SGR-PLC在中水回用控制系统中的实例应用

2023-08-04田沛霖刘圣义张建宾文康林田民格

石化技术 2023年7期

田沛霖刘圣义张建宾文康林田民格

欣格瑞（山东）环境科技有限公司山东济宁 272400

1 项目概述

安徽某化工股份有限公司中水回用原水来自废水处理后的达标废水（GB18918—2002一级A标准），回用规模3000m3/d，采用工艺：全自动预处理器+活性炭过滤+超滤（UF）+反渗透（RO）。产水可回用于车间生产；浓水汇入现有蒸发系统处理，实现综合循环利用，具有较好的社会、经济及环境效益。

1.1 工艺流程

工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

1.2 系统配置

1.2.1 全自动预处理器

由预沉淀区和过滤区组成。

特殊的结构设计使布水更均匀，处理效率更高、过滤效果更好。

排泥及滤料反冲洗自动化。

1.2.2 活性炭过滤器

活性炭过滤器滤料以活性炭为主，具有机械过滤和吸附的作用。当滤料达到载留饱和，出水水质恶化，或前后压差升高达到设定条件时，进行反洗。

1.2.3 超滤+反渗透装置

超滤装置（UF，0.001～0.01μm）和反渗透膜装置（RO，0.0001μm）设置在线检测仪表、自动控制阀和调节阀，均采用全自动运行方式，运行、切换、反洗、正冲、加药、报警等工序全部由可编程逻辑控制器（PLC）控制系统完成。

系统脱盐率高达99.5%，运行压力低，稳定性能良好。

设置不合格排放自动控制阀，当产水不符合要求时，自动切换。同时在产水侧还设置超压爆破膜，当背压超过限值，自动爆破，防止膜元件损坏。

就地操作盘上可启/停每台泵及控制阀；在就地仪表盘上可方便读出各检测运行参数；集中取样装置可对每支膜元件产水取样，便于故障检测。

1.2.4 加药系统和水泵

整个系统设有功能性加药装置和水泵，采用PLC全自动控制系统联动运行，保证本系统各设备单元的安全可靠运行。

1.2.5 自控和仪表

系统设有多台就地操作盘和就地仪表盘，就地操作盘上配置设备运行指示灯、控制钮和报警指示灯、报警器，对各泵、控制阀等用电设备和系统控制点的运行、停止、故障等进行显示和报警，设有手/自转换钮，在手动状态下可随时启停各泵阀等；就地仪表盘就地显示系统各运行参数。

控制方式切换到手动状态时，操作员可以在就地通过机旁操作箱柜上的按钮和旋钮根据工艺流程手动单步操作设备的泵阀运行各套装置，可根据就地箱上的指示灯、设备上的阀门位置标志以及就地显示仪表监视设备运行状态。

控制方式切换到自动状态时，操作员可以在控制室上位机监控画面上通过鼠标点击设备的投运或停运按钮，让设备按PLC程序设定好的步骤自动投运或停止各装置。

本系统在控制室PLC控制柜内设置一套西门子300系列的可编程控制器，将各节点仪表采集和传输的参数传输至PLC控制系统，控制器通过IO模块及继电器回路控制系统中的各泵阀等。

控制系统设有相应的报警功能，主要包括水泵风机的故障报警，各装置工艺参数如压力、流量、电导、液位等的低限高限报警。当报警信号产生时，就地箱或控制柜上的报警灯会闪烁，警示器发出报警声响，设备进入锁定状态，需操作员主动消除报警声响，排除故障后按相应的复位按钮使设备解除锁定状态进入待机状态，并可重新投运。

1.3 系统自动控制

1.3.1 预处理自控

预处理水泵与原水箱和清水池液位连锁，当水箱水池液位超过设定值时，预处理水泵停止运行；自动出现故障，可切换至手动控制；

1.3.2 超滤自控

超滤装置各控制单元（包括阀门、反洗泵启停、反洗药剂计量泵、产水泵启停、高压泵启停）设手/自动转换。手动状态下，可通过就地控制箱控制启闭；自动状态下，由PLC根据压力传感器控制各阀门启闭。阀门包括进水气动阀、正排水气动阀、产水气动阀、反洗进气动阀、反洗上排气动阀、反洗下排气动阀、进气气动阀、超滤反洗水回收气动阀打开。

1.3.3 反渗透自控

反渗透装置根据水箱液位自动开机/停机：根据除盐水箱液位设定的高低液位值自动执行停止和启动程序；

系统自动开机时，先检测超滤产水箱液位，如液位高于高液位，则启动反渗透进水泵，然后打开RO进水电动慢开阀、浓水排放阀、产水不合格排放阀，进行低压冲洗，冲洗3～5min后，然后启动高压泵，关闭浓水排放阀，产水电导合格后关闭产水不合格排放阀，反渗透装置进入正常运行状态；

自动停机时，先打开浓水排放阀，然后停止高压泵，用超滤产水冲洗膜组件，冲洗2～3min后，先停止反渗透进水泵，再关闭进水阀、关闭浓水排放阀，进入待机状态；

运行8h，自动打开浓水排放阀，冲洗膜组件浓水侧；冲洗几分钟后关闭浓水排放阀；

每台高压泵入口装设低压开关，当泵入口压力低于0.05MPa时，压力控制器动作，使高压泵停止运行，保证高压泵的安全；出口装设高压开关，当泵出口压力持续高于2.0MPa时，压力控制器动作，使高压泵停止运行，保证高压泵、膜元件、膜壳的安全；

具备手动/自动切换功能，自动出现故障，可切换至手动控制；

具备就地/程控切换功能，各泵、自动阀门的运行状态远传至工控机，可实现远程控制和就地控制。

2 自控系统选用简述

2.1 液位变送器

本套系统选用静压液位变送器，该液位变送器受水池波动影响极小，更能避免水池内外温差造成的蒸汽对液位计探头的干扰。

2.2 仪表

在本系统中仪表数据不仅是观察水质水量的重要依据，更是控制系统运行的必备条件，而系统所涉及水箱、过滤器、超滤、反渗透等都远高于地面，故仪表的选择应为稳定性强、且易于观察的分体式仪表。

2.3 阀门

阀门采用气动和电动阀门。经常开关的阀门选用气动阀门；对快开且有冲击性要求的地方采用电动慢开阀。

2.4 水泵控制方式

水泵采用变频控制，可以减少水泵对电网的冲击，根据系统实际压力、流量等数据来自动调节频率的高低。对用水端采用变频器-PID控制保证系统连续稳定的供水。

3 自控要点和异常应对措施

3.1 异常应对措施

3.1.1 水锤效应危害及控制措施

水锤效应：流体在管道内平稳流动时，后方阀门快速关闭的情况下，管道里的流体对管道，对阀门产生强有力的冲击力，就像锤子大力敲打一样。其害处轻则管道、阀门异常震动，重则管道破裂或者阀门损坏。

以气动阀门为例，避免水锤现象的方法：

更换具有缓慢关闭功能的阀门；

阀门的出气口处加装气动接头式节流阀，通过压力的调节来使阀门避免快速关闭的现象出现；

在程序端对程序进行优化，停止时先关闭水泵，延时一定时间后再关闭阀门，使两者动作时间错开。

水锤效应在超滤膜设备上也是常出现的问题之一，全自动预处理装置和超滤膜装置的阀门都是需要频繁启停的设备，避免水锤效应可以减少因水锤现象对设备、管道、阀门造成的危害；减少此现象造成的异常震动；增加设备的使用寿命和减少维修人员的负担。

4.1.2 信号干扰及控制措施

信号干扰是经常遇到同时又很难解决的问题。造成信号干扰的原因很多，如变频器工作产生的电磁信号干扰；配电室强电对弱电信号的干扰；接地系统不完善造成的信号干扰；PLC至仪表间产生的信号干扰等。信号的干扰不仅仅是使仪表数据显示不准确，指示灯带干扰电压，更为严重的是影响设备的控制，烧坏仪表模块。

排除干扰信号要多方面下手，多途径切断干扰信号：

（1）完善接地系统

接地系统按要求正规合理的布置是消除干扰信号的最重要的一步，在实际工程中最好做到PLC信号电缆的单独接地，避免系统接地网与PLC信号电缆混接一起造成的干扰通过信号电缆流入模块。

（2）PLC模块接地

各PLC厂家不同，模块型号也不相同，接地的方法也不同，严格按照所用模块的接线方式做好接地线，从源头上排除接地干扰，最大限度的保证系统的正常稳定运行。

（3）等电位

在1个带电线路中如果选定2个测试点，测得它们之间没有电压即没有电势差，则认定这2个测试点是等电势的，它们之间也是没有阻值的。造成干扰的很多原因是没有做等电位连接，干扰信号从一端流入后另一端无法流出，所携带的干扰信号作用到模块、仪表上，对其形成干扰。整个系统的等电位连接是没有取巧余地的，必须做好连接。

3.2 系统的连锁控制和程序优化

系统的运行遵循一定的逻辑性，在自动化程序中要对各设备的状态进行判断来决定系统的运行与否：液位达到条件后，先开启进水和出水阀门，等PLC接收到阀门反馈信号后再启动水泵，这样做的目的是先开启阀门再启动水泵，避免水泵开启后阀门未启动对管道造成的冲击。程序编写过程中如果设定为液位达到条件后，启动水泵、进水阀门、出水阀门，就会因某一设备出现故障未能正常动作而系统没有连锁判断继续运行，对设备管道等造成损害，甚至带来更大的安全隐患。