凝结水精处理模拟控制实训装置研制

2012-06-26程蓓李新陈成进

电气自动化 2012年1期

程蓓李新陈成进

(1.安徽电气工程职业技术学院自动化系，合肥230051;2.浙江天煌科技实业有限公司，浙江杭州310030)

0 引言

“凝结水精处理模拟控制实训装置”为中央财政支持的职业教育实训基地项目(能源与环保实训基地)中的建设子项目。该实训装置立足能源综合利用与环境保护，本着“推进职业教育教学改革，树立为社会开放培训服务的观念”，建成后能够实施工学结合、做学一体的教学模式。为集教学、培训、职业技能鉴定和技术服务为一体的职业教育实训平台。该实训装置以600MW超临界燃煤发电机组的凝结水精处理系统为模拟对象，建立系统的物理模型，实现对系统的全自动化控制。实训装置主要实现顺控、保护、连锁、报警功能，同时结合自动检测、CRT显示、计算机控制、组态控制、网络通信、现场总线等多种自动化技术，运用微型机、PLC等控制设备，使该装置能做到一套实训设备实现多种功能、多种用途。［1］

1 实训装置组成

大容量、高参数的火力发电厂中均设置凝结水精处理系统，凝结水最终是送入电厂锅炉受热面管道中的，其水质将直接影响给水质量。为了机组的安全经济运行，防止受热面和汽轮机腐蚀结垢，必须对凝结水进行精处理，除去金属腐蚀产物及凝汽器泄漏所带入的杂质。［2］

本凝结水精处理系统模型系根据国产600MW超临界燃煤发电机组的凝结水精处理实际系统简化研制。实训装置由1台前置过滤器和2台100%高速混床组成。过滤器和混床为串联布置。

(1)前置过滤器

采用管式微孔过滤器作为前置过滤器，型号:ZF-3芯20英寸，过滤器材质为不锈钢304。内装3支20英寸1微米精度的聚丙烯折叠式滤芯。水由每个滤元外部进入，由滤元中心的多孔管中流出，杂质被截留在滤元表面。过滤器设备顶部装设排气阀，过滤器端盖和筒体采用法兰连接方式，可方便滤元拆卸与更换。过滤器管路设置反冲洗进出口。

正常运行时，凝结水经过凝结水泵进入精处理系统。首先通过过滤器的过滤作用除去热力系统中铁、铜等金属物质，管道中残留的焊渣、泥沙等机械杂质和悬浮物，另外除去了粒径较大的物质，延长了树脂运行周期和使用寿命。

前置过滤器系统设一个100%旁路。当前置过滤器发生压降过高，表明截留了大量固体时，该前置过滤器退出运行，凝结水经旁路通行。过滤器用反洗水泵进行反洗。

(2)混床

本装置中设计2台不锈钢圆柱形混床。进水装置设计为顶部不锈钢板加不锈钢绕丝水帽。水从混床上部进入床体，通过树脂后从下部出水装置流出。出水装置设计为蝶形板加不锈钢绕丝水帽，整个出水装置采用316不锈钢板制作。混床的出脂孔位于混床的最底部。混床上安装有观察窗。混床端盖和筒体也采用法兰连接方式，可方便树脂的更换。

混床内装有强酸阳树脂和强碱阴树脂的混合树脂层，阴、阳树脂均采用均粒凝胶型树脂。主要作用是除去凝结水中的溶解盐类物质(即各种阴、阳离子)，另外还可以除去前置过滤器漏出的悬浮物和胶体等杂质。

离子交换树脂是用化学合成方法制成的有机高分子化合物，分子中含有活性基团，能与水中离子发生交换作用，以达到除盐目的，以R-H、R-OH分别表示阳、阴树脂，其原理如下:

2台混床1台运行，1台备用，当某一台混床出水不合格或压差过大时，将启动另一台混床并进行再循环运行直至出水合格并入系统。此时，将失效的混床解列。混床系统设一个100%自动旁路，当凝结水温度超过55℃或系统压差大于一定值时自动打开，并关闭混床系统进出水母管总阀门。

(3)辅助设备

本实训装置框架选用不锈钢材料制作，结构紧凑，外形美观。设置储水箱和反冲洗水箱，均由不锈钢板制成，坚实耐用，不易生锈。水箱容积根据水流量 1t/h，能持续运行1小时设计。为节约水资源，正常运行时处理后的水进储水箱。

本设备的水泵共有2台，分别模拟凝结水泵和反冲洗水泵，均采用不锈钢立式多级离心泵，泵扬程分别为51m和32m。

整个精处理系统设一个100%大旁路及隔离阀，自动旁路阀再设有手动检修旁流阀。3级旁路系统的设计提高了系统的运行灵活性，方便设备故障处理。

图1 控制系统结构图

2 控制系统组成

本凝结水精处理控制系统结构为DCS控制系统分级体系。底层为现场设备级，中间为控制级，上层为中心管理级。上层监控系统配有工程师站和操作员站，工程师站安装有WINCC组态软件，现场控制级设有PLC控制子站。通过以太网将分布在工业现场附近的控制站和控制中心的操作员站及工程师站连接起来，完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。PLC为远程I/O结构，远程ET200模块与PLC之间通过Profibus-DP现场总线连接，远程I/O站控制凝结水精处理装置。见图1。［3］

系统采用标准工业控制柜，上置大功率排风扇，下有防水进风凹槽，前置高强度透明玻璃，其整体做前门，在不用打开柜门的情况下即可观看整柜仪表运行情况，前后门均加工业控制柜专业用锁，整柜体内外全喷塑防触电结构，另有接地装置，控制系统在控制柜中分层摆挂，前置大面板装有各种标准件及控制仪表模块等。供三相四线～380V、单相～220V电源，总电源由三相四线空气开关控制，电网电压由指针式交流电压表监视。设有漏电保护空气开关，安全性符合国际标准。

3 控制系统设计

采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC控制系统。凝结水处理系统能够实现程序控制、CRT手动操作、就地操作等功能。采用上位计算机+PLC的控制方式，PLC为远程I/O结构。在控制室通过CRT(19″大屏幕CRT，分辨率1024*768)画面上的模拟图、自动/手动切换开关以及阀门的启动/停止按钮实现对整个工艺系统的监视和控制。在就地控制柜通过按钮和开关实现自动/手动切换以及阀门的开/关，实现对整个工艺系统的监视和控制。本套控制系统下位机编程软件采用SIEMENS公司的下位编程软件STEP 7。上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位监控组态软件SIMATIC WINCC。上位机监控软件以Windows XP作为操作系统，主要由应用开发环境和实时运行环境构成，系统的监视和控制提供的人机界面友好，具有报警、显示、记录和打印功能，以及实时和历史趋势曲线。［4］

为了便于监视运行工况，在就地安装指示仪表，并将信号送到CRT上显示。包括电导率分析仪表，热电阻温度计，智能压力变送器，涡轮流量变送器。温度、压力、差压、液位开关向PLC提供数字量信息，并连接到报警系统，当这些量偏离设定值时发出报警信号。

4 顺序功能图

顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。IEC组织(国际电工委员会)将顺序功能流程编程语言列为首选语言。本凝结水模拟控制系统运行顺序功能图如图2所示。