水處理流量計在凝結水精處理自動(dòng)控制系統中的應用

凝結水一般是指鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在汽輪機做功后，經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻凝結的水。由于熱力系統不可避免的存在水汽損失，需向熱力系統補充一定量的補給水（除鹽水箱來(lái)水）。因此凝結水主要包括：汽輪機內蒸汽做功后的凝結水、各種疏水和鍋爐補給水。這部分的凝結水需要通過(guò)一種有效的處理過(guò)程加以利用，本文所說(shuō)的凝結水精處理實(shí)現自動(dòng)化的目的是實(shí)現整個(gè)水處理系統的安全可靠的運行,確保優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)或達到規定的標準,提高管理人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能源與物料消耗。針對采用前置過(guò)濾器＋高速混床法的工藝流程,提出自動(dòng)控制設計方案,主要包括現場(chǎng)儀表水處理流量計等儀表的設計選型及配置、控制系統的設計等,并給出了自動(dòng)控制功能的要求。將凝結水精處理的自動(dòng)化設計應用于某發(fā)電廠(chǎng),取得了良好的應用效果,提高了現場(chǎng)工作人員的工作效率。撰寫(xiě)此文與各位分享。
1、引言
自動(dòng)化技術(shù)的普遍應用,極大地把人類(lèi)從繁雜的體力勞動(dòng)和不安全的工作環(huán)境中解放出來(lái),顯著(zhù)地改善了人類(lèi)的工作環(huán)境和提高了人類(lèi)的生活質(zhì)量。不僅如此,自動(dòng)化技術(shù)的應用, 還明顯地增強了企業(yè)的競爭能力,使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競爭中立于不敗之地。凝結水精處理過(guò)程實(shí)現自動(dòng)化的目的是實(shí)現整個(gè)水處理系統的安全可靠的運行,確保優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì),提高管理人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能源與物料消耗。
2、控制范圍本文主要針對火力發(fā)電廠(chǎng)的凝結水精處理系統,提出自動(dòng)控制設計方案。每套精處理單元由兩臺前置過(guò)濾器、三臺精處理高速混床、三臺樹(shù)脂捕捉器、一臺再循環(huán)泵和三套旁路系統組成。精處理的再生單元由分離塔、陰再生罐、陽(yáng)再生罐和樹(shù)脂捕捉器組成, 以及輔助單元的羅茨風(fēng)機、熱水箱、壓縮空氣儲罐、酸堿系統等?？刂葡到y范圍主要包括#1 機組精處理系統,#2 機組精處理系統, 體外再生系統, 輔助單元等。
3、自動(dòng)控制系統設計
一套完整的自動(dòng)控制系統設計,就地設備及工藝參數的測量是必不可少的, 通過(guò)對過(guò)程參數的數據采集,配套D C S 或P L C 控制系統, 完成對整個(gè)工藝工程的在線(xiàn)測量、監視及控制。
3．1 儀表選型及配置
根據工藝流程和工廠(chǎng)管理的需求,配置合理的在線(xiàn)儀表,正確顯示設備狀態(tài)及工藝過(guò)程參數。儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、流量?jì)x表、液位儀表、分析儀表等。在凝結水精處理工藝過(guò)程中,壓力和流量測量?jì)x表是應用最廣的測量?jì)x表。壓力測量主要為就地指示壓力表和遠傳的壓力變送器、壓力開(kāi)關(guān)等。在每臺泵的出口設置就地壓力表,應選擇耐震型。對于帶腐蝕性的介質(zhì)要選用隔膜壓力表。前置過(guò)濾器旁路閥的前后、混床旁路閥的前后、前置過(guò)濾器前后以及樹(shù)脂捕捉器前后設有差壓變送器,用來(lái)監測相應系統的差壓。當樹(shù)脂捕捉器前后的壓差超過(guò)某一設定值時(shí),樹(shù)脂捕捉器所在列的混床停運, 在確認備用混床投運成功后, 將失效混床退出運行,樹(shù)脂捕捉器要進(jìn)行反沖洗。在每套前置過(guò)濾器和混床入口前設升壓旁路閥,升壓旁路閥的作用是保證前置過(guò)濾器和混床在投運前, 入口壓力緩慢上升,防止壓力升高過(guò)快對前置過(guò)濾器和混床內部結構產(chǎn)生沖擊,壓力的變化由壓力變送器來(lái)監測。
流量測量?jì)x表常用水處理流量計和差壓式流量計。水處理流量計要求測量介質(zhì)必須具有導電能力, 電導率大于閾值。若電導率低于閾值會(huì )產(chǎn)生很大的測量誤差。水處理流量計在選型時(shí),根據工藝介質(zhì),要選擇合適材質(zhì)的電極,對于沒(méi)有腐蝕性的水來(lái)說(shuō), 選擇不銹鋼電極就能滿(mǎn)足要求。并要考慮安裝位置是否方便人員查看, 若管道安裝位置比較高或者很難觀(guān)察到, 需要選擇分體式的水處理流量計,將變送器和傳感器分開(kāi)的,這樣傳感器可以安裝在容易查看的位置。水處理流量計應該有良好的接地。差壓式流量計主要包括孔板類(lèi)流量計、巴類(lèi)的流量計等。流量?jì)x表安裝注意要滿(mǎn)足前后直管段的要求。每臺前置過(guò)濾器和混床的入口設有流量計。流量計用來(lái)監測通過(guò)前置過(guò)濾器和混床的凝結水流量,通過(guò)流量計的輸出信號,也可以累計周期制水量。陽(yáng)陰再生塔的沖洗水管上設有流量計, 監測再生塔的沖洗水流量。沖洗水泵出口母管上設有流量計, 指示泵啟動(dòng)后輸送至各個(gè)部位的流量。溫度變送器用來(lái)監測系統入口母管凝結水的溫度。
稀堿液管上設有溫度變送器,通過(guò)溫度變送器的輸出信號控制三通調節閥的開(kāi)度。熱水箱上配有溫度變送器,通過(guò)溫度變送器的輸出信號控制加熱器的開(kāi),關(guān)及加熱器投入的組數。
在水處理過(guò)程中分析量的測量尤其重要,這是反應水質(zhì)好壞的重要參數, 如P H 、電導率、硅的含量、濃度計等。每個(gè)混床的出口設有電導率表,硅表,鈉表,主要用來(lái)監測混床出水水質(zhì), 當某項出水指標不合格時(shí),備用混床投運后, 失效混床退出運行, 進(jìn)行再生?；齑渤鏊腹苌显O有電導率表, 硅表,PH 表, 主要監測精處理系統的出水水質(zhì)。陰再生塔排水管上設置電導率表,監測陽(yáng)陰再生塔內的樹(shù)脂再生,清洗是否合格。稀酸堿液管上設有酸堿濃度計,指示再生用酸堿液的濃度。在精處理混床單元設置分析儀表取樣架, 導電度表、P H表、鈉表、硅表等集中安裝在取樣架內。每路樣水在盤(pán)內經(jīng)減壓降溫后進(jìn)入傳感器。硅表為多通道形式,每臺混床出口與出水母管合用一臺三通道硅表。
水處理過(guò)程中常有水池、水箱等,根據具體情況選用合理的液位計。通常開(kāi)放式的水池,設置超聲波液位計。超聲波液位計測量精度較高、穩定性也不錯,并且不需要與被測介質(zhì)接觸。而在藥罐上通常配置磁翻板液位測量?jì)x表, 這類(lèi)儀表既能提供明顯的就地指示, 而且可以將液位的模擬量或開(kāi)關(guān)量信號遠傳到控制系統。前置過(guò)濾器, 混床排氣母管上設有液位開(kāi)關(guān), 自動(dòng)監測前置過(guò)濾器,混床充水是否充滿(mǎn)。再生塔排氣母管上設有液位開(kāi)關(guān),自動(dòng)監測再生塔充水是否充滿(mǎn)。熱水箱上配置液位開(kāi)關(guān),防止低液位時(shí)加熱器過(guò)熱而導致加熱器燒壞。酸堿計量箱上設有帶遠傳信號的磁翻板液位計,不僅具有就地顯示液位的功能,而且具有信號輸入控制系統后在L C D 畫(huà)面上顯示液位高低的功能。
3.2 控制系統的選型及配置
根據具體的輸入輸出點(diǎn)數及控制功能要求,選擇合適的控制系統。DCS 和PLC 作為計算機技術(shù)和控制技術(shù)結合的產(chǎn)物,為水處理過(guò)程自動(dòng)化水平的提高都作出了各自的貢獻[3]。目前用于水處理自控系統的基本形式主要有三種DCS 系統、現場(chǎng)總線(xiàn)系統和PLC 控制的系統。從規模來(lái)看三種系統所適用的規模是不同。DCS 系統和現場(chǎng)總線(xiàn)系統一般適用于控制點(diǎn)比較多而且廠(chǎng)區規模比較大的系統,PLC 的控制則用于小型而且控制點(diǎn)比較集中的控制系統。DCS 系統適用于模擬量多,閉環(huán)控制多的系統。而現場(chǎng)總線(xiàn)系統的主要優(yōu)勢是適用用于控制點(diǎn)相當較少而且特別分散的系統。從施工和維護的角度來(lái)看,傳統的DCS 系統布線(xiàn)的工作量要遠遠大于現場(chǎng)總線(xiàn)系統。此外, 現場(chǎng)總線(xiàn)系統與D C S 系統相比, 還有最為重要的一點(diǎn)是開(kāi)發(fā)性好, 擴展方便。
由于凝結水精處理的布置比較集中, 通常采用集散式控制,考慮采用DCS 控制系統較普遍,若有距離比較遠相當集中地控制設備,可以考慮設置遠程IO站。通常在#1 機組精處理系統,#2 機組精處理系統,體外再生系統各布置在不同位置, 且相互的距離較遠。根據控制規模及廠(chǎng)里人員設置,可配置2 套至3 套操作員控制站。
4、自動(dòng)控制功能的要求
對于工藝系統內所有的電動(dòng)/ 氣動(dòng)閥門(mén)、風(fēng)機、泵等設備均采用自動(dòng)控制、遠方控制和就地控制三種控制方式。就地控制模式:設備的現場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠方”開(kāi)關(guān)選擇為“就地”方式時(shí),通過(guò)現場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的按鈕實(shí)現對設備的啟/ 停、開(kāi)/ 關(guān)操作。遠方控制模式:即遠方手動(dòng)控制方式?，F場(chǎng)控制箱或M C C 控制柜上的“就地/ 遠方”開(kāi)關(guān)選擇為“遠方”方式,操作人員可以通過(guò)中控系統操作站的監控畫(huà)面用鼠標或鍵盤(pán)選擇“遠控”方式并對設備進(jìn)行啟/停、開(kāi)/ 關(guān)操作。自動(dòng)控制模式:現場(chǎng)控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠方”開(kāi)關(guān)選擇“遠方”方式,且控制站的“自動(dòng)/ 遠控”設定為“自動(dòng)”方式時(shí),設備的運行完全由各控制站根據水處理系統的工況及生產(chǎn)要求來(lái)完成對設備的運行或開(kāi)/ 關(guān)控制, 而不需要人工干預?？刂品绞皆O計為:就地手動(dòng)控制優(yōu)先,在此基礎上,設置遠方控制和自動(dòng)控制?？刂萍墑e由高到低為: 現場(chǎng)手動(dòng)控制、遠方控制、自動(dòng)控制。凝結水精處理系統自動(dòng)閥門(mén)常以氣動(dòng)閥門(mén)為主, 氣動(dòng)閥門(mén)的控制電磁閥相對集中布置在就地電磁閥柜/ 箱內,并盡量考慮設備的完整性,例如每套前置過(guò)濾器裝置設一個(gè)電磁閥柜, 公用的閥門(mén)采用就近布置。在電磁閥柜面板上設有就地操作開(kāi)關(guān),就地/ 遠操開(kāi)關(guān)采用鑰匙型開(kāi)關(guān), 所有的鑰匙型開(kāi)關(guān)均可以用一把鑰匙操作,既避免了操作人員帶多把鑰匙,又避免了無(wú)關(guān)人員的誤操作。
采用此工藝的凝結水精處理主要的控制功能要求至少包括以下過(guò)程控制:以順序控制為主。前置過(guò)濾器的排水、空氣擦洗、水沖洗、充水、曝氣清洗、升壓等;高速混床的升壓、循環(huán)正洗、運行、卸壓、樹(shù)脂送出、樹(shù)脂送入、排水、樹(shù)脂混合等;分離塔的進(jìn)水、進(jìn)氣排水、空氣擦洗、樹(shù)脂分離、沖洗等;陰再生罐的重力排水、陰樹(shù)脂空氣擦洗、陰樹(shù)脂空氣擦洗并反洗、壓縮空氣充壓等; 陽(yáng)再生罐的重力排水、陽(yáng)樹(shù)脂空氣擦洗、陽(yáng)樹(shù)脂空氣擦洗并反洗等。
5、應用實(shí)例
天津北塘熱電廠(chǎng)2 × 350MW 機組的凝結水精處理系統最終設計規模為2 × 950 噸/ 小時(shí),處理工藝采用前置過(guò)濾器＋高速混床法。具體要求如下: 按工藝流程配置必要的液位、流量和水質(zhì)分析等檢測儀表;全部檢測儀表及電氣設備的運行信號的傳送和顯示;根據電氣設備的運行要求及主要工藝參數的控制要求,設置自動(dòng)控制系統。本項目根據工藝要求, 配置必要的測量?jì)x表, 溫度變送器5 套,就地壓力表50 套,壓力或差壓變送器25 套,磁翻板液位儀表3 套,超聲波液位計2 套,液位開(kāi)關(guān)7 套,孔板流量計17 套,濃度儀表2 套,PH 儀表2 套,電導儀表10 套,多通道硅表和鈉表各2 套等。
采集過(guò)程參數, 每個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)均采用雙電控方案:DO:2 點(diǎn)/DI:2 點(diǎn);每個(gè)電動(dòng)門(mén):DO:2 點(diǎn)/DI:3 點(diǎn);每臺電動(dòng)機:DO:2 點(diǎn)/DI:4 點(diǎn)。實(shí)際測點(diǎn)數量如表1 所示。其中AI 表示模擬量輸入信號;AO 表示模擬量輸出信號;DI 表示數字量輸入信號;DO 表示數字量輸出信號。根據控制點(diǎn)數及工藝對控制的要求,配置一套北京國電智深控制技術(shù)公司提供的DCS 系統EDPF,系統網(wǎng)絡(luò )采用工業(yè)以太網(wǎng)冗余配置, 設置中央控制室, 布置操作員站2 套、打印機1 套、工程師站1 套。電廠(chǎng)運行人員可以在操作員站上實(shí)現對工藝流程圖及測量參數的監視及控制。根據工藝系統特點(diǎn)以及控制系統的安全可靠,整套DCS 控制系統配置3 對DPU 控制器模塊,分別用于# 1 機組凝結水精處理單元、# 2 機組凝結水精處理單元和公用系統單元。實(shí)現了對前置過(guò)濾器、高速混床、樹(shù)脂分離塔等設備的順序控制。
6、結束語(yǔ)
針對采用前置過(guò)濾器和高速混床的凝結水精處理系統, 提出自動(dòng)控制設計方案, 根據工藝系統具體要求配置合適類(lèi)型的儀表及控制系統。將凝結水精處理的自動(dòng)化設計應用于天津北塘發(fā)電廠(chǎng),取得了良好的應用效果, 提高了現場(chǎng)工作人員的工作效率。

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