国产DCS系统在除盐水系统的应用

2020-11-02张海忠郭永鹏曹美杰

冶金动力 2020年10期

张海忠，郭永鹏，曹美杰

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山 063200）

引言

某钢厂为满足新建的燃气－蒸汽联合发电机组（CCPP）及已有锅炉的补水水质要求，依托原有海水淡化厂产水，对其进一步精除盐处理，新建精除盐水站一座，成品水制备能力为600 m3/h，主工艺采用了RO（Reverse Osmosis）加EDI（Electrodeionization）技术，控制系统采用了国产的DCS系统。

1 系统工艺流程和控制要求

1.1 工艺流程

除盐水站采用了目前集成度高、技术成熟的RO 加EDI技术方案，RO 反渗透技术又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。EDI 又称连续电除盐技术，该技术将电渗析技术和离子交换技术相融合，通过阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用与离子交换树脂对离子的交换作用，在直流电场的作用下实现离子的定向迁移，从而完成水的深度除盐。该技术不依赖酸和碱的化学再生，具有结构紧凑和操作简便的优点。

系统工艺流程和配置如图1所示，其主流程为：原水箱→原水泵→（pH 调节）→RO保安过滤器→高压泵→反渗透装置→RO 产水箱→EDI进水泵→EDI保安过滤器→EDI 装置→（pH 调节）→产品水箱→成品水泵。其中反渗透系统包括5μm 过滤器、高压泵、反渗透膜组、清洗系统及控制仪表等部分。反渗透装置水的回收率≥90%；反渗透总产水量：668 m3/h，分成4 套。EDI 装置包括1 μm 过滤器、EDI 送水泵、模块、配套管路阀门。EDI 装置的回收率≥90%；EDI总产水量：600 m3/h，也分成4套。

1.2 控制要求

图1 除盐水系统工艺流程图

系统采用DCS 集中控制方式，上位机显示所有受控设备的运行状态，实现有关工艺参数越限报警功能，对水箱高低液位和计量箱低液位具有联锁报警功能，泵过载和高低压报警，实现系统的自诊断的能力。并通过软手动操作达到人工干预的作用。全自动的控制方式同时应分为“单元全自动”和“系统全自动”两种。各大单元只要满足各自的启动条件，依程序设定启动各自的单元设备。通过检测仪表，DCS控制系统，上位机系统，构成监控系统，具备运行控制功能、状态显示功能、故障报警及提示功能、运行及操作过程记录功能、流程模拟等。

在系统的运行操作方面，通过上位机的键盘实现软手操的功能，也可以通过上位机计算机的联网通讯，在异地进行系统的监控。工业控制软件能方便地实现系统的监视及现场实时参数的即时显示及历史趋势；具有数据处理、报表打印及历史趋势曲线打印功能。能实现各现场运行参数的显示、储存和编辑，与计算机其他功能软件联接，进行专业的数据处理及信息反馈。

2 DCS控制系统实现

2.1 总体方案

综合考虑性价比和前期应用案例等因素，整个系统采用了国产和利时DCS 系统，硬件为最新的MACS-K 系统产品,主控制器型号为K-CU01，双CPU 冗余配置，控制站软件为HOLLiAS RTS；工程师站软件为HOLLiAS ConMaker，操作员站软件为OLLiAS PlantView。工控机型号为DELL 5040MT，操作系统为windows 7。

控制系统包括1 面UPS 电源柜，容量为10 kVA；4 面控制柜，其中2 个是主控制站、2 个是辅助控制站。系统的本地操作台和上位机与控制柜集中布置在除盐站二层控制室，考虑到将来无人站所要求，将来操作由CCPP 集中控制室统一实施，网络结构采用本地和远方上位机相结合的控制方式，通过光纤和配套通讯设备进行连接，并预留工程合并或跨域访问的网络接口。

2.2 网络结构

控制系统网络结构如图2 所示，共配备5 台上位机和2台打印机，其中2台操作员站及1台工程师站安装在本地控制室，另外2 台操作员站安装在1 km 之外的CCPP 主控室，系统主时钟与CCPP 控制系统通过SNTP 协议实现操作网的全网节点时间同步，并预留以太网接口与CCPP 控制系统、能源中心控制系统进行数据传送。

2.3 IO配置

根据现场设备具体配置统计，系统IO 总点数为425 点，考虑到将来系统拓展及通道备用要求，每种不同的信号类型预留有20%～30%的备用通道，最终IO 配置见表1，系统总点数为560 点，IO 模块数量配置总量为50台，总体IO通道备用率为24%。

2.4 控制功能

2.4.1 除盐水总控

除盐水系统总控面板如图3 所示，4 组RO 装置分别命名为ROA～ROD,4 组EDI 分别命名为EDIA～EDID，单组装置启动条件具备时，对应的“具备一键启动条件”的指示灯变绿色。当全部8 个条件全部具备时，可以点击“一键启动”按钮，实现除盐水系统全自动一键启动功能，即系统全自动模式。在需水量较少时、个别单元故障或检修时，不需要全部的4 套单元都投入运行，还可以根据需要选择“单元全自动”。

图2 DCS系统网络结构图

表1 DCS系统IO配置点表

图3 除盐水总程控面板

在“单元全自动”模式下，各大单元只要满足各自的启动条件，在自动按钮投入，且RO 与EDI 投入数量相同时，依程序设定启动各自的单元设备。另外，RO 和EDI 的4 个单元均具备“一键急停”功能，确保在故障状态下可以实现机组的紧急停运。

ROA程控面板见图4。

图4 ROA程控面板

2.4.2 RO程控

每个RO 装置单独设置了程控按钮，ROA 的程控面板如图4 所示，具备手动、启动、正常停机和急停按钮，根据RO 装置制水流程，其控制步序为开机冲洗→启泵→产水→停机→冲洗→停机结束。在第一步的开机冲洗中，首先打开RO 过滤器进口阀，打开RO 冲洗排放阀，打开RO 不合格产水排放阀，打开NaOH 计量泵，打开原水泵，开机冲洗默认时间设定为60 s，冲洗完成后，关闭冲洗水排放阀，启动高压泵，默认启动时间为10 s；第三步关闭不合格水排放阀，正式进入装置产水阶段。停机阶段，首先停止高压泵，然后停NaOH 计量泵，最后打开不合格水排放阀，停机时间默认为10 s；停机完成后进入第五步的冲洗阶段，打开冲洗水排放阀进行30s的装置冲洗，最后一步关闭不合格排水阀，关闭进水阀，关闭冲洗水排放阀，停原水泵，RO 装置停机结束。除了系统程控的步序之外，还设置了手动冲洗按钮，可以根据实际生产情况，进行手动冲洗作业，默认设定时间为300 s。

2.4.3 EDI程控

每个EDI装置单独设置了程控按钮，EDID 的程控面板如图5 所示，具备手动、自动、正常停机和急停按钮，根据EDI装置产水流程，其控制步序为预冲洗→排放→产水→停进水→结束。

图5 单套EDI程控面板

在第一步的预冲洗中，首先打开产水不合格排放阀，启动EDI进水泵进行装置预冲洗，默认冲洗时间为60 s。预冲洗完成后打开EDI 装置，打开产水阀，开始产水，同时关闭不合格水排放阀，产水时间开始累计。在系统停运时，首先需要停进水，然后关闭EDI 整流柜并停止EDI 进水泵，设定时间为10 s。最后结束时打开产水不合格排放阀，关闭产水泵。

2.4.4 加药PID控制

在反渗透装置之前加入NaOH 溶液来调节来水的pH值，设置的3套计量泵均采用变频控制，EDI之后的成品水pH 调节药剂采用氨溶液，设置2套计量泵也采用了变频控制系统；加药pH 调节回路均采用PID 闭环控制。图6 为氨溶液pH 调节控制控制面板和整定参数，图7 为成品水pH 调节PID 控制逻辑图。