
3.3.4 栲胶, 它具有络合、凝聚、吸氧防腐作用, 还具有绝缘层作用。只单一使用以上药剂防垢效果不很理想, 常用复合防垢剂。
纯碱、磷酸盐复合防垢剂, 它是以纯碱为主, 磷酸为辅;磷酸、烧碱复合防垢剂, 它以磷酸为主, 烧碱为辅, 它对易形成硫酸盐垢和硅酸盐垢的水质有良好的防垢效果。
三钠一胶复合剂, 它是将纯碱、磷酸钠、火碱和栲胶按一定比例配制而成。碳酸盐硬度大的水质, 宜适当增加火碱用量;对非碳酸盐硬度大的水质, 要多加纯碱;而硫酸盐及二氧化硅含量高的水质, 要增加磷酸钠用量;碱度大于硬度的水质, 适当减少纯碱和火碱用量;含镁离子较高的水质, 要减少磷酸钠用量;硬度大于4mg N/L的水质, 适当增加栲胶用量, 当给水有机物含量高时, 减少栲胶用量。当给水硬度大于3-4mg N/L时, 采用复合防垢剂更经济。
3实用举例
3.1某台WNN型蒸汽锅炉, 冬季供暖, 常年供洗澡水, 安装运行后一直用钠离子交换器进行炉内水处理, 根据水样化验结果进行排污, 因炉水碱度常超标, 不得不加大排污, 排污率超过25%。后改为炉内水处理, 根据水质情况准确、合理计算各药剂投入量, 使炉水碱度保持在标准范围内, 排污率控制在5%以内, 经一年试运行, 节约燃料率为15%。
3.2又有某企业自备电厂原设计水处理系统采用电渗析预处理后再加一级串联阴-阳离子交换除盐系统, 经一段时间运行, 企业感到制水成本太高, 后经合理改进, 选择串联氢-钠离子交换水处理方式, 再生液的消耗大大降低, 提高了经济效益。
4 结论
锅炉水处理方法的选择应根据当地水质状况, 依据水样分析结果, 对照国家水质标准, 经计算得出结论, 合理选择。对于不需除碱的水质, 首选钠离子交换处理, 对需除碱的, 如有负硬度的水选择钠离子加酸;如碳酸盐硬度较高, 选用石灰一钠离子交换系统, 对原水含盐量高, 先预脱盐再软化降碱处理。对一些低压锅炉, 选用炉内加药处理, 合理调整药剂配比, 做到经济有效。
摘要：本文就保证锅炉的经济安全运行, 减少锅炉热力系统的结垢和腐蚀, 依据水质的不同, 选择合理的锅炉水处理方法, 避免因水处理方式选择不当而造成的浪费, 就有关问题作以探讨。
关键词：锅炉,水处理,结垢,腐蚀
参考文献
[1]潘礼明, 霍怀成.锅炉水处理现存问题及对策[J].林业劳动安全, 2004-05-30.
[2]陈坚刚.浅谈热水采暖锅炉水处理技术[J].科技情报开发与经济, 2005-06-30.
空调实验室水处理系统及应用 篇4
空调实验室水处理系统及应用
摘要：根据空调实验室用水的特点,为三洋空调技术开发中心建立了一套1 m3/h纯水制备系统,系统采用“石英砂过滤+活性炭过滤+反渗透+混床”工艺,终端采用两套压力储罐和压力开关来控制的供水泵进行恒压供水.运行结果表明:系统出水电导率＜0.5μS/cm,恒压供水系统工作稳定,满足了该中心三大实验室的用水要求.作 者：吴北根 于志勇 Wu Beigen Yu Zhiyong 作者单位：吴北根,Wu Beigen(广州天浩环保设备科技有限公司,广东,广州,510660)于志勇,Yu Zhiyong(浙江省电力试验研究所,浙江,杭州,310014)
期 刊：工业水处理 ISTICPKU Journal：INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年，卷(期)：, 26(9) 分类号：X703.1 关键词：超纯水 恒压供水系统 反渗透电化学水处理技术综述 篇5
一、概述
1、电化学处理技术的概念
电化学处理技术是在外加电场的作用下, 在电化学反应器内, 通过化学反应、电化学过程或物理过程, 产生大量的自由基, 利用自由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解。[1]
2、电化学水处理基本原理
污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化从而被减少或去除, 分为直接电解和间接电解。直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原被去除;间接电解是利用电化学反应过程中产生的中间产物为催化剂或反应剂, 使污染物转化为毒性更小的物质。
二、电化学水处理技术
电化学水处理技术目前已经广泛应用于处理化工、染料、生物制药等行业产生的废水。常见技术有电絮凝-气浮法、电化学氧化法、电渗析法、内电解法等。
1、电凝聚-气浮法
电凝聚-气浮法:可溶性金属电极如铁、铝, 放入处理水, 通入直流电, 污染物在电极上发生电化学反应, 阳极材料发生溶解, 失去电子生成金属离子, 离子在溶液中水解、聚合, 生成有絮凝作用的胶体产生凝聚作用, 使一些胶态杂质絮凝沉淀;同时, 阴极水电解产生H2, 阳极水电解析出O2产生大量的气泡, 气泡与悬浮颗粒接触粘附一起上浮, 将污染物去除。
化学反应式 (Al为例) [2]:阳极:Al-3e-→Al3+
Al3++3 (OH) -→Al (OH) 3———碱性条件
Al3++3H2O→Al (OH) 3+3H+———酸性条件
同时:2H2O→2O2+4 H++4 e-
阴极:2H2O+2 e-→H2+2 OH-
该法优点是效果好、设备简单、操作方便且占地面积小;缺点是阳极金属材料消耗大, 能耗量大, 经济效益不够理想, 应用上存在限制。该法的发展关键是发掘理想的电极材料、改善电源技术, 以降低电能与材料的消耗。
2、电化学氧化法
电化学氧化法:有机废水中加入直流电, 废水中的有机物容易发生氧化还原反应, 加入直流电使其结构与化学性质发生了改变, 使污染物毒性减弱甚至消失, 增强污染物的可降解性。该法分为直接氧化过程和间接氧化过程。
3、直接氧化法
直接氧化法:污染物在阳极表面氧化转化成毒性较低或易降解物质, 甚至无害化, 达到消减污染物的目的。直接氧化过程污染物吸附到阳极表面, 失去电子最终被氧化去除。该法有两个途径:电化学转化、电化学燃烧。
电化学转化:有机物未被完全氧化, 电极表面产生活性中间产物参与氧化污染物, 将吸附在电极表面的污染物直接氧化降解成小分子;电化学燃烧:有机物彻底的氧化为稳定无机物, 使有机物完全矿化为CO2和H2O。
4、间接氧化法
间接氧化法:阳极上氧化反应产生具有强氧化作用的活性物种, 阳极产物间接氧化处理水中的污染物, 最终达到氧化降解处理污染物的目的。
间接阳极氧化分两类:
一类是利用可逆氧化还原对间接氧化降解有机物。悬浮在水中的氧化还原物质在电化学过程中失去电子被氧化成高价态物质, 高价态物质发生一系列反应, 氧化降解有机物最终又被还原成原价态物质, 这一过程循环往复氧化去除有机物, 为可逆过程。常用的电对为:Co (Ⅲ) /Co (Ⅱ) 、Ag (Ⅱ) /Ag (I) 、Fe (Ⅲ) /Fe (Ⅱ) 。
另一类是利用电化学反应中产生的一些中间产物 (如·OH、OCl-、H2O2、O3等) 参与氧化污染物, 从而去除污染物。这类为不可逆过程。
该法优点是有较强的氧化能力, 消耗化学药剂少, 既在一定程度上发挥了阳极氧化作用少, 又利用了产生的氧化剂, 因此处理效率大为提高, [3]缺点是其电耗教高。
5、电吸附法
根据电化学理论, 在电极与电解质溶液的两相间施加低于溶液的分解电压时, 电荷会在极短距离内重新分布、排列。作为补偿, 带电电极会吸引溶液中的带相反电荷的离子, 界面剩余电荷的变化将引起界面双电层电位差的改变, 从而形成紧密的双电层, 并在电极和电解液界面存储电荷。[4]
电吸附法可以用来分离水中低浓度的有机物和其他物质。处理水中的盐类大多都是以离子状态存在的, 而水处理中电吸附技术其基本原理就是通过施加外加电压形成静电场, 使带电离子向带有相反电荷的电极方向移动, 并通过控制对双电层的充电和放电, 改变双电层处的离子浓度, 使离子在双电层内富集, 从而降低了溶液本体的浓度, 实现了对水溶液中低浓度有机物和其他物质的分离。
该法具有耐受性好、特殊离子去除效果显著、对颗粒污染物低、抗油类污染、操作及维护简便、运行成本低等优点。
6、电渗析法
电渗析是一种膜分离技术, 将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极间, 将其隔开, 组成除盐的淡化和浓缩系统, 外加电场作用下, 以电位差为动力, 利用离子交换膜的选择透过性, 使溶液中的离子作定向迁移, 用膜分离技术把电解质分离出来, 使溶液得到浓缩和淡化。
该法优点是药剂耗量少、能耗低、机械化、对环境污染小、设备简单, 预处理简单;缺点是在运行过程中容易结垢。
7、内电解法
内电解法也称微解法其原理是:按组成原电池的基本条件, 将两种活泼性不同的金属或石墨用导线连接插入电解质溶液中形成原电池, 周围的空间形成电场。外加电场的作用下, 水中带电的污染物分子移向与之相反电荷的电极, 吸附在电极表面发生氧化还原反应, 降解成小分子物质。同时, 电极反应的产物和水中污染物发生氧化还原反应, 产生吸附、絮凝沉淀等, 达到进一步去污的目的。
该法优点是不消耗能源, 可提高难降解物的可生化性, 能用于脱色、去除多重污染剂成分。缺点是反应速率较慢, 处理水量少, 反应柱易堵塞。
三、实际应用实例
电化学法在我们的生活当中有着很多成功的运用实例, 下面分析用内解法处理印染废水的一个实例。
上海某一大型的印染企业, 每天产生的混合污水约3500m2。BOD5约400 mg/L, CODcr约1700mg/L, 色度700倍, 固体悬浮物浓度约500mg/L。污水的水量大, 色度深, 成分复杂, 出水不均匀, 对周围环境的污染很大, 不达排放标准。
经过工艺员分析比较, 采用了微电解加厌氧及二级活性污泥法处理工艺。经三个月运行, 监测出水数据为:BOD5为24mg/L, CODcr为96mg/L, 色度40倍, 固体悬浮物浓度为59mg/L, 取得了良好的处理效果。[5]
其微电解处理:以铁屑和其中所含碳为电极, 污水为电解质, 形成原电池。原电池阳极发生氧化反应, 阴极发生还原反应, 产生的反应物具有强氧化还原能力, 电极产物新生态H活性极高能氧化污水中的染料等有机污染物, 使其结构形态发生变化, 破坏发色基团, 具有脱色的作用;阳极溶出的Fe2+有强还原能力, 使污水中氯代芳香族有机物还原脱氯, 含磺酸基的芳香族有机物还原成酚类有机物。Fe2+是很好的混凝剂, 污水在有氧条件下Fe2+很容易发生反应:4Fe2++8OH-+O2+2H2O4Fe (OH) 3生成胶体絮凝剂Fe (OH) 3, 其吸附能力强于一般水解产生的Fe (OH) 3。它将废水中的染料粒子等胶凝, 形成以Fe3+为胶凝中心的絮凝体, 挟裹、捕集和吸附悬浮的胶体共沉。
四、结语
电化学法在治理污水中具有许多优势, 该法一般无需添加化学用剂, 可较好的避免二次污染, 占地面积少, 操作简便, 污泥量少;但其一直未被广泛利用主要是由于其反应过程复杂、电极材料消耗大, 处理效率不高。但随着电力工业发展, 电化学理论不断完善、新型电极材料研究不断深入, 以及与其他方法的联用, 电化学水处理法未来必将拥有广阔的前景。
参考文献
[1]杨少斌, 费学宁, 吴奇, 等.电化学处理技术及其在印染废水处理中的应用[j]中国环境管理干部学院报, 2007;17 (3) :79-82
[2]曲久辉, 刘会娟.水处理电化学原理与技术[M].北京:科学出版社, 2007:1-459
[3]林海波, 伍振毅, 黄卫民等.工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向[J].化工进展, 2008, 27 (2) :223-229.
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城市隧道水消防系统设计综述 篇6
城市隧道的建设, 有效地改善了城市的通行能力, 缓解了城市交通压力。但是, 由于地下空间相对封闭, 交通流量大, 车辆类型多、车辆自身为可燃物且配有储存油箱, 发生火灾事故的机率与危险性很高, 火灾的扑救较建筑火灾更为困难, 可能造成重大事故。因此, 火灾安全成了亟待解决的技术问题, 对城市隧道配置有效的水消防设施是非常必要的。
一、水消防的类型
城市隧道是公路隧道的延伸, 早期水消防设施主要出现在公路、铁路等交通工程中, 大多采用传统的消火栓系统、灭火器与固定式水成膜泡沫灭火系统的组合方式。近年在公路和城市隧道开始应用自动化程度较高的系统, 如:自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、泡沫—水喷雾联用灭火系统等。由于目前尚未出台针对城市隧道的防火设计规范, 所以我们仍然需要借鉴国内外的经验及参考公路等行业规范。
二、水消防的设计原则及参数确定
1. 消火栓系统
消火栓系统是使用最广泛, 最经济有效的灭火设备, 技术成熟可靠, 可扑灭多种类型火灾, 由专业消防人员操作, 大大降低火灾损失。消火栓系统主要由水源、供水设备、管道、消火栓、水枪、水带等组成。
隧道的消防用水水源对水质没有特殊要求, 除了市政水源以外, 天然水源或消防水池均可。城市隧道消防用水首先选择利用市政给水管供给。在市政给水管不能满足消防用水量要求时, 考虑在隧道内或附近合适位置设置消防水池, 或利用就近的天然湖泊、河流、小溪等地表水。利用天然水源供水时, 应保证枯水期最低水位仍能满足消防用水量。
消防给水方式根据压力大小, 可分为常高压给水系统、临时高压给水系统和低压给水系统。常高压给水系统指管网内经常保持足够的压力和消防用水量;火场上不需要使用消防车或其他移动水泵等消防设施加压, 直接由消火栓接出水带就可满足水枪出水灭火要求的给水系统。临时高压给水系统是指给水管道内平时水压不高, 其水压和流量不能满足最不利点的灭火需要, 在水泵房内设有消防水泵, 当接到火警时, 启动消防泵使管网内的压力达到高压给水系统水压要求的给水系统。低压给水系统是指管网内平时水压较低, 灭火时所需水压和流量要由消防车或其他移动式消防泵加压提供的给水系统。
消防给水管网应布置成换环状;向环状管网供水的给水管不应少于两条, 当其中一条发生故障时, 其余的进水管应能满足消防用水量的供给要求, 通常从市政给水管道上分别引出两条消防管道, 在两侧隧道内全线贯通, 并于敞开段处连成环状, 从而形成安全可靠的供水系统。环状管道采用阀门分成独立的若干段, 每段消火栓的数量不宜超过5个, 并在其最高点设放气阀, 最低点设泄水阀。为便于布管及管线紧凑, 通常在每孔隧道的右侧, 每隔50 m设消火栓箱一套, 同时在箱内报警按钮各一个。按照规范要求, 在隧道出入口处应设置室外消火栓, 以满足室外消防用水量要求。同时, 根据其用水量大小, 鉴于隧道整体狭长, 不同于一般建筑物, 在隧道两端分别设置2个地上式水泵结合器。消火栓箱在设计中一般与固定式水成膜泡沫灭火系统合用, 箱内主要包括消火栓、水带、水枪、自救式消防软管卷盘、消防水泵启动按钮以及泡沫设施等, 如图1所示。
2. 灭火器
灭火器的应用范围很广, 主要是由它的轻便灵活、操作容易、价格低廉等特点决定。灭火器主要用于扑灭小型或初期火灾。隧道火灾引发的部位有油箱、驾驶室、行李或货物、客箱座位等, 火灾类型一般为A、B类混合火灾, 部分可能因隧道内电器设备、配电线路等E类火灾引起。因此, 应配置能扑灭ABE类火灾的灭火器。
根据危险等级分类, 城市地下空间为严重危险级。一、二类隧道应在隧道两侧设置ABE类灭火器, 每个设置点不应少于4具。灭火器设置点的间距不应大于100 m, 两侧交错布置。通行机动车的四类隧道和人行或通行非机动车的三类隧道, 应在隧道一层设置ABE类灭火器;每个设置点不应少于2具, 设置点间距不宜大于50 m。隧道内灭火器的配置基准不应小于表1的规定。
每个灭火器箱内的灭火器数量按照下式计算:
式中, N——每个灭火器材箱内的灭火器数量;L——灭火器材箱的设置间距, m;W——单洞隧道横断面的建筑限界净宽, m;U——隧道灭火器的配置基准, m2/B;mQ——拟选用灭火器所对应的配置灭火级别, B;K——灭火设施修正系数。未设置灭火系统的, K取1.0;设置消火栓系统或水成膜泡沫灭火装置的, K取0.7。KL——长度修正系数;特长隧道、双向交通长隧道, 取1.3;其余隧道, 取1.0。
3. 固定式水成膜泡沫灭火系统
固定式水成膜泡沫灭火系统专门用于扑灭汽油等易燃液体火灾。泡沫药剂与水混合, 产生水泡沫, 覆盖在油层表面, 并结成薄膜, 使火焰窒息而灭。它具有抑制油层表面汽油蒸发的能力, 阻止火灾蔓延。泡沫灭火剂主要有普通蛋白泡沫灭火剂、氟蛋白泡沫灭火剂和水成膜泡沫灭火剂。水成膜泡沫灭火剂, 简称AFFF, 是国际上20世纪60年代发展起来的一种高效泡沫灭火剂, 并被普遍采用。
固定式水成膜泡沫箱与消火栓箱合用, 给水管道也可与消火栓系统合用。泡沫系统主要包括30 L水成膜泡沫液储罐1个, 比例式混合器1个, 泡沫喷射枪1支, 25 m长Φ20喷射用橡胶软管1条及软管导向架等, 喷射时间不小于22分钟。泡沫液与水经比例混合器混合后, 形成浓度比为3%泡沫混合液, 直接对准火源喷洒, 非常方便。隧道内水成膜泡沫消火栓用水量为1 L/s, 最不利点水成膜泡沫消火栓得供水压力不应小于0.35 MPa。
4. 自动喷水灭火系统
自动喷水灭火系统在国内外的隧道中并不多见, 美国消防协会制订的NFPA502《公路隧道、桥梁及其他限制性通道标准》也不提倡应用自动灭火系统。欧洲大部分国家的现有规范均不提倡设置自动灭火系统。目前自动喷水灭火系统不提倡采用的主要原因归纳如下:费用比较高;喷头喷水会扰动上层烟气层, 使下层清洁空气和上层高温烟气掺混, 从而增加对人们的危害, 不利于人员逃生及消防人员的灭火;会产生高温蒸气伤害行人且降低可视率。
5. 水喷雾灭火系统
水喷雾灭火系统是一种局部灭火系统, 水雾直接撞击到被保护对象的表面, 根据喷头压力的不同来用于防护冷却或灭火、控火的作用, 在隧道内一般用于防护冷却。系统主要由水雾喷头、雨淋阀组、放气阀、过滤器、管道、供水设施等组成, 如图2所示。
设计用水强度6 L/min.m2, 作用面积不宜大于600 m2。最不利点处喷头的工作压力不小于0.2 MPa。持续喷雾时间不应小于4小时。系统设计流量公式按下式计算:
式中SQ——系统的设计流量 (L/s) ;K——安全系数, 取1.05~1.1;Qj——计算流量 (L/s) 。
水雾喷头在采用矩形布置时, 喷头之间的距离不应大于1.4倍的水雾锥底圆半径, 系统设计流量公式按下式计算:
式中, R——水雾锥底圆半径 (m) ;B——喷口与保护对象之间的距离 (m) ;——水雾喷头的雾化角 (°) 取值范围为30°、45°、60°、90°、120°。
水喷雾灭火系统可参考日本采用的布置方式:沿着隧道纵向30~50 m为一个保护区域, 喷水强度为6 L/ (min・m2) , 火灾时水喷雾系统经水力电动阀与干管连接与报警阀联动。
6. 泡沫—水喷雾联用灭火系统
泡沫—水喷雾联用灭火系统同时综合了泡沫灭火和水喷雾防护冷却的双重优势。泡沫—水喷淋系统通常的工作次序是先喷泡沫灭火, 然后喷雾冷却。系统主要由泡沫—水雾两用喷头、雨淋阀组、比例混合器、电磁阀、放气阀、过滤器、供水管道、供泡沫液管道、供水设施、供泡沫液设施等组成, 见图3所示。设计用水强度6.5 L/min.m2, 作用面积不宜大于600 m2。最不利点处喷头的工作压力不小于0.35 MPa。持续喷雾时间不应小于1小时。
三、结语
对于城市隧道, 在全面考虑不同火灾特点之后, 充分利用相应的水消防设施, 优化组合, 把火灾限制在最小范围内。水消防仅仅是隧道防灾的一部分, 除此之外还需要有完善的消防组织、科学的管理、紧急报警等城市地下车行系统防灾救援的综合措施。
摘要：本文介绍了城市隧道水消防的发展状况, 并对不同类型的水消防系统进行了详细分析。由于目前国家尚未出台专业的城市隧道消防设计规范, 所以在工程设计中建议设计者需要综合国内外不同行业规范标准, 来实现工程的安全无患。
关键词：地下空间,消火栓,灭火器,水成膜泡沫
参考文献
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水处理控制系统综述 篇7
随着人类社会的发展,特别是城市化和工业化进程的加快,水污染和水资源短缺将是今后相当长一段时间内全球最严重的问题之一。因此,采用先进的水处理技术,实现水资源的保护和水资源的循环利用,对于改善水环境和保护水资源有重要意义。利用水力空化降解水体中的有机污染物,尤其是难降解的有机污染物,是近年来刚刚兴起的一项新型水处理技术[1,2]。当流体流过水力空化反应器时,会发生空化效应,产生瞬时的高温高压,由于水相燃烧反应机理和自由基反应机理,促使了气泡内气体和液体界面的介质直接被分解[3]。为了完成对水力空化水处理设备的自动控制,结合水力空化水处理技术工艺,应用PLC控制器和触摸屏技术,开发设计了水力空化水处理设备的控制系统,通过在线实时监测水质参数的变化以及对流量、压力、温度等参数的自动化监控,可直接反映水力空化设备的水处理效果有利于设备在最优状态,以提高其使用效率。
2 硬件设计
水力空化设备的控制系统包括设备控制和水质参数检测两大部分,其硬件主要包括触摸屏、PLC、水质参数传感器、水泵、电磁阀、比例阀等(见图1)。
2.1 控制系统
根据系统的控制要求、所需IO点数、工作环境等因素考虑,同时为了提高水力空化系统运行的可靠性,选择欧姆龙公司的CP1E-N30DR-A新一代小型PLC作为控制器(下位机),该型号PLC为继电器输出,具有18个输入点、12个输出点,其程序容量8K步,数据存储器容量8K步,而且可以通过连接扩展单元增加模拟量I/O,为了满足系统的特殊控制需求,也可以安装数据电池CP1W-BAT01,使得系统能够在断电后对指定存储区的数据进行保存。为了满足系统多模拟量输入的要求,模拟量输入扩展单元选用CP1W-AD041,模拟量输出单元选用CP1W-MAD11。
选用欧姆龙NB5Q-TW00B触摸屏作为人机界面(上位机),其屏幕为5.6英寸,24V直流电源供电,程序容量128M,具有双串口同时通讯的功能,兼容标准C语言的宏指令,由上位机完成多功能界面的切换,并具有操作人员所需的重要参数的实时显示、报警显示等重要功能。此外,触摸屏和PLC之间通过RS-232串口进行通讯。PLC和触摸屏的通讯参数设置为:波特率115200,数据位7位,停止位2位。奇偶校验设置采用偶校验。
2.2 检测系统
水力空化效果的主要由空化数Cv来表征[4]。
式中,P0—孔板下游恢复压力,Pv—相应温度下液体的饱和蒸汽压,ρ—液体的密度,V0—孔板节流处液体的平均流速。
从水力空化数Cv可以看出,对水力空化装置孔板处压力和流速的检测至关重要,它是影响水力空化效果的关键。其次,水中溶解氧(DO)、氧化还原反应电位(ORP)、电导率和p H值等水质参数能直接反映水处理的效果。因此实现对各个参数的在线测量,有利于实时监测水质情况,从而方便控制调节空化参数,提高水力空化设备的水处理效果。各个参数的检测指标如表1所示。
考虑到各个传感器的不同机理以及对管路的特殊要求,如流量、压力的检测都要求前后要有直管段,电导率传感器的安装要迎着水流等[5],设计检测系统的布局如图2所示。流量的检测选用的是涡轮流量计、压力的检测采用的是半导体扩散硅不锈钢膜片压力传感器、温度的检测选用的是量程为0～100℃的Pt100铂电阻温度传感器[6]。其它水质参数根据每种参数的不同机理,选用相应的测量电极,传感器选用标准电流信号输出,输出信号为4～20mA。
3 软件设计
利用CX-Programmer编程软件对PLC进行程序设计,利用NB-Designer触摸屏编辑软件对人机界面编辑、美化,相应的程序在编译顺利通过以后,通过专用US B通讯电缆将其下载到相应的设备上,再联机调试。
3.1 PLC程序设计
PLC编程采用模块化编程,分别为数据采集、数字滤波、故障报警、数据输出、数据记录等五个子程序(见图3)
数据采集:对模拟量的AD采集模块进行相应的配置,设置系统的采样频率、采样精度以及设置是否采用平均化处理等。
数字滤波:由于随机干扰等原因会引起随机误差。为了克服随机干扰引起的误差,在数据处理子程序中采用加权平均值算法实现数字滤波,此算法简单、实时性强,能有效克服随机误差[7]。
故障报警:对各传感器的输入信号进行断线检测,设置目标值的上下限,当超过设定值的范围后做出判断和报警。
数据输出:数据输出包括开关量和模拟量。开关量控制电机和电磁阀的状态,模拟量控制比例阀。对模拟量的输出单元进行相应的配置,与触摸屏的按钮对应,即可调节模拟量的输出从0～10V或4～20mA变化,对应比例阀的开度就能从0～100%调节,因此只需在触摸屏上进行相应的操作就可以控制入口的压力和流量。
数据记录:数据记录包括水力空化水处理系统近30次的启停时间、系统在运行以后发生故障的时间和故障类别以及各水质参数的变化过程等,这些数据的存储有利于对系统性能的评价和维护。
各子程序按照控制要求相互配合并由主程序调用,以实现功能。
为了提高水处理的效率,需要控制水流的方向,水的流向是由入口阀、回流阀和出口阀这三个电磁阀的开关状态控制的。当设备自动运行时能根据某一参数的变化来调节三个电磁阀的开关状态,如根据DO的变化来调节阀门的开关状态,随着空化的进行,电导率的值会逐渐下降,当下降到一定值后即排出。考虑到安全的影响,三个电磁阀的开关状态不是各自独立的,出口电磁阀和回流电磁阀不能同时关闭,否则会使电机堵转,因此回流阀和出口阀是互锁的,其设计的程序流程如图4所示。
3.2 触摸屏组态窗口设计
采用触摸屏实现对水力空化设备各功能单元的选择和操作,上位系统是使用者的操作环境,但在形成此环境之前,需要完成许多内核设计工作,以便实现触摸屏和PLC的数据交换。内核设计思想、数据流的组织方法直接关系到系统的运行效率和可靠性。PLC直接面对执行机构和信号输入,在设计PLC程序时,已经对PLC的内部地址和IO变量进行了分配和组织。因此,完成上位系统的组态时,需要定义与PLC对应的变量。实际上,无论在PLC中还是在上位系统中,变量的对应也就是彼此地址的对应,通过地址的对应来操作数据。为了便于记忆和提高程序的可维护性,在分配地址的同时,还要建立对应的标记名,这样就不必直接用地址操作,而是使用助记符来操作。触摸屏组态窗口设计流程如图5所示。
触摸屏程序设计采用面向对象的可视化编程技术对触摸屏人机界面进行编程。首先,在PC上建立所需画面;其次,设置状态控制区和通知区以及画面属性;然后,将PC与触摸屏进行联机通信,并将画面数据传输至触摸屏内存中;最后,将触摸屏与PLC进行联机通信,通过触摸屏的人机界面向PLC发出各控制指令或程序调整、参数设定等指令,同时通过触摸屏监控PLC的各种运行状态。
触摸屏组态窗口如图6所示,主要分为操作主界面、参数显示界面、故障报警界面、历史记录界面和参数设定界面。操作主界面主要是对系统的操作以及显示系统的结构、工艺流程等,其中工艺流程可以动态显示水力空化系统的流程及各控制对象和传感器的实际状态,并能自由的切换到其它界面。故障报警界面主要用来监视各传感器的错误状态和分析PLC程序和传感器的故障原因。参数显示界面可实时显示水质的实际值并监控水质参数的变化趋势,方便操作人员查看设备在本次工作时间内的平均值,并且可以和上次平均值比较,及时准确的反映水力空化水处理设备的性能。历史记录界面用来显示系统的操作信息、故障信息以及水质参数的记录。参数设定界面包括触摸屏系统参数设置、各通道报警范围设定、通道信号平均次数设定等功能。
经过实际的运行和调试,基于P LC和触摸屏的水力空化水处理设备的控制系统,能实现通过触摸屏对设备进行操作和实时显示水质参数等功能,达到了设计的要求。
4 结束语
基于PLC和触摸屏的水力空化水处理设备的控制系统,实现了对pH、ORP、电导率、DO等水质参数的采集、处理、显示和控制,利用触摸屏的可视化特性,在触摸屏上显示各个传感器及系统的运行状态,使维护更加方便。经过反复的实验和修正,设计的控制系统运行稳定可靠、控制简单方便,对水质参数的误差也在可控范围之内,对今后水力空化水处理设备的研制及研究具有重要的借鉴意义。
摘要：为了完成对水力空化水处理设备的自动控制,结合水力空化水处理技术工艺,应用PLC控制器和触摸屏技术,开发并设计一套水力空化水处理设备的控制系统。采用触摸屏作为人机界面,可实现pH、ORP、电导率、DO等水质参数实时检测、设定和修改等功能,并能方便直观地对水力空化水处理设备的工作过程进行监控。经过实际运行和调试,基于PLC和触摸屏的水力空化水处理设备的控制系统稳定性好、可靠性高、易于维护,提高了水力空化水处理设备的效率和自动化水平。
关键词：水力空化,PLC,触摸屏,水处理,水质参数检测
参考文献
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绿色建筑的水处理控制 篇8
运用各种高新科技手段, 对水资源及相关的大量信息进行实时采集、在线分析、传输及管理;以现代水资源管理理论为基础, 以计算机技术为依托对水资源进行实时、优化配置和调度;以远程控制及自动化技术为依托对水资源工程设施进行过程控制操作。充分掌握所在地区水资源供需状况, 建立相应的资料库和水量、水质模型、供需水模型及生态环境分析模型等。
1 水处理控制系统体系结构
1.1 体系结构
水处理自动化控制系统的构成按照具体的处理对象、应用要求以及范围有所不同, 但是, 其基本形态均遵守工业计算机、控制器逻辑单元和自动化仪表组成的多级分布式架构。从层次角度上看, 水处理自动化控制系统结构通常包含:现场仪表、控制系统、调度控制与应用三个层次。
1.2 功能说明
现场仪表和设备层包括监控对象、监测仪表、监控状态以及其他仪表等。控制对象包括:各种水泵、闸门、格栅除污机、电动执行机构等;监测仪表主要包括两大类:一类属于监测生产过程物理参数的仪表, 如检测温度、压力、流量等。另一类属于智能分析检测仪表, 应用于水质分析的浊度、p H值等;还有一些用于某个特定目的分析处理的仪表, 如移动目标监测等。
控制层是完成现场设备的监测与控制命令的执行, 也可以接受上层指令对现场设备进行控制的设施。通常采用标准网络接口或者其他通信电缆与上层设备相连。设备控制层是控制系统发出控制命令、执行控制动作的核心单元, 通常由若干套现场逻辑单元组成。每套控制单元控制若干台执行机构或者监测若干台仪表、状态接点, 现场控制单元通常由PLC、DCS和为了控制现场设备的接触器、断路器、显示仪表、执行机构一、二次回路、按钮以及选择开关等电气设备构成。
调度控制与应用层是整个自动化监控系统中最上层, 是所有现场仪表、状态监测数据、信息汇集与处理中心, 同时也是现场各种控制单元执行命令的发出地点。从系统的角度出发, 调度应用层接收所有现场状态, 根据工艺和流程要求对控制节点上的每个设备进行控制。另外, 该层次应该具备与调度、操作人员良好的接口, 并能修改各种控制工艺流程。调度层必须满足如下要求:
◆系统能直接向现场控制单元下达调度指令, 系统运行必须考虑现场的安全性。允许用户根据需要设置调用联动预案的事件源;
◆能提供多种子系统的联动操作动作及多种联动信号源, 供操作人员选择, 以形成新的系统联动预案;
◆设备动作或者报警信号能自动关联到其他设备联动, 并直观的在操作显示屏上弹出该设备的操作界面;
◆系统要求远程调度必须和对应被监视设备图像信息联动。
通信网络将处于不同范围内的仪表、控制单元和计算机处理有机的联接在一起。现场仪表采用标准的接口与本地控制单元相连接, 现场控制单元与控制设备之间采用直接或者通过变频设备相连接。若干套现场控制单元可以采用现场总线或者标准的网络接口互联。计算机网络是实现数据服务器、操作工作站、应用通信以及与现场控制单元互联的最佳选择。
2 城市供水自动化控制系统
城市供水自动化控制系统集仪表、通信、网络、控制、调度与应用于一体的一套完整系统, 系统完成对供水系统整个过程的控制, 包括生产数据的采集、设备控制、数据传输、远程控制等。自来水处理是城市供水系统中的重要环节, 处理过程相比较其他两个系统更为复杂, 它是由处于不同的现场设备的运行, 大量的数据采集和反馈处理系统综合而成。其自动控制系统, 完成对取水泵站, 加药加氯、公共冲洗、送水泵站等关键环节进行控制, 从而有利于提高水处理系统的性能、产能和可靠性。
城市供水自动化控制系统由中央控制室、现场控制分站和通信网络组成。现场控制分站由PLC或RTU、现场检测仪表组成, 完成对工艺参数和设备运行状态的采集和储存, 并与上级计算机通信。
调度系统完成所有供水系统自动化控制与监测的集中调度与管理, 从水源取水控制开始到输送水管路的所有参数, 自来水处理能力以及各种关键监测点的数据, 按照经济、社会、节约等集中分析, 进行全过程化的控制与调度。调度系统包括如下内容:
◆优化调度取水:根据天气、水源地情况、通过模型计算, 专家系统分析和人工校核, 制定出少开停机次数、流量波动率最小的优化调度供水计划;
◆经济运行分析:通过动态模型分析, 在满足供水能力的情况下, 制定出最经济的运行方案;
◆流量平衡和流量控制:按照用水需求, 在现有的输送水能力下, 根据水力模型计算出上下游泵站开停机台数, 使整个输送水系统在流量平衡状况下安全高效;
◆事故分析与处理。
3 污水处理自动化控制系统
污水处理厂自动化监控系统用于污水处理全过程的实时监控和调度管理。控制结构由监控中心和二级分控站组成。其应用从简单的逻辑控制到复杂的分散化控制, 系统要求遵循“集中管理, 分散控制, 数据共享”的原则, 具有适应性强、可靠性高、开放性好、易于扩展、比较经济等特点。
自动化控制系统满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求, 即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节, 提高运行效率, 降低运行成本, 减轻劳动强度, 对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、设备工况等进行计算机在线集中实时监测, 重要设备进行计算机在线集散控制, 确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。
3.1 系统结构
污水处理厂自动控制系统采用计算机+PLC+现场仪表构成的分布式控制系统, 系统设置一个监控中心和若干个现场PLC控制站, 按照调度应用、控制层和现场测量仪表模式。控制中心计算机设备与现场控制单元之间通过工业以太网通信。监控中心由数据库服务器、工作站、网络交换机、打印机、不间断电源、投影仪等组成。现场控制单元由PLC、工控机、触摸屏、打印机、不间断电源、操作台、辅助继电器柜、高低压开关柜、机侧控制箱等组成。
3.2 功能要求
◆数据采集:采集全厂各个生产过程的工艺参数、设备运行状态和电气参数等;
◆图形功能:显示全厂平面图、工艺流程图、局部工艺流程 (剖面) 图、供电系统图等, 具有图形编辑功能;
◆控制功能:手动操作 (如开/停机操作) 和自动操作, 对工艺过程和控制设备按要求进行控制与调节;
◆报警功能:提供的报警日志可以记录事件, 信息和报警;
◆安全操作:提供的用户管理器允许设置用户权限;
◆数据管理:根据采集到的信息, 建立各种信息数据库, 保存工艺参数、电气参数、电气设备运行数据、控制数据、报警数据、故障数据;
◆自动生成的生产报表 (班/日/月) 供生产管理之用, 存储一年的信息量;
◆系统留有网络接口用以办公自动化系统和管理信息系统的连接。
4 中水回用系统
所谓中水, 主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准, 可在一定范围内重复使用的非饮用水, 其水质介于上水与下水之间, 是水资源有效利用的一种形式。因为它的水质指标低于生活饮用水的水质标准, 但又高于允许排放的污水的水质标准, 处于两者之间。中水回用是解决城市水资源危机的重要途径, 也是协调城市水资源与水环境的根本出路。
4.1 中水回用的控制
4.1.1 系统构成
中水回用的自动控制系统架构和污水处理自动化部分完全相同, 分现场仪表、现场控制单元和监控中心。现场控制单元的数量与中水回用规模以及生产工艺流程密切关联。在控制系统中, 现场控制单元控制废水处理成套设备、水泵、电动阀门等, 并接收现场仪表的监测数据。通信网络实现控制单元和监控中心管理与调度计算机之间的链路。在目前的控制系统中, 摄像机起到远程对现场的直观了解。
现场控制单元一般由PLC或者DCS为核心的部件, 外加保护设备、短路器、交流接触器、继电器、电量采集与显示仪表等组成。现场处理软件完成本端设备的控制, 同时负责与上级监控中心的联络。
4.1.2 系统主要功能
(1) 监视系统内每一个模拟量和数字量。对原水、浓水、产品水的流量、压力、水温、电导率、浊度、氧化还原电位以及p H值等检测显示;泵电机启动停止、运行状态、电压电流的监控;自动阀门开关状态, 条件连锁;系统开机、运行、停机流程的自动运行, 正常状态下不需要人工干涉, 避免操作失误。
(2) 异常数据显示并自动弹出报警画面确认报警。对于系统所有的异常数据, 均有报警画面和数据的闪烁提示;泵电机运行状态的不正常, 工艺设备的故障状态等, 都可弹出报警画面及故障确认报警画面。
(3) 建立趋势画面并获得趋势信息。所有的流量、压力、温度、电导率、浊度以及p H值模拟量显示等都可以建立立式画面及趋势画面, 并长久保存在上位计算机内, 可以随时调出查阅, 方便生产管理和运行维护。
(4) 调整过程设定和偏置等。所有过程值, 如原水进水流量、淡水出水温度、高压进水压力等都可实现手动、自动在线调整。所加药剂的配方可以根据需要保存在计算机内, 并根据配方自动按比例加药。
5 水处理监控系统实施
5.1 自控系统的设计
自动化控制工程与水处理基础工程密切配套, 其应用要求、规模以及安全等级均需要与基础工程相适应。因此, 在基础工程确定后必须组织对应的自动化控制工程方案进行初步或者详细设计。水处理自动化控制系统原则上包括监控中心和闸站端, 监控中心的设计内容必须包括:
◆中心站系统的功能设计;
◆监控中心的结构设计;
◆通信网络设计;
◆视频监视系统设计;
◆主要设备 (含仪表) 的技术指标;
◆系统电源和外围设备 (含防雷) 的数量、类型和技术指标;
◆与其他系统的连接方式等。
现地控制单元LCU是直接控制和监测现场设备的单元, 进行工艺参数检测、设备运行工况信号的采集、监测和控制, 并向监控中心进行实时的数据传送。监控中心操作工作站可调用各现场站的全部运行信息, 并控制现场所有设备的启动和停止。
根据站点设备情况, 合理配置现地控制单元数量, 各现地控制单元通过站内网络实现联网, 并进一步联网接入到监控中心系统。现场控制单元的设计内容:
◆站端功能设计;
◆使用的仪表的设计, 包括仪表定位、性能指标、数量、安装方式等;
◆PLC中使用的控制单元的设计, 包括控制单元定位、性能指标、数量、安装方式等。
5.2 水处理自动化系统设备安装
水处理的自动化系统设备安装前应外观完整、附件齐全, 并按规定检查其型号、规格及材质。采集设备的安装位置必须严格按施工图分布, 以防测得的数据有较大偏差。设备安装时不应敲击及振动, 安装后应牢固、平整。设备的安装固定, 不管是在水下或水上, 均应有专门不锈钢支架。架、仪表固定可靠, 电缆由金属软管或者PVC管过渡, 并有伸缩余量。检测元件应安装在能真实反映实际输入变量的位置。因此, 自动化控制系统的设备和仪表主要包括液位计、流量仪、开度仪、压力计、温度计、雨量计、风速风向仪、各种水质仪表和PLC控制柜, 以及与之相关的各种线路敷设。
5.3 水处理自动化系统设备调试
自控系统的设备调试、软件编制及仪表标定由专业人员负责。系统的调试由专业人员和设备安装人员共同进行。对进入该系统的各种电气信号应检查核实后才能进入, 防止损伤元器件。对小型机械设备控制回路可以直接在各种控制模式下操作调试, 直至达到设计要求。对较大机械设备采用回路模拟操作调试, 达到要求后再带机械设备运行调试。总体调试时由各方面相互配合进行, 确保各种模式下设备控制运行达到要求。该系统试运行期间的操作监护由专业人员负责, 其他人员必须经培训后才能上岗。
6 工程案例 (某地供水自动化控制系统)
某地深水井群利用奎屯河周围相对丰富的地下水资源, 将周边可以利用的10口深井的地下水, 通过管道汇集起来集中供给5个团场10万人饮用水。目前, 单口井出水量在60~80m3/天, 井深200~250m, 4kg工作压力, 日供水1万立方米。深水井分布相对集中, 井群分布在半径3km范围内, 所有深水井管道集中到13号井房旁边汇水池统一向市区供水, 井群设有统一的控制管理室, 控制室与13号井位于同一位置。水源地分两路供水, 从水源地单独一路向某团供水, 其他各个团部统一有水源地另外一路供水。在各个供水管道中间设立了若干个增压泵, 分别位于不同管路并在增压泵具备流量和压力监测设备。所有供水系统设立了统一的井群总控室, 井群总控室与水源地控制室相距12.5km左右。
每个深水井均配备了抽水泵房, 深水井的深度和出水量互有不同, 各个泵房的抽水电机功率大体相同, 在18.5k W~22k W之间。当水源地向各个团部供水的主要管道的中间设立若干个加压泵, 加压泵的功率在30k W左右。每个深水泵均配备了流量计测量抽水泵的流量, 而在13号井房汇水池有3台水位计用于检测该水池的水位。
6.1 系统结构
水源地所有深水井比较集中, 也是本次控制的主题, 所需要控制的对象不仅要实现数字控制, 同时需要将现场的图像采集到水源地控制室, 因此采用专门敷设光纤。增压泵分布的范围较广, 采用敷设通信电缆显然从经济的角度不是很理想, 因此采用租用电信的无线通信网络 (GPRS) 。同样总控制室与水源地相隔较远, 不适合专用敷设光纤, 从功能要求, 总控制室需要部分替代水源地监控室的功能, 采用无线通信不是很适合, 采用租用电信的专用线路能满足要求。因此, 整个网络是集光纤网络、无线网络和租用网络为一体的综合通信网络系统。
6.2 系统功能
◆数据采集:采用性能适合的PLC和RTU, 将各种不同的采集仪表连接到PLC并进行现场数据格式转换并传输到监控中心, 同时要求数据采集的精度和时间在允许的范围内。对所有监测对象通过监测仪表将实时数据和状态进行自动化采集, 包括:泵机工作状态、实时水位、实时流量、现场图像等;
◆控制与调节:监控不仅完成数据采集同时完成动作的执行, 设备要求在监测到设备异常时能返回引起执行机构的联动;
◆计算机通信网络:将分布在数十公里范围的监测泵群和增压泵站监测通过无线通信技术 (GPRS) 、光纤通信和计算机网络将所有监测数据集中统一处理, 实现数据集中管理和远程控制;
◆视频监视:通过现场摄像机将视频数据转换成标准的TCP/IP数据包, 传输到监控中心并在视频监视服务器上展现, 保证在远程控制时对现场充分的了解;
◆综合调度与控制系统:综合调度和控制是本系统的核心也是节水调度的目的, 系统按照泵群工况、输水管路流量、压力集中调度供水, 对所用水量集中计量, 报表生成、信息查询、统计等;
◆系统可靠性:由于周边环境相对比较差, 如何保证监测和监控设备、通信网络的稳定可靠是本次需要重点考虑的问题, 也是保证系统稳定基础。
6.3 节水效果
◆总站可以根据管理需要, 实施查询水资源消耗和利用情况, 对指导实际供水降低水资源浪费, 平衡利用水资源, 实时动态监控起到了积极作用;
◆信息的有效积累将为调度技术的不断优化创造条件, 优化和提高能源调度的节能调度水平, 用科学的方法对水资源的抽取、输送分配和消费等活动的全过程, 进行的组织指挥、监督和调节, 以便有效地开发和利用水资源;
◆结算月末结算工作效率明显提高, 结算数据以系统为准, 数据准确性明显提高;
◆由于实施远程管理和监控, 计量设备故障时间明显降低;
◆水资源浪费效果明显, 输水管路的有效合格率大大提高;
转炉浊环水系统水处理应用 篇9
转炉除尘水是用来处理转炉烟气的, 转炉烟气中含有大量造渣剂石灰 (CaO) 粉末, 在烟气冷却、洗涤过程中, 因水气接触进入水中, 成为转炉烟气洗涤污水, 污水经过水处理单元 (混凝沉降、冷却、水质稳定) 后变成清水, 循环回用。转炉除尘水具有高硬度、高悬浮物、高pH值等水质特点。循环使用过程中, 如水中含有大量的结垢物质会给除尘设备造成严重的堵塞, 影响炼钢厂正常生产。
不锈钢动力车间转炉除尘水系统始建于2003年, 主要处理厂内1#、2#转炉除尘水, 1#转炉除尘水流量约450m3/h, 2#转炉除尘水流量约560m3/h。两座粗颗粒分离机, 大小斜板沉淀池。工艺流程见图1
2 水系统存在问题
2.1 转炉除尘水回水高悬浮物, 高硬度
对回水水质进行监测后发现, 回水悬浮物高, 总硬度高。回水悬浮物在2000mg/L以上, 总硬度、PH值数据见表1。
2.2 结垢问题
转炉除尘水的结垢问题一直以来都较为突出, 而且结垢速度快, 不易清洗。对于供水系统来说, 结垢主要造成水泵叶轮、管道等处, 以及造成转炉一文二文、烟罩等处的结垢。
该系统水的水质具有高温、高悬浮物、高硬度、高pH值的特点:
(1) 高温:一文处约为1000℃, 在二文处约为70℃; (2) 高悬浮物:吹炼时高达约6000mg/L; (3) 高硬度:回用水硬度高达约200-1000mg/L; (4) 高pH值:系统水的pH值9～13, 在这样的水质条件下, 系统具有很强的结垢趋势, 对水处理技术提出更高的要求, 若水处理不当, 会在系统的关键设备部位出现结垢堵塞现象, 严重影响生产的正常运行。
3 水处理措施
3.1 粗颗粒分离 (如图2)
除尘水进行粗颗粒分离机后, 在分离槽内进行沉降, 底部大颗粒经旋转绞笼由出料口带出, 经深沉分离后的大部分循环水由出水槽流出至斜板。
采用粗颗粒分离装置对转炉除尘水回水进行预处理, 可以去除水中粒径≥60μm的粗颗粒杂质, 能减轻后续处理设备的磨损以及斜板沉淀池的负担, 同时大颗粒杂质去除后, 也可避免在泥浆进入压滤机后对滤布的损坏。
3.2 化学药剂
3.2.1 降硬剂 (碳酸钠)
转炉除尘污处理要使水质澄清, 最关键是要去除污水中的Ca2+和Mg2+, 保持水质稳定。转炉冶炼过程中加入的石灰尘粒随烟气气流带入湿式除尘净化系统, 石灰遇水变成Ca (OH) 2。烟气中存在的大量CO2溶于水中, 可发生化学反应:
转炉除尘污水水质稳定的关键条件是系统中要有适量的CO32-, 与不断溶入水系统的Ca2+反应生成CaCO3沉淀, 同时系统中又要有适量的OH-, 在洗涤过程中与烟气中的CO2生成CO32-, 补充与Ca2+结合生成CaCO3的消耗。实践中采取一次性投加足量的Na2CO3, 使水中的Ca2+浓度下降, 然后加入适量钠盐补充损失的Na+, 其阻垢机理如下:
Na2CO3作为缓冲溶液起到中介作用, 既能去除溶于水中的Ca2+以降低硬度, 又能吸收烟气中的CO2实现再生而循环利用。
3.2.2 缓蚀阻垢剂
针对转炉除尘污水系统高pH值、高硬度、易结垢的特点, 定量加入有机磷类缓蚀阻垢剂, 与Ca2+生成稳定的络合物, 并使垢层晶格发生畸变。起到复合药剂阻垢的协同效应。
3.2.3 絮凝剂
在斜板前投加降硬剂量的同时也投加絮凝剂, 主要是使生成的碳酸钙具有更好的沉淀效果, 通过斜板排出, 达到降低Ca2+离子含量的效果。
在进入压滤机前投加絮凝剂, 其主要成分为阳离子型聚丙烯酰胺, 可以更好的提高水份与污泥的分离程度, 在经过压滤机的挤压后, 使泥与水彻底分离, 压滤水回至斜板循环利用, 泥饼则由车辆运至料场回用。
4 效果分析
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