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        自來水廠自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

        2019-08-17 07:45:16徐新生陳黎華劉彩娥
        供水技術(shù) 2019年2期
        關(guān)鍵詞:加氯余氯金壇

        徐新生, 陳黎華, 劉彩娥

        (常州市金壇自來水有限公司, 江蘇 常州 213200)

        城市的快速發(fā)展對自來水供水水質(zhì)和效率提出了更高、更新的要求,傳統(tǒng)的自來水廠控制方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需求,實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)勢在必行。這就要求水廠進(jìn)行技術(shù)升級,提升自動化管理水平,提高工作效率,降低生產(chǎn)成本。

        1 水廠概況

        長蕩湖水廠隸屬于常州市金壇自來水有限公司,地處金壇區(qū)長蕩湖北側(cè)錢家村附近,總占地面積為166 483.8 m2,綠化面積為49 944.9×104m3/d,一期供水規(guī)模為20×104m3/d,采用新孟河及長蕩湖雙水源供水,主要承擔(dān)金壇區(qū)的供水任務(wù)。2018年7月,長蕩湖水廠正式投產(chǎn)運(yùn)營,常州市金壇區(qū)供水行業(yè)邁入了區(qū)域化、市場化、專業(yè)化運(yùn)作的新階段。

        金壇區(qū)采用以長蕩湖為主要供水水源、與常金供水互為備用聯(lián)網(wǎng)供水的新供水布局。長蕩湖水廠是金壇區(qū)正在運(yùn)行的唯一使用長蕩湖水制水的水廠。根據(jù)長期的監(jiān)測,長蕩湖水基本屬于III類水質(zhì),常年較為穩(wěn)定。針對原水氮、磷偶爾超標(biāo)的情況,該水廠采用常規(guī)處理+臭氧活性炭深度處理工藝。長蕩湖水廠常規(guī)制水工藝流程主要包括沉淀池、砂濾池、炭濾池、清水池、吸水井、臭氧制配間、泵房泥處理等,如圖1所示。

        圖1 水廠工藝流程

        2 水廠供水控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

        PLC是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體且可編程的自動控制系統(tǒng),安全可靠,操作簡單,在各行各業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛[1-2]。在水廠應(yīng)用PLC自動控制系統(tǒng),可使各個水處理操作環(huán)節(jié)更加精確化,提高了供水質(zhì)量和生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)了水廠的現(xiàn)代化管理,并給企業(yè)帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

        長蕩湖水廠制水和供水自動控制系統(tǒng)采用ABB系列PLC,性能穩(wěn)定,可擴(kuò)展性強(qiáng),通過工業(yè)總線實(shí)現(xiàn)各個工藝點(diǎn)的數(shù)據(jù)互通。根據(jù)制水工藝流程,主要包括以下功能模塊。

        ① 中控室總工藝監(jiān)控平臺:以人機(jī)界面顯示水廠整體工藝流程,操作人員可將畫面直觀對應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié),監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行。

        ② 取水泵房+沉淀池工藝監(jiān)控:對取水泵房實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控,將長蕩湖水引入沉淀池,對取水泵房和沉淀池進(jìn)行詳細(xì)工藝環(huán)節(jié)顯示,包括泵閥啟停狀態(tài)、濾前水質(zhì)數(shù)據(jù)、濾后水質(zhì)數(shù)據(jù)等。

        ③ 加藥系統(tǒng)+臭氧系統(tǒng)工藝監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)對臭氧投加量和氯氣投加量的全程監(jiān)控,確保投加量準(zhǔn)確、適宜。

        ④ 炭濾池系統(tǒng)+砂濾池系統(tǒng)+泥水處理工藝監(jiān)控。

        ⑤ 沖洗泵房+送水泵房工藝監(jiān)控,圖形化顯示和監(jiān)控出水泵房設(shè)備、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

        ⑥ 配電系統(tǒng)監(jiān)測,實(shí)時監(jiān)測整個水廠高低壓配電設(shè)備的運(yùn)行狀況,例如電壓、電流、功率、溫度等。

        ⑦ 警戒報警信息,提供對生產(chǎn)運(yùn)行過程中各種越界信號的報警提示和顯示,并通過醒目的文字、色塊顯示,在泵站或設(shè)備運(yùn)行恢復(fù)正常時會自動消除。水廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)中,總工藝頁面如圖2所示。

        圖2 水廠工藝流程監(jiān)控頁面

        3 關(guān)鍵工藝自動控制設(shè)計(jì)

        合理的加氯量對控制水廠出水水質(zhì)和水廠成本都有重要意義[4]。長蕩湖水廠加氯工藝包含3個部分,即前加氯、后加氯和補(bǔ)加氯。前加氯在原水進(jìn)入沉淀池之前進(jìn)行,加氯量不大,但在使用活性炭作為凈化工藝時,通常不進(jìn)行前加氯;濾后水進(jìn)入清水庫中進(jìn)行后加氯,起到殺菌消毒的作用;出廠水從清水庫進(jìn)入管網(wǎng)時監(jiān)測余氯,若含量不達(dá)標(biāo)則補(bǔ)加氯。

        3.1 氯氣投加量的控制設(shè)計(jì)

        氯消毒是水廠生產(chǎn)過程中一道重要的工序,目前,常用的氯氣投加主要有人工控制投加(見圖3)和自動控制投加兩種模式。

        圖3 人工控制加氯流程

        首先,操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定投加初始量,含氯水進(jìn)入清水池并停留一段時間后經(jīng)二泵房出廠。同時在清水池出口處安裝余氯儀,操作人員根據(jù)其讀數(shù)與期望值的偏差手工操作加氯機(jī),調(diào)整氯氣的投加量。人工控制投加在一定程度上有助于水廠生產(chǎn)合格的出廠水,但因其投加量完全取決于操作人員的經(jīng)驗(yàn),數(shù)據(jù)波動較大,穩(wěn)定性較差,不利于水廠的長時間運(yùn)行。充分利用工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)而開發(fā)的自動控制投加模擬便應(yīng)運(yùn)而生。目前,手動控制模式一般處于備用狀態(tài),在自動模式出現(xiàn)問題時采用。

        長蕩湖水廠通過引進(jìn)ABB系列PLC控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對加氯間各種設(shè)備信號的集中控制,并增加了漏氯報警、高溫報警、低溫報警、低水位報警等安全措施,使生產(chǎn)安全和效率得到了較大的提高。

        為了使計(jì)量泵加氯更加精準(zhǔn),減輕人員工作量,采用遠(yuǎn)程操控和自動控制加藥方式進(jìn)行加氯控制,利用式(1)得出加藥量:

        QS=Q×F×K

        (1)

        其中:QS——加藥量,mg;

        Q——流量,m3/h;

        F——加藥量,2.5~3.5 mg/L;

        K——調(diào)節(jié)流量變化引起的每升水加藥量的變化系數(shù)。

        計(jì)算所需加入的氯氣含量后,通過 PLC 控制計(jì)量泵的工作頻率,使實(shí)際加藥量與理論加藥量的絕對值始終保持在一個固定的范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)精確加藥。

        3.2 氯氣投加量的影響因素分析

        3.2.1 接觸時間

        應(yīng)保證消毒劑與水中雜質(zhì)和微生物有一定的反應(yīng)時間。

        3.2.2 加氯量

        除滿足水消毒時需要的余氯外,應(yīng)保持一定的余氯以維持殺菌的效果。一般要求接觸30 min后,自由性余氯≥0.3 mg/L。

        3.2.3 濁度

        濁度越高,消毒效果越差,加氯量也應(yīng)相應(yīng)增加。

        3.2.4 水溫

        對自由性氯消毒影響不大,但對于氯胺消毒,提高水溫能加速殺菌。

        3.2.5 pH

        pH值較低時,OCl-的含量較高,消毒效果較好;pH值越大,加氯消毒效果越差。

        3.3 氯氣投加問題與處理

        3.3.1 管道防腐

        氯氣具有腐蝕性,為了防止腐蝕滲漏,宜采用UPVC化工管路或不銹鋼管路,尤其是對于法蘭和絲扣連接。

        3.3.2 管道結(jié)晶堵塞

        氯氣長時間溶于水易產(chǎn)生堿結(jié)垢,會逐漸縮小管徑,影響投加量。對此,應(yīng)安裝疏通孔,定期疏通。

        3.3.3 氯瓶安全監(jiān)測

        每天需到氯瓶間、蒸發(fā)皿室、加氯間檢查各設(shè)備是否正常。檢查氯瓶出口壓力值,當(dāng)氯瓶低于600 kg時,需密切注意瓶內(nèi)液氯含量和出口壓力,確保壓力值不低于1 bar。每組氯瓶使用完畢后應(yīng)盡快更換。

        4 結(jié)語

        自來水生產(chǎn)具有連續(xù)性、非替代性、不間斷性,這就要求自動化控制系統(tǒng)具有較高的可靠性、高速性和穩(wěn)定性。因此,不斷加強(qiáng)對水廠的自動化控制水平,借助PLC控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與供水的自動控制,尤其是次氯酸鈉的自動投加系統(tǒng),可以有效解決供水中面臨的諸多問題,對于提高水廠的生產(chǎn)效率,提升出水水質(zhì),降低資金投入具有重要意義。

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