自動加藥系統(tǒng)在石化行業(yè)鍋爐水處理中的應(yīng)用
摘要：介紹了由水質(zhì)在線分析儀(如PH表、磷表)與PLC和變頻器組成閉環(huán)自動控制加藥系統(tǒng)在撫順石油二廠爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理中的應(yīng)用。由在線分析儀、PLC、變頻器組成的閉環(huán)控制自動加藥系統(tǒng)，增強(qiáng)了控制先進(jìn)性和可靠性。此套自動加藥系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工加藥不準(zhǔn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失且對于節(jié)省人力、降低消耗、確保爐水安全、保證水質(zhì)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：水質(zhì)在線分析儀；計量泵；協(xié)調(diào)磷酸鹽處理；閉環(huán)控制
0引言
當(dāng)今隨著以半導(dǎo)體功率器件為核心的電力電子技術(shù)的發(fā)展和以計算機(jī)為代表的控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)，水質(zhì)在線監(jiān)測儀表、變頻器技術(shù)和PLC的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的各方面。水質(zhì)在線儀表是生產(chǎn)現(xiàn)場最直接的檢測設(shè)備，被稱為自動化的“眼睛”，其準(zhǔn)確性直接影響到自動化控制的精度。變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，以其明顯節(jié)能效果、高可靠性、較高功率因數(shù)及效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今電氣拖動系統(tǒng)的佼佼者。可編程序邏輯控制器(PLC)，是近年來發(fā)展起來的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動化控制裝置，它已成為解決自動控制問題的最有效工具之一，它編程簡單并且穩(wěn)定可靠越來越受到人們的重視，PLC可以用于各種工業(yè)過程的閉環(huán)控制。當(dāng)前自動加藥系統(tǒng)已廣泛采用PLC自動控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。
1我廠投入爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽自動加藥系統(tǒng)的原因及控制目標(biāo)
引入原因：由于鍋爐在運(yùn)行中，因凝汽器的滲泄漏和爐水大量蒸發(fā)而引起的爐水鹽分極度濃縮，會造成爐管積鹽、結(jié)垢。以前我廠投入的一套手動加藥系統(tǒng)每天人員分幾班倒，人工取樣實(shí)驗室分析爐水的PH值和磷酸根值，靠人為經(jīng)驗配藥后開啟手動加藥泵加藥。因取樣不及時、實(shí)驗室儀表不準(zhǔn)確、人的素質(zhì)參差不齊等因素造成了系統(tǒng)加藥不理想，該加的時候不加，不加的時候又大量加，這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，最關(guān)健的是造成了鍋爐設(shè)備腐蝕程度嚴(yán)重加劇。因而我方經(jīng)過考查研究引入了這套自動協(xié)調(diào)磷酸鹽加藥系統(tǒng)，該方法要求嚴(yán)格控制PH值和磷酸根值，從而實(shí)現(xiàn)R值(鈉離子的量濃度與磷酸根爐離子的量濃度比)的嚴(yán)格控制以保證協(xié)調(diào)磷酸鹽處理的水質(zhì)工況。協(xié)調(diào)磷酸鹽自動加藥系統(tǒng)常采用開關(guān)量控制二鈉和三鈉的選擇，加藥泵選用進(jìn)口機(jī)械隔膜計量泵，使用交流電機(jī)驅(qū)動。當(dāng)磷酸鹽超過給定值時停泵；當(dāng)磷酸鹽低于給定值時啟動泵。
控制目標(biāo)：自動連續(xù)分析爐水磷酸根和PH值，輸出信號送上位機(jī)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)，加藥量，根據(jù)水質(zhì)、水量的變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時自動調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳處理效果。當(dāng)某泵故障時，備用泵自動投入使用，調(diào)節(jié)池液位實(shí)施連鎖，低液位自動停泵并報警。根據(jù)工藝參數(shù)要求自動開啟二鈉和三鈉藥箱電磁閥加相應(yīng)的藥，低液位時開啟補(bǔ)水閥補(bǔ)除鹽水。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、匯總、打印，上位機(jī)出現(xiàn)故障時，PLC可脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。
2控制原理
自動加磷裝置通過對爐水自動協(xié)調(diào)磷酸鹽處理，控制PH值(9—10PH)和磷酸根值(315mg／1)，從而實(shí)現(xiàn)R值(鈉離子的量濃度與磷酸根離子的量濃度之比)的嚴(yán)格控制，以防止機(jī)組運(yùn)行時雜質(zhì)進(jìn)人鍋爐而引起積鹽結(jié)垢。其控制原理為：通過汽水取樣盤的在線磷表和PH表監(jiān)測爐內(nèi)磷酸根含量和PH值并輸出4—20mA標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)入PLC，整個PLC控制系統(tǒng)按用戶要求實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)功能通過一系列算法處理(PID)再經(jīng)過功能模塊輸出4—20mA信號進(jìn)電控柜內(nèi)變頻器，相應(yīng)控制計量泵的轉(zhuǎn)速，以便自動調(diào)節(jié)計量泵的輸出流量，調(diào)節(jié)流量范圍為0100％。在PLC中配有AD和DA模塊，來自磷表和PH表的420mA信號經(jīng)PLC進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出至變頻器控制計量泵調(diào)節(jié)加藥量。啟動備計量泵時，PLC先輸出接點(diǎn)信號(開關(guān)量)到交流接觸器，接通變頻器電源，然后再正常啟動泵。
此系統(tǒng)最關(guān)鍵的設(shè)備是自動化在線分析儀磷表和PH表，它是保證整個閉環(huán)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的信號來源。在線儀表的測量值作為反饋，系統(tǒng)中采用PID算法，各系統(tǒng)PLC與中控室計算機(jī)通訊。PID算法如下：
U=Kp[e(t) fe(t)Xdt／T1 TDXde(t)／dt] U0
u：調(diào)節(jié)器的輸出信號；e(t)：調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于測量值和給定值的之差；Kp：調(diào)節(jié)器比例系數(shù)；T1：調(diào)節(jié)器的積分時間；TD：調(diào)節(jié)器的微分時間；U0：輸出補(bǔ)償。
控制流程圖如圖1所示。
 |
3控制系統(tǒng)的組成
所有測量數(shù)據(jù)如水位、液位、藥位在中央控制室集中顯示。磷酸鹽協(xié)調(diào)處理控制系統(tǒng)由加拿大HBcontrols公司PH表、磷酸根表；三菱PLC控制器；西門子：6se6440—2ud21變頻器以及電磁閥、加藥泵和電機(jī)等組成，如圖2所示。
 |
PLC控制器根據(jù)PH值和磷酸根值計算出R值，由R值確定加藥的品種，去控制磁閥的開啟和關(guān)閉；磷酸根值作為系統(tǒng)的給定值？刂葡到y(tǒng)的等效框圖如圖3所示。圖3中E(s)為系統(tǒng)誤差，u(s)為中間函數(shù)。
4控制算法
在協(xié)調(diào)磷酸鹽控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)存在很大的時延，并且有兩個反饋信號(鍋水PH值和磷酸根值)，控制參數(shù)也有兩個，即系統(tǒng)為兩輸入、兩輸出系統(tǒng)。由于對象的數(shù)學(xué)模型是變化的，因此用經(jīng)典的方法設(shè)計控制器十分困難。為了簡化系統(tǒng)硬件組成和控制算法，我們采用專家系統(tǒng)的方法對被控對象實(shí)施控制。專家控制器的控制算法可以用如下的語言模型來描述。
4．1加藥品種選擇算法
當(dāng)鍋水R值大于某確定值(給定值)時，說明三鈉過量，應(yīng)補(bǔ)充二鈉；反之，應(yīng)補(bǔ)充三鈉。由于鍋爐純滯后時間過長，因而必須設(shè)定一個死區(qū)，否則會引起R值的振蕩，甚至?xí)^允許范圍。其算法如下：
 |
 |
5結(jié)束語
本文介紹了水質(zhì)在線分析儀、PLC和變頻器組成閉環(huán)自動控制加藥系統(tǒng)在撫順石油二廠爐內(nèi)協(xié)調(diào)磷酸鹽處理中的應(yīng)用。由于采用了水質(zhì)在線分析儀、PLC可編程控制器、專家控制算法和變頻調(diào)速技術(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)的手動控制或常規(guī)的自動加藥控制系統(tǒng)存在的問題，建議以后在工業(yè)自動化現(xiàn)場大量推廣。
參考文獻(xiàn)
1肖作善．熱力設(shè)備水汽理化過程[M]．北京：水利電力出版社，1987
2俞云奎，羅耀華．可編程序調(diào)節(jié)器、控制器原理與應(yīng)用[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1997
3俞金壽．過程自動化及儀表[MI．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996
4朱善君．可編程序控制系統(tǒng)：原理·應(yīng)用·維護(hù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1992
5李士勇．模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制論(第2版)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
