楊超（中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司，湖北武漢430080）

除鹽水站自控系統(tǒng)的適應性優(yōu)化分析

楊超（中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司，湖北武漢430080）

如今的工業(yè)中，除鹽水是一種很重要的生產(chǎn)介質，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)工藝要求的不斷提高，對水質的要求也越來越高，同時，對控制的要求也越來越嚴格。除鹽水能否有效的調節(jié)水質，直接影響到工業(yè)生產(chǎn)能否安全的運行。也是防止化學原因造成設備故障和事故的有效途徑。為了使除鹽水電導率和pH值能在一個給定的范圍內。本文闡述對除鹽水系統(tǒng)的電導率和pH控制系統(tǒng)進行了適應性改造，并最終應用于現(xiàn)場。

除鹽水；電導率控制；pH值控制

1 緒論

1.1 研究背景

鋼鐵工業(yè)是國家的基礎產(chǎn)業(yè)，也是高應用水工業(yè)。在過去的幾十年里，在在裝備水平逐漸提高和世界鋼鐵工業(yè)技術的基礎上，中國的鋼鐵企業(yè)也在向先進的技術和設備的方向發(fā)展，設備規(guī)?？焖侔l(fā)展，更突出的對水質和鋼鐵生產(chǎn)的供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性的重要性。相關信息給出當今中國的鋼鐵企業(yè)達到半年60億m3，因此，除鹽水處理生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中的應用將有很大的發(fā)展前景

除鹽水作為重要的生產(chǎn)介質之一，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。除鹽生產(chǎn)過程中有機械過濾器、鈉離子過濾器、鹽過濾器和反滲透裝置等高科技生產(chǎn)設備，通過傳統(tǒng)的控制方法不能滿足生產(chǎn)的需要，所以對整個生產(chǎn)過程中的除鹽水進行自動監(jiān)測，能很好的發(fā)揮節(jié)能環(huán)保的作用，提高生產(chǎn)效率。除鹽水的生產(chǎn)過程中，最核心的是應用反滲透技術。雖然經(jīng)過十多年的發(fā)展，但先進的控制技術仍然沒有充分發(fā)揮，這正是給了此工業(yè)控制技術發(fā)揮的空間。這里闡述了以某鋼廠除鹽水工藝流程為背景，采用反滲透和超濾相結合的方法來進行處理。無根水經(jīng)過第一次過濾后，進入超濾系統(tǒng)，將水中的細菌、鐵銹、膠體、懸浮物、大分子有機物等除去，再進入到反滲透系統(tǒng)，進一步除去水中的溶解鹽等雜質，以達到工業(yè)需求優(yōu)質除鹽水。

1.2 當今世界研究現(xiàn)狀

當前我國關于除鹽水生產(chǎn)過程的控制主要有三種方式：

（1）手動操作方式：利用儀表采集水處理過程中的流量、水位、溫度、濁度、pH值等數(shù)據(jù)，同時操作現(xiàn)場設備的過程被稱為手動操作除鹽水處理。由于這個過程中，數(shù)據(jù)采集是由操作人員完成，在數(shù)據(jù)上就會存在較大的誤差，因此除鹽水的水質就無法得到保證。

（2）半自動控制方式：在半自動控制方式下，除鹽水生產(chǎn)過程中部分的數(shù)據(jù)采集是通過傳感器，變送器的方式采集，并在控制室內設有用來顯示流量、液位、溫度、壓力、濁度、pH值等數(shù)據(jù)的顯示屏，同時顯示屏還可以顯示電機、閥門等的運行狀態(tài)，由操作員通過顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)及設備狀態(tài)，對水處理控制過程進行監(jiān)控。但控制室內操作員只能遠程控制部分設備的運行，其它設備的控制仍需要由現(xiàn)場的操作人員完成，現(xiàn)場數(shù)據(jù)也通過人工采集。

（3）自動控制模式：除鹽水的全過程不設專人現(xiàn)場進行設備操作和數(shù)據(jù)采集，但通過計算機編程和現(xiàn)場總線技術來控制整個生產(chǎn)過程。除鹽水的生產(chǎn)過程中，通過計算機網(wǎng)絡將收集到的所有數(shù)據(jù)，以可編程控制器為控制單元，所有設備均按照操作控制算法程序，并在控制室進行實時監(jiān)控。所有數(shù)據(jù)采集和參數(shù)還基于現(xiàn)場總線的遠程控制參數(shù)。自動控制模式是除鹽水的生產(chǎn)控制主要方向。

2 除鹽水生產(chǎn)工藝流程及問題描述

2.1 在本文中，鋼鐵廠的設計除了鹽水生產(chǎn)過程如下

生水進入緩沖箱，雙室泵的學生機械過濾器，去除氯和有機物含水量，降低水的濁度，然后進入固定床鈉離子濾器，然后固定床鈉離子過濾器去除鈣，鈉鎂離子的軟水送脫碳塔后，降低水的滲透性，為了防止低溫，以減少水的數(shù)量，然后水會被加熱到25℃，通過熱水器，反滲透水的主機，進入反滲透主機，會產(chǎn)生反滲透系統(tǒng)，向用戶發(fā)送除鹽水，并產(chǎn)生廢水，反滲透反復沖洗系統(tǒng)，不能在外面使用。通過其他輔助雙室機械過濾器，固定床過濾、反洗及再生鈉離子超濾系統(tǒng)、反滲透膜清洗設備、除鹽水生產(chǎn)。在整個生產(chǎn)過程的過程中，主要有以下設備：原水箱、水泵、雙室機械石英砂濾器（過濾器），固定床鈉過濾系統(tǒng)，超濾，反滲透系統(tǒng)，pH值控制系統(tǒng)系統(tǒng)等。

2.2 控制過程中的主要問題及解決方法

鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，除鹽水主要用于煉鋼、煉鐵、連鑄等冷卻設備外，還有些鍋爐蓄熱裝置，如供水設備，這些設備對水質的要求是非常高的，如果水質不能滿足需求，有可能導致生產(chǎn)損失，以及安全事故。在水質要求中，有兩個重要的指標：①水的電導率率；②水的pH值。

（1）對水電導率的控制，主要是使初始除鹽水的水電導率穩(wěn)定在一定范圍內，沒有不同水質引起的鹽水質量的波動。

除了鹽水生產(chǎn)過程中，反滲透系統(tǒng)的反滲透濃縮水的一部分與背面的另一部分反滲透濃縮水混合，然后脫鹽水。由于原水質隨季節(jié)和溫度和其他因素的變化，有實時狀態(tài)的變化，使反滲透濃縮水回流，在調整鹽水電導率的過程中的作用。在正常生產(chǎn)的情況下，反滲透水基本上是穩(wěn)定的，閥門開度的大小決定了回流的大小。在反滲透水進入反滲透濃縮池和原料水粘在一起，直到加入鹽水，是一個大滯后過程，無論是如何控制功能，順序的延遲在這個過程中，過程變量控制行為的響應都是不可預測的。問題是由時間滯后引起的控制信號不能快速輸出的過程變量進行干預，這相當于滯后時間反饋是沒有效的，反饋信號是必要的信息，如果除鹽水的自動控制無法得到合適的反饋信號，就會導致系統(tǒng)發(fā)生過多的反應，可能使控制系統(tǒng)失效。

（2）水的pH值的控制主要是在一個給定的范圍的控制指標中改變水的pH值，而不由因為流量，溫度和水和其他免費的變化，除鹽水有個顯著的影響。除鹽水pH值控制外，計量泵由一定濃度的氨水管道組成，并進行劃分酸堿，改變pH值。但由于酸和堿響應特性，確定了氨氮的數(shù)量和pH值的變化，除了鹽水不是線性的，海水的pH值在中性點的邊緣（pH= 7），酸堿中和反應的pH值會產(chǎn)生影響，因為這時候產(chǎn)生除鹽水，陰離子和陽離子已基本消除，其pH值接近純凈水，所以，即使很小的氨，它也會導致pH值的一個很大的變化，相反，當pH值即使遠離中性點，加入大量的氨，pH值的變化不會改變很多，對于一個精確控制氨氮是一個非常困難的問題，它是一個典型的非線性系統(tǒng)，是一個非常困難的問題。

（3）自控系統(tǒng)改造方案

①修改順序，建立修改好的閥門操作步驟。

②為滿足工藝控制需求，多增加幾臺儀表，使得操作人員對生產(chǎn)數(shù)據(jù)有了全面的掌握，降低了操作工的勞動強度。增強操作人員的信心和積極性。

③針對部分儀表不能正常使用的情況，進行了修復或更換，使各儀表數(shù)據(jù)正常工作。使設備能夠完美進行操作。

④建立一個適當?shù)乃K點作為最后的判斷。為了避免交換器失效導致水污染，浪廢酸，堿溶液，根據(jù)各操作過程的具體情況，加入適當?shù)乃畞硗瓿?。在故障條件下，確保安全生產(chǎn)。因為那個時候在未來可以隨時根據(jù)生產(chǎn)情況隨時更改，所以單獨設置每一個開關，操作員可以隨時監(jiān)控工其作狀態(tài)。

3 結束語

在中國目前除鹽水生產(chǎn)了市場需求大。除鹽水生產(chǎn)技術的發(fā)展方向將主要集中在研究和開發(fā)高性能的生產(chǎn)設備，除鹽水生產(chǎn)過程控制技術必將遵循新設備的研究和開發(fā)，進一步推進和發(fā)展。經(jīng)過改造后的除鹽水自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定、有效。解決由于開閥門啟順序不當而引起的設備振動問題問題。增加了制水的終點判斷條件，提高自動化程度，保證生產(chǎn)設備安全穩(wěn)定的工作。

［1］楊照華，楊智，魏列江.基于PLC的電廠鍋爐給水pH控制系統(tǒng)研究田.甘肅工業(yè)大學學報，2000，26（4）：64～69.

［2］王曉璐，竇大河，陳萍.PLC程序設計應用于反滲透自動控制系統(tǒng).山東煤炭科技，2008（1）：72～73.

［3］劉秉瀚.仿人自學習控制器.電子與自動化，1997（4）：16～19.

TP273

A

2095-2066（2016）30-0086-02

2016-10-11

楊超（1982-），男，本科，從事通訊、儀器儀表、儀表自動化等設計工作。