張海忠，郭永鵬，曹美杰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司河北唐山 063200）

引言

某鋼廠為滿足新建的燃?xì)猓羝?lián)合發(fā)電機(jī)組（CCPP）及已有鍋爐的補(bǔ)水水質(zhì)要求，依托原有海水淡化廠產(chǎn)水，對(duì)其進(jìn)一步精除鹽處理，新建精除鹽水站一座，成品水制備能力為600 m3/h，主工藝采用了RO（Reverse Osmosis）加EDI（Electrodeionization）技術(shù)，控制系統(tǒng)采用了國(guó)產(chǎn)的DCS系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)工藝流程和控制要求

1.1 工藝流程

除鹽水站采用了目前集成度高、技術(shù)成熟的RO 加EDI技術(shù)方案，RO 反滲透技術(shù)又稱逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。EDI 又稱連續(xù)電除鹽技術(shù)，該技術(shù)將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)相融合，通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)陰、陽(yáng)離子的選擇性透過(guò)作用與離子交換樹(shù)脂對(duì)離子的交換作用，在直流電場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)離子的定向遷移，從而完成水的深度除鹽。該技術(shù)不依賴酸和堿的化學(xué)再生，具有結(jié)構(gòu)緊湊和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)工藝流程和配置如圖1所示，其主流程為：原水箱→原水泵→（pH 調(diào)節(jié)）→RO保安過(guò)濾器→高壓泵→反滲透裝置→RO 產(chǎn)水箱→EDI進(jìn)水泵→EDI保安過(guò)濾器→EDI 裝置→（pH 調(diào)節(jié)）→產(chǎn)品水箱→成品水泵。其中反滲透系統(tǒng)包括5μm 過(guò)濾器、高壓泵、反滲透膜組、清洗系統(tǒng)及控制儀表等部分。反滲透裝置水的回收率≥90%；反滲透總產(chǎn)水量：668 m3/h，分成4 套。EDI 裝置包括1 μm 過(guò)濾器、EDI 送水泵、模塊、配套管路閥門。EDI 裝置的回收率≥90%；EDI總產(chǎn)水量：600 m3/h，也分成4套。

1.2 控制要求

圖1 除鹽水系統(tǒng)工藝流程圖

系統(tǒng)采用DCS 集中控制方式，上位機(jī)顯示所有受控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)有關(guān)工藝參數(shù)越限報(bào)警功能，對(duì)水箱高低液位和計(jì)量箱低液位具有聯(lián)鎖報(bào)警功能，泵過(guò)載和高低壓報(bào)警，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自診斷的能力。并通過(guò)軟手動(dòng)操作達(dá)到人工干預(yù)的作用。全自動(dòng)的控制方式同時(shí)應(yīng)分為“單元全自動(dòng)”和“系統(tǒng)全自動(dòng)”兩種。各大單元只要滿足各自的啟動(dòng)條件，依程序設(shè)定啟動(dòng)各自的單元設(shè)備。通過(guò)檢測(cè)儀表，DCS控制系統(tǒng)，上位機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，具備運(yùn)行控制功能、狀態(tài)顯示功能、故障報(bào)警及提示功能、運(yùn)行及操作過(guò)程記錄功能、流程模擬等。

在系統(tǒng)的運(yùn)行操作方面，通過(guò)上位機(jī)的鍵盤實(shí)現(xiàn)軟手操的功能，也可以通過(guò)上位機(jī)計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通訊，在異地進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控。工業(yè)控制軟件能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)參數(shù)的即時(shí)顯示及歷史趨勢(shì)；具有數(shù)據(jù)處理、報(bào)表打印及歷史趨勢(shì)曲線打印功能。能實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的顯示、儲(chǔ)存和編輯，與計(jì)算機(jī)其他功能軟件聯(lián)接，進(jìn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)處理及信息反饋。

2 DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 總體方案

綜合考慮性價(jià)比和前期應(yīng)用案例等因素，整個(gè)系統(tǒng)采用了國(guó)產(chǎn)和利時(shí)DCS 系統(tǒng)，硬件為最新的MACS-K 系統(tǒng)產(chǎn)品,主控制器型號(hào)為K-CU01，雙CPU 冗余配置，控制站軟件為HOLLiAS RTS；工程師站軟件為HOLLiAS ConMaker，操作員站軟件為OLLiAS PlantView。工控機(jī)型號(hào)為DELL 5040MT，操作系統(tǒng)為windows 7。

控制系統(tǒng)包括1 面UPS 電源柜，容量為10 kVA；4 面控制柜，其中2 個(gè)是主控制站、2 個(gè)是輔助控制站。系統(tǒng)的本地操作臺(tái)和上位機(jī)與控制柜集中布置在除鹽站二層控制室，考慮到將來(lái)無(wú)人站所要求，將來(lái)操作由CCPP 集中控制室統(tǒng)一實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用本地和遠(yuǎn)方上位機(jī)相結(jié)合的控制方式，通過(guò)光纖和配套通訊設(shè)備進(jìn)行連接，并預(yù)留工程合并或跨域訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)接口。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，共配備5 臺(tái)上位機(jī)和2臺(tái)打印機(jī)，其中2臺(tái)操作員站及1臺(tái)工程師站安裝在本地控制室，另外2 臺(tái)操作員站安裝在1 km 之外的CCPP 主控室，系統(tǒng)主時(shí)鐘與CCPP 控制系統(tǒng)通過(guò)SNTP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)操作網(wǎng)的全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步，并預(yù)留以太網(wǎng)接口與CCPP 控制系統(tǒng)、能源中心控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

2.3 IO配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具體配置統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)IO 總點(diǎn)數(shù)為425 點(diǎn)，考慮到將來(lái)系統(tǒng)拓展及通道備用要求，每種不同的信號(hào)類型預(yù)留有20%～30%的備用通道，最終IO 配置見(jiàn)表1，系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)為560 點(diǎn)，IO 模塊數(shù)量配置總量為50臺(tái)，總體IO通道備用率為24%。

2.4 控制功能

2.4.1 除鹽水總控

除鹽水系統(tǒng)總控面板如圖3 所示，4 組RO 裝置分別命名為ROA～ROD,4 組EDI 分別命名為EDIA～EDID，單組裝置啟動(dòng)條件具備時(shí)，對(duì)應(yīng)的“具備一鍵啟動(dòng)條件”的指示燈變綠色。當(dāng)全部8 個(gè)條件全部具備時(shí)，可以點(diǎn)擊“一鍵啟動(dòng)”按鈕，實(shí)現(xiàn)除鹽水系統(tǒng)全自動(dòng)一鍵啟動(dòng)功能，即系統(tǒng)全自動(dòng)模式。在需水量較少時(shí)、個(gè)別單元故障或檢修時(shí)，不需要全部的4 套單元都投入運(yùn)行，還可以根據(jù)需要選擇“單元全自動(dòng)”。

圖2 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表1 DCS系統(tǒng)IO配置點(diǎn)表

圖3 除鹽水總程控面板

在“單元全自動(dòng)”模式下，各大單元只要滿足各自的啟動(dòng)條件，在自動(dòng)按鈕投入，且RO 與EDI 投入數(shù)量相同時(shí)，依程序設(shè)定啟動(dòng)各自的單元設(shè)備。另外，RO 和EDI 的4 個(gè)單元均具備“一鍵急停”功能，確保在故障狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的緊急停運(yùn)。

ROA程控面板見(jiàn)圖4。

圖4 ROA程控面板

2.4.2 RO程控

每個(gè)RO 裝置單獨(dú)設(shè)置了程控按鈕，ROA 的程控面板如圖4 所示，具備手動(dòng)、啟動(dòng)、正常停機(jī)和急停按鈕，根據(jù)RO 裝置制水流程，其控制步序?yàn)殚_(kāi)機(jī)沖洗→啟泵→產(chǎn)水→停機(jī)→沖洗→停機(jī)結(jié)束。在第一步的開(kāi)機(jī)沖洗中，首先打開(kāi)RO 過(guò)濾器進(jìn)口閥，打開(kāi)RO 沖洗排放閥，打開(kāi)RO 不合格產(chǎn)水排放閥，打開(kāi)NaOH 計(jì)量泵，打開(kāi)原水泵，開(kāi)機(jī)沖洗默認(rèn)時(shí)間設(shè)定為60 s，沖洗完成后，關(guān)閉沖洗水排放閥，啟動(dòng)高壓泵，默認(rèn)啟動(dòng)時(shí)間為10 s；第三步關(guān)閉不合格水排放閥，正式進(jìn)入裝置產(chǎn)水階段。停機(jī)階段，首先停止高壓泵，然后停NaOH 計(jì)量泵，最后打開(kāi)不合格水排放閥，停機(jī)時(shí)間默認(rèn)為10 s；停機(jī)完成后進(jìn)入第五步的沖洗階段，打開(kāi)沖洗水排放閥進(jìn)行30s的裝置沖洗，最后一步關(guān)閉不合格排水閥，關(guān)閉進(jìn)水閥，關(guān)閉沖洗水排放閥，停原水泵，RO 裝置停機(jī)結(jié)束。除了系統(tǒng)程控的步序之外，還設(shè)置了手動(dòng)沖洗按鈕，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，進(jìn)行手動(dòng)沖洗作業(yè)，默認(rèn)設(shè)定時(shí)間為300 s。

2.4.3 EDI程控

每個(gè)EDI裝置單獨(dú)設(shè)置了程控按鈕，EDID 的程控面板如圖5 所示，具備手動(dòng)、自動(dòng)、正常停機(jī)和急停按鈕，根據(jù)EDI裝置產(chǎn)水流程，其控制步序?yàn)轭A(yù)沖洗→排放→產(chǎn)水→停進(jìn)水→結(jié)束。

圖5 單套EDI程控面板

在第一步的預(yù)沖洗中，首先打開(kāi)產(chǎn)水不合格排放閥，啟動(dòng)EDI進(jìn)水泵進(jìn)行裝置預(yù)沖洗，默認(rèn)沖洗時(shí)間為60 s。預(yù)沖洗完成后打開(kāi)EDI 裝置，打開(kāi)產(chǎn)水閥，開(kāi)始產(chǎn)水，同時(shí)關(guān)閉不合格水排放閥，產(chǎn)水時(shí)間開(kāi)始累計(jì)。在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，首先需要停進(jìn)水，然后關(guān)閉EDI 整流柜并停止EDI 進(jìn)水泵，設(shè)定時(shí)間為10 s。最后結(jié)束時(shí)打開(kāi)產(chǎn)水不合格排放閥，關(guān)閉產(chǎn)水泵。

2.4.4 加藥PID控制

在反滲透裝置之前加入NaOH 溶液來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)水的pH值，設(shè)置的3套計(jì)量泵均采用變頻控制，EDI之后的成品水pH 調(diào)節(jié)藥劑采用氨溶液，設(shè)置2套計(jì)量泵也采用了變頻控制系統(tǒng)；加藥pH 調(diào)節(jié)回路均采用PID 閉環(huán)控制。圖6 為氨溶液pH 調(diào)節(jié)控制控制面板和整定參數(shù)，圖7 為成品水pH 調(diào)節(jié)PID 控制邏輯圖。

圖6 氨計(jì)量泵PID參數(shù)

圖7 成品水pH調(diào)節(jié)PID控制邏輯圖

3 小結(jié)

國(guó)產(chǎn)和利時(shí)DCS 系統(tǒng)的K 系列產(chǎn)品性能穩(wěn)定，菜單欄語(yǔ)言全部采用中文，符合操作人員使用習(xí)慣，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，容易上手，降低了系統(tǒng)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的難度，有利于降低推廣成本。國(guó)產(chǎn)DCS 系統(tǒng)性價(jià)比突出，安全穩(wěn)定，完全能夠滿足大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。