1、自控技術(shù)現(xiàn)狀

我廠共有18座污水站，其中10座污水站安裝應(yīng)用了自控系統(tǒng)，有效地提高了生產(chǎn)工藝過程的控制質(zhì)量、管理水平和生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)能降耗，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

下表為我廠污水處理站自控應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查表：

表一 采油三廠污水處理站自控應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查表

從上表可以看出，我廠污水處理站安裝的10套自動控制系統(tǒng)，均是工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的控制系統(tǒng)，其中有美國霍尼韋爾R150系統(tǒng)3套；美國羅克韋爾A-B控制系統(tǒng)1套；德國西門子1套；英國歐陸5套。它們具有故障率低，性能可靠，功能強(qiáng)大，編程靈活，通訊功能先進(jìn)等特點(diǎn)，較好地解決了數(shù)據(jù)采集顯示和生產(chǎn)過程的自動控制。

2、雙向過濾及壓力式過濾工藝流程及濾罐結(jié)構(gòu)

2.1、雙向過濾及壓力式過濾工藝流程

污水雙向過濾技術(shù)是一種高效、低耗的綜合性水質(zhì)處理技術(shù)。同常規(guī)過濾技術(shù)相比，它具有過濾速度高、處理水質(zhì)好、運(yùn)行費(fèi)用低，可節(jié)省大量基本建設(shè)投資等特點(diǎn)。
 
圖1 含油污水深度處理工藝流程

1—緩沖罐 2—增壓泵 3—一次雙向過濾罐 4—二次雙向過濾罐 5—清水罐
6—回收水池 7—外輸泵 8—反沖洗泵 9—回收泵

核桃殼濾罐是一種利用核桃殼作為過濾介質(zhì)的新型含油污水過濾裝置，屬壓力式濾罐。設(shè)備采用核桃殼作濾料，通過選用不同粒度大小的濾料和相應(yīng)孔隙的濾床，適應(yīng)不同的使用場合。該濾罐具有載污容量大、過濾速度快、過濾精度高，濾料易再生、沖洗水損失少、功耗低、并具有操作簡單，維護(hù)方便，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)。

 
圖2 核桃殼濾罐工藝流程

1—緩沖罐 2—增壓泵 3--核桃殼濾罐 4--攪拌器 5—外輸及反沖洗罐
6—回收水罐 7—外輸泵 8—反沖洗泵 9—回收泵

2.2、雙向過濾及壓力式過濾濾罐結(jié)構(gòu)

雙向過濾罐是一種新型的水處理過濾裝置，它從過濾罐上、下兩個方向同時進(jìn)水，中間出水。它把正向過濾、多層濾料過濾、反向過濾、反粒度過濾等幾種原理結(jié)合為一體，是一種高效、低耗的水處理設(shè)備。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

圖3 雙向過濾罐結(jié)構(gòu)示意圖

核桃殼濾罐主要由罐體、集水系統(tǒng)、濾料反沖洗系統(tǒng)、管路及閥門系統(tǒng)等組成，如圖4所示：
 
圖4 核桃殼濾罐結(jié)構(gòu)示意圖

3、過濾工藝對自控技術(shù)的要求及實(shí)現(xiàn)方案

3.1、過濾工藝對自控技術(shù)的要求

含油污水深度處理工藝中應(yīng)用的雙向過濾罐采用的是以石英砂為主濾料的濾料級配，要取得好的水質(zhì)處理效果，首先要保證來水平均分配給進(jìn)行雙向過濾的一次濾罐，然后一次過濾的濾后水再平均分配給進(jìn)行雙向過濾的二次濾罐，并保證每個雙向過濾罐的上下進(jìn)水量比值滿足上進(jìn)水:下進(jìn)水=1.5:1，這是典型的多參數(shù)雙閉環(huán)比率調(diào)節(jié)。
在整個含油污水深度處理工藝中，影響流量平均分配和上、下進(jìn)水濾速比的因素很多，如濾層阻力變化、來水流量變化、來水壓力變化和一次匯管壓力變化等因素，因此在含油污水深度處理工藝中要達(dá)到來水水量平均分配和每一臺雙向?yàn)V罐的上下濾速比為1.5:1，靠人工調(diào)節(jié)很難實(shí)現(xiàn)。如果達(dá)不到濾速比為1.5:1的要求，當(dāng)反向過濾壓力過高時，會將濾料層沖起，即產(chǎn)生流化現(xiàn)象，類似反沖洗，濾料層失去過濾作用，濾料混層。上、下進(jìn)水濾速比達(dá)到1.5:1就可以由上進(jìn)水把濾料層壓住，避免流化現(xiàn)象出現(xiàn)，同時使濾料間隙合理，增強(qiáng)過濾效果。因此，必須配備工作可靠、功能強(qiáng)的自控系統(tǒng)和相應(yīng)的檢測控制儀表來實(shí)現(xiàn)流量連續(xù)自動調(diào)節(jié)。

3.2、雙向過濾控制方案的實(shí)現(xiàn)

深度污水處理站根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，有的處理量隨時發(fā)生變化，有的可以人為設(shè)定，針對這兩種情況，可以采用不同的處理方法來解決濾速比的調(diào)節(jié)問題。

對處理量隨時變化的情況，以北Ⅲ－2為例，我們利用連控圖實(shí)時采集各一次濾罐上、下進(jìn)水各流量計(jì)的瞬時流量，把一次濾罐的上、下進(jìn)水流量總和除以進(jìn)行雙向過濾的一次濾罐數(shù)，得到每一個濾罐的處理量，再按照上、下進(jìn)水滿足上進(jìn)水：下進(jìn)水=1.5:1的關(guān)系分配水量作為上、下進(jìn)水調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值，對實(shí)時采樣值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過模擬量輸出模件輸出控制球閥開度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)水量，達(dá)到了工藝要求。

根據(jù)生產(chǎn)工藝實(shí)際情況，北十三聯(lián)深度污水處理站的處理量可以人為控制，這樣在上位機(jī)可以隨時調(diào)整處理量，更加方便生產(chǎn)?？刂品桨笇?shí)現(xiàn)時，我們把所需處理量分別除以投入雙向過濾的一次濾罐數(shù)和二次濾罐數(shù)，再平均分配上下進(jìn)水量作為一次濾罐和二次濾罐的上下進(jìn)水流量的設(shè)定值，與上下進(jìn)水流量采樣值的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，從而控制電動球閥的開度，達(dá)到了調(diào)節(jié)濾速比的目的。

3.3、 核桃殼過濾自動控制方案實(shí)現(xiàn)

對核桃殼濾罐，原水流經(jīng)濾層，原水中的油和懸浮固體被濾層攔截，濾后水通過集水系統(tǒng)從出水口排出。在過濾過程中，除了由于過濾阻力的增加而產(chǎn)生正常的流量降低外，過濾器的流量不應(yīng)發(fā)生變化。由于不需調(diào)節(jié)流量，所以過濾工藝只要求控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行過濾和反沖洗工藝自動切換即可。

4、反沖洗工藝對自控技術(shù)要求及實(shí)現(xiàn)方案

4.1、反沖洗工藝對自控技術(shù)的要求

為保證水質(zhì)處理效果，濾罐每隔一定時間就要進(jìn)行反沖洗。反沖洗技術(shù)參數(shù)主要分反沖洗周期、反沖洗時間、反沖洗強(qiáng)度。以雙向過濾為例，反沖洗周期規(guī)定為：一次雙向?yàn)V罐每12小時反沖洗一次；二次雙向?yàn)V罐每24小時反沖洗一次。反沖洗時間根據(jù)水質(zhì)變化和現(xiàn)場工藝情況確定，反沖洗強(qiáng)度要隨時間按階梯形變化控制，如圖5所示。
 
圖5 反沖洗強(qiáng)度控制圖

4.2、全自動反沖洗控制方案的實(shí)現(xiàn)

由于反沖洗時間和反沖洗強(qiáng)度控制要求較高，加之濾罐數(shù)量大，人工控制勞動強(qiáng)度大，并無法保證反沖洗質(zhì)量，所以必須采用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動反沖洗。

⑴、全自動反沖洗步驟

全自動反沖洗主要包括①啟泵；②倒流程并完成反沖洗過程；③停泵等步驟。

⑵、實(shí)現(xiàn)全自動反沖洗的安全措施

為確保在反沖洗過程安全可靠運(yùn)行，避免發(fā)生生產(chǎn)事故，我們在進(jìn)行組態(tài)時，采取了如下措施：

①、在控制系統(tǒng)發(fā)出球閥或蝶閥動作指令后，在一定時間內(nèi)沒有接收到正確的反饋信號，就認(rèn)為球閥或蝶閥動作存在問題，將該罐倒至正常的雙向過濾流程，同時系統(tǒng)給出報(bào)警信息，對下一個罐進(jìn)行反沖洗。

②、系統(tǒng)給出啟泵指令后，如在限定時間范圍收不到泵啟動反饋或壓力達(dá)不到規(guī)定值，系統(tǒng)會給出報(bào)警，停止反沖洗。

③、在反沖洗過程中，如果出現(xiàn)異常情況，如停泵，系統(tǒng)會隨時結(jié)束反沖洗并倒至過濾流程。

④、對核桃殼濾罐，在反沖洗過程中，為了提高反沖洗效果，在反沖洗流量達(dá)到最大時，需啟動攪拌器配合反沖洗，如在規(guī)定時間達(dá)不到規(guī)定流量量而啟動攪拌器，會因阻力大無法啟動并對攪拌器造成損壞，所以采取了適時延后啟動攪拌器，并判斷反沖洗流量量，如反沖洗流量達(dá)不到規(guī)定值，則不啟動攪拌器。

⑤、反沖洗流量的上升和下降臺階采用摸索閥門開度或頻率輸出值控制反沖洗流量，較好地解決了因調(diào)節(jié)時間短出現(xiàn)振蕩的情況，保證了控制效果。

⑶、利用變頻調(diào)速技術(shù)改善反沖洗效果

在反沖洗過程中，反沖洗強(qiáng)度一般設(shè)定為上、下5個臺階變化，每個臺階持續(xù)1分鐘，最大強(qiáng)度時持續(xù)7~15分鐘（根據(jù)各站工藝情況而定）。反沖洗強(qiáng)度由反沖洗泵出口電動球閥控制，反沖洗壓力由反沖洗回流球閥控制，利用這種方法基本上實(shí)現(xiàn)了階梯式變化控制，反沖洗曲線如圖6所示：
 
圖6 工頻狀況下反沖洗曲線

從曲線上看，在反沖洗流量梯度下降時，出現(xiàn)了振蕩，流量變化差值大約在70m3/h。這種情況被稱做“水擊”現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)這種現(xiàn)象對濾罐濾料損害非常嚴(yán)重。究其原因有以下幾個方面：①球閥開度與流量成非線性比例。②反沖洗回流閥口徑過大。③利用球閥開度控制流量時，流量變化響應(yīng)滯后。
針對反沖洗效果不理想的情況，1999年11月，我們利用變頻技術(shù)對反沖洗流量控制進(jìn)行了改造，由原來利用反沖洗泵出口閥和回流閥配合控制反沖洗排量改為利用反沖洗電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整反沖洗排量，反沖洗曲線如圖7所示；
 
圖7 變頻狀況下反沖洗曲線

從曲線上可以看出，反沖洗流量完全按設(shè)定的流量曲線平滑地按梯度上升，然后又平滑地按梯度下降，沒有任何振蕩，效果較理想，既提高了反沖洗質(zhì)果，水質(zhì)比投入自動前有了很大提高，基本保持在局控指標(biāo)以內(nèi)，同時節(jié)省了大量電能。

5、應(yīng)用情況分析

先進(jìn)自控技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了我廠污水站生產(chǎn)的自動化水平，但應(yīng)用情況也不盡相同。有的站為全自動運(yùn)行，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，如北三-Ⅱ污水站、北二二污水站、北三聯(lián)污水站基本上達(dá)到了“有人值班，無人操作”的水平；有的雖自動運(yùn)行，但仍需人為干預(yù)，如北六污水站、北二十污水站，需人工啟停泵、選罐；有的只能部分工藝投入自動運(yùn)行，如北十三深污、北十三聯(lián)聚污均由于工藝或閥門質(zhì)量原因不能全部投入自動運(yùn)行；有的只設(shè)計(jì)了反沖洗自動控制，啟停泵、倒流程均由人工在現(xiàn)場控制電動閥操作，工作量大，控制繁瑣，很難保證控制質(zhì)量，如北III-1污水站、北十七污水站、北十一聯(lián)污水站。

5、幾點(diǎn)認(rèn)識

5.1、應(yīng)用先進(jìn)的自控儀表和自控系統(tǒng)提高了控制質(zhì)量和管理水平，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

5.2、隨著自控系統(tǒng)的大量應(yīng)用，應(yīng)加強(qiáng)儀表和系統(tǒng)選型的規(guī)范工作，建立自控系統(tǒng)及相關(guān)儀表的配置使用標(biāo)準(zhǔn)。這樣既便于維修維護(hù)，又可減少備件量，降低成本。

5.3、自控系統(tǒng)投入運(yùn)行后，維修維護(hù)工作尤為重要。如果自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不能及時維修，致使系統(tǒng)不能自動運(yùn)行，這是一種最大的投資浪費(fèi)，因此必須加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高維修維護(hù)水平。

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