郭　磊 趙　磊 王德帥 劉　媛 劉　佳 李寶鋼

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司）

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火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水加酸控制系統(tǒng)實(shí)例

郭磊 趙磊 王德帥 劉媛 劉佳 李寶鋼

（天津電氣科學(xué)研究院有限公司）

摘要：冷卻水占火力發(fā)電廠整體用水量的七成，通過提高濃縮倍率的方法，以達(dá)到降低水資源的消耗同時(shí)，要保證水質(zhì)不結(jié)垢、不腐蝕、保證循環(huán)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定地工作。同時(shí)針對(duì)老設(shè)備是人工加酸，重力加酸的方式進(jìn)行自動(dòng)化、可視化的改造，增加觸摸顯示屏作為上位機(jī)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋。新系統(tǒng)更好地保障了生產(chǎn)安全，消除了人工加酸的安全隱患，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)PH值控制更加平穩(wěn)，安全報(bào)警體系更加健全。該系統(tǒng)的應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水；加酸處理；自動(dòng)控制系統(tǒng)；可視化操作

1 項(xiàng)目背景

本系統(tǒng)是“四平熱電廠二期擴(kuò)建工程2×350MW機(jī)組等級(jí)亞臨界供熱機(jī)組—鍋爐補(bǔ)給水處理、循環(huán)水處理加藥裝置”項(xiàng)目中的循環(huán)水加酸系統(tǒng)改造。原系統(tǒng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單原始，即采用重力投加方式，由人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門改變投加量，采樣時(shí)間為2h，由化驗(yàn)員去現(xiàn)場(chǎng)凝汽器旁取樣，檢測(cè)PH值，再判斷目前加酸量是否合適。原系統(tǒng)存在以下問題：重力加酸量非線性；人員加酸只能憑經(jīng)驗(yàn)，誤差大；操作地點(diǎn)距離工作室較遠(yuǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；儲(chǔ)酸罐容量過小，且無剩余酸量顯示，易延誤加酸。上述問題導(dǎo)致原系統(tǒng)運(yùn)行效果不良，使循環(huán)冷卻水堿性加大，負(fù)硬度增加，導(dǎo)致阻垢劑效能降低，易使汽輪機(jī)凝汽器銅管結(jié)垢，進(jìn)而使汽輪機(jī)效率降低，浪費(fèi)大量能源。為改善這種狀況，進(jìn)行了新的循環(huán)水加酸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)總體介紹

循環(huán)冷卻水分為兩個(gè)冷卻塔，故新系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙路循環(huán)水自動(dòng)加酸系統(tǒng)。新系統(tǒng)中包含：一個(gè)卸酸泵，一個(gè)卸酸罐，負(fù)責(zé)將化工廠送來的硫酸打入儲(chǔ)酸罐中；兩個(gè)儲(chǔ)酸罐分別對(duì)兩個(gè)冷卻塔提供濃硫酸；每一個(gè)儲(chǔ)酸罐都對(duì)應(yīng)一個(gè)智能PH值儀表和兩套加酸裝置；每一套加酸裝置都包含一個(gè)變頻器、一個(gè)計(jì)量泵，一個(gè)緩沖器。電氣回路增加一個(gè)PLC和一個(gè)觸摸屏進(jìn)行控制。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體流程示意

2.1 加酸管道回路

原系統(tǒng)加酸罐儲(chǔ)量太小，不滿足新系統(tǒng)的要求，故添加一個(gè)卸酸泵和一個(gè)容積0.6m3的卸酸罐，將化工廠送來的酸通過泵自動(dòng)充到兩個(gè)容積12.5m3的儲(chǔ)酸罐，避免人工加酸的潛在危險(xiǎn)。儲(chǔ)酸罐內(nèi)置一個(gè)磁浮（翻球式）液位計(jì)，將罐內(nèi)硫酸液位信號(hào)變送到PLC中，用以在觸摸顯示屏上顯示和完成低液位報(bào)警提示。每一個(gè)儲(chǔ)酸罐出酸位置都配兩套加酸裝置，添加的硫酸需經(jīng)過一個(gè)緩沖器，將加入的濃硫酸和循環(huán)水充分混合。管道在加酸位置后50m處增加一個(gè)U型管道用于智能PH值儀表采集取樣。

2.2 電氣回路

PH值取樣在管道加酸點(diǎn)后50m處，將管道中循環(huán)水的PH值變?yōu)?～20mA的標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號(hào)送到PLC中，PLC通過A/D模塊讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)PID程序運(yùn)算后，通過D/A模塊同樣給出4～20mA信號(hào)到加酸裝置中，完成一個(gè)加酸的PID閉環(huán)控制。同時(shí)采用觸摸屏作為上位機(jī)，方便地進(jìn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急手動(dòng)控制。控制用PLC選用的是臺(tái)達(dá)的DVP-ES2，具有體積小巧，I/O口多，擴(kuò)展模塊豐富，具有RS232和RS485通訊端口，與觸摸屏兼容性良好。

加酸方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，自動(dòng)情況下加酸量的多少主要由兩處控制，一個(gè)是接到PLC輸出信號(hào)的變頻器控制，一處是和隔膜計(jì)量泵配套的沖程調(diào)節(jié)器。計(jì)量泵每一次的流體泵出量決定了其計(jì)量容量，在一定的有效隔膜面積下，泵的輸出流體的體積流量正比于沖程長度和沖程頻率。這樣控制的好處在于可以不通過改變PID參數(shù)的情況下，人工可以干預(yù)加酸量的多少，用于應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，設(shè)備正常工作時(shí)沖程設(shè)為定值。手動(dòng)控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，采用的變頻器是富士電機(jī)的FVR-E9S變頻器自帶手動(dòng)功能，在變頻器上接一個(gè)電位器到控制面板，變頻器的輸出頻率由電位器給定。每一個(gè)儲(chǔ)酸罐對(duì)應(yīng)兩套加酸裝置，一套為常用，一套為備用，確保正常生產(chǎn)的需求。

2.3 上位機(jī)功能

觸摸屏選用的是上海富菱自動(dòng)化科技有限公司的MT506SeView 觸摸屏，屏幕反應(yīng)靈敏且與PLC兼容性好。在觸摸屏的軟件編寫上，根據(jù)實(shí)際功能的需要，軟件主要分三大模塊：變頻器的控制、計(jì)量泵的控制、實(shí)時(shí)狀態(tài)的顯示，整體流程如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)觸摸屏軟件流程

2.4 算法

算法采用的是 PID控制，系統(tǒng)采樣周期是2s，每1min，將接受到的30個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將誤報(bào)值進(jìn)行篩選后，取平均值進(jìn)行PID運(yùn)算，故系統(tǒng)的控制周期是1min。由PH值的特性可知，在中性點(diǎn)時(shí)一點(diǎn)點(diǎn)的酸或者堿都會(huì)對(duì)PH值產(chǎn)生很大的影響，故控制PH值在8.0～8.8之間，當(dāng)PH值低于8.0時(shí)，系統(tǒng)給出加酸裝置關(guān)閉信號(hào)，當(dāng)PH值高于8.8時(shí)，系統(tǒng)給出加酸裝置控制信號(hào)。

3 項(xiàng)目實(shí)施中的技術(shù)關(guān)鍵

3.1 智能PH值儀表安裝

智能PH值儀表的探針工作時(shí)脫水干燒易損壞，但電廠會(huì)有停休或者是循環(huán)水管路關(guān)斷的情況，需在智能PH值儀表安裝的位置加入一個(gè)U型管道，將探針安裝到U型管路的底端，讓底端的自存水保護(hù)探針。

3.2 管路材料

新系統(tǒng)中儲(chǔ)罐本體材質(zhì)為碳鋼，管道材質(zhì)采用無縫鋼管，閥門為襯聚四氟乙烯閥門。閥門、法蘭等接合面

的墊片必須采用聚四氟乙烯墊片。濃硫酸加藥裝置內(nèi)嚴(yán)禁采用橡膠制品。計(jì)量泵為隔膜塑料泵。所有泵的配套電動(dòng)機(jī)軸承為密封的SKF軸承。

3.3 日常注意事項(xiàng)

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，多次進(jìn)行啟停操作不利于控制的穩(wěn)定性，可通過調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程調(diào)節(jié)器來控制調(diào)大或者調(diào)小加酸量。新加入的冷卻水應(yīng)進(jìn)行前處理，防止對(duì)平穩(wěn)系統(tǒng)造成過大的干擾。加酸量應(yīng)根據(jù)天氣的炎熱程度和機(jī)組的負(fù)荷高低來改變，當(dāng)蒸發(fā)量大的時(shí)候，要及時(shí)調(diào)大加酸量。

3.4 報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)共有兩種報(bào)警：過酸、過堿報(bào)警，儲(chǔ)酸罐液位過低報(bào)警。當(dāng)回路中循環(huán)水的PH值大于9或者小于6的時(shí)候，報(bào)警信號(hào)通過蜂鳴器提示操作人員；當(dāng)儲(chǔ)酸罐的液位低于報(bào)警值時(shí)，報(bào)警信號(hào)同樣通過蜂鳴器提示操作人員，由于加酸周期較長，操作人員可以將蜂鳴器關(guān)閉，同時(shí)酸量不足的顯示燈會(huì)亮起，在不打擾正常工作的情況下起到警示作用。

4 結(jié)束語

根據(jù)電廠的水量平衡需求，設(shè)計(jì)新的加酸控制系統(tǒng)，保證了夏季循環(huán)水濃縮倍率在4.58左右運(yùn)行，單臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量為628 m3/h。新系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，控制平穩(wěn)，選觸摸屏作為上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，提高自動(dòng)化程度，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、消除人工加酸的潛在危險(xiǎn)，同時(shí)系統(tǒng)配備齊全的報(bào)警提示。

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收稿日期：（2015-11-17）