靖海電廠凈水站混凝劑加藥控制系統改進設計

【摘 要】本文針對靖海電廠化學水預處理凈水站混凝劑加藥控制系統存在的問題進行了改進設計。實現了沉淀池原水加藥量的自動控制，滿足控制室及就地控制柜均可操作的功能，使得運行人員對水質指標進行實時監控。

【關鍵詞】混凝劑加藥；改進；自動控制

靖海電廠#3、4百萬機組采用高參數、大容量的直流型鍋爐，對鍋爐補給水的水質要求特別高。從頂溪水庫來的天然淡水，首先經過凈水站除去水中的固體顆粒物、懸浮物、膠體等雜質，然后進入除鹽水系統進一步除去水中的陰陽離子，才能成為合格的鍋爐補給水。凈水站混凝劑加藥系統向反應沉淀池加入適量的混凝劑，用以除去水中的懸浮物和膠體。舊的混凝劑加藥系統存在調節性能差、不能遠方監控等問題，致使混凝反應效果不好，直接影響鍋爐補給水的品質，影響機組長期安全穩定運行。為此，我們對混凝劑系統采取了一系列的改造措施，實現其遠程集中精確控制，提高鍋爐補給水品質。

1 混凝劑加藥原理

靖海電廠化學水的預處理工藝流程包括：混凝、沉淀、澄清和過濾。由于水源直接取自較混濁的天然水，因此應先進行混凝處理。水的混凝處理就是通過加入混凝劑，使水中細小的懸浮物和膠體顆粒轉變為大顆粒狀沉淀物而下沉。靖海電廠凈水處理系統中采用的混凝劑聚合鋁（PAC）。它在水溶液中形成具有高電荷的聚合正離子，可有效地中和水中膠體顆粒表面的負電荷，提高壓縮膠體顆粒擴散層的能力。另外，它的分子量比其他鋁鹽混凝劑大的多，形成紊凝物的速度快，吸附能力強，密度大，容易沉降。經過加藥后的原水，絮凝體己充分結大，當水流進入平流沉淀池之后，水中的絮凝顆粒一方面隨水流向前運動，一方面在重力作用下下沉，具有臨界沉速U。的顆粒恰好在到達平流沉淀池的末端沉到池底，而沉速大于U。的顆粒在到達平流沉淀池末端以前就己沉到池底，沉速小于U。的顆粒則不能沉到池底而隨水流帶出池外。沉到池底的顆粒定期或不定期排出池外，從而使水得以澄清。

混凝劑加藥系統就是在原水進入反應沉淀池前自動添加適量的混凝劑。改進前采用的是單因子全自動混凝投藥自控系統。根據頂溪水庫來水水質情況，由混凝劑自動投藥裝置的單因子膠體遠程傳感器及電腦測控儀檢測來水水質情況，并增加沉淀池后出水濁度反饋及流量比例前饋控制，最終控制混凝劑計量泵自動投加最佳劑量的藥液至設計的加藥點，使原水中的懸浮物和膠體雜質在后續的沉淀工藝中得到有效去除，同時根據不同的配比完成對混凝劑的配藥功能。

2 凈水站混凝劑加藥控制系統存在主要問題

凈水站混凝劑加藥控制系統自投產以來長期不能正常投入自動運行，需要運行人員根據水質的變化就地進行操作。加藥控制系統對系統水質變化的響應速度慢，存在較大安全隱患。單因子全自動混凝投藥自控系統在實際運行過程中發現存在以下幾個問題：

2.1現場設備故障率高導致程控時常不能正常運行

主要有：①現場變頻器比較老，已停產，故障率高。②濁度計安裝設計不合理，儀表直接安裝在進出水管上，不能離線進行保養維護，長期運行后濁度儀測量準確度較低。③就地執行機構無設就地操作功能且故障率較高，電磁閥隨閥門露天布置，受環境影響缺陷較多，閥門經常不能正常動作。

2.2 控制系統問題

主要有：①系統的所有操作功能只能通過就地控制柜的觸摸屏和手操按鈕進行，整個系統的運行完全依賴于現場PLC系統的正常運行，運行人員在控制室無法對現場設備進行手動操作。②該控制功能采用小型化的施耐德PLC完成，開發公司對內部程序設置了安全密碼，導致無法讀取內部程序，存在較大的系統風險，若PLC出現故障，整個混凝劑投藥自控系統將無法修復；現場設備中觸摸屏損壞，因廠家不提供程序無法更換新的觸摸屏。③現場配置的加藥儀測量的相關參數在系統內部封閉，運行人員無法對出水水質進行有效的監控，尤其是加藥儀或者單因子測量探頭出問題的情況下，必須通過現場巡檢才能發現問題。

3 凈水站混凝劑加藥控制系統的改進及實施措施

鑒于以上問題，整個投藥控制系統需要進行改進設計。改進后的混凝劑加藥控制系統滿足自動投藥、運行人員可遠方和就地操作功能、便于監控水質、測量探頭易于清理等要求，對現場設備及控制系統進行了如下改進：

3.1 現場設備改進措施

（1）變頻器優化

現場控制加藥計量泵的變頻器品牌老舊，已經停產，故障率較高，經常性需要到就地重啟。根據我廠的變頻器使用情況，及該項目的工藝控制要求，將其3臺變頻器升級更換為ABB公司ACS355系列的變頻器，統一設備，便于維護管理。

（2）濁度儀安裝優化

原濁度計安裝設計不合理，儀表直接安裝在進出水管上，不能在線進行保養維護。改進后，在進、出水管道分別安裝取樣管和流通池，把樣水引到便于維護處進行測量。濁度儀選用美國HACH公司的1720E低量程濁度儀，該濁度儀廣泛應用于自來水廠：濾前、濾后、沉淀和出廠水的濁度監測以及工業過程水質監測等。

（3）就地氣動執行機構改進

就地執行機構無設就地操作功能，故障率較高。在PLC故障時無法對系統進行有效干預，所以就地增加了兩個電磁閥有手自動切換和就地手操按鈕的控制箱。在控制系統故障時，運行人員也可以在就地電磁閥處進行投藥操作。

3.2 控制系統的改進

（1）控制流程的改進

由于原系統采用單因子加藥控制系統，其系統存在對其現場加藥無法直接控制，對其加藥量及運行工況不能進行全面的監控等情況，因此存在一定的安全隱患，控制流程可以更改為PLC加濁度傳感器的控制方式，實現其自動加藥控制。其更改后的控制流程圖如圖1。

更改后的控制流程中，在反應沉淀池進水管與出水管加裝濁度傳感器，并將傳感器信號接入PLC系統，由PLC對其進水流量及原水和出水的水質濁度參數進行分析及運算，實現PID控制，對其混凝劑加藥泵進行自動控制。以進水流量*原水濁度按一定比例進行加藥，時間T后，以出水濁度檢測其效果，并進行微調，其設定值為出水濁度要求值，反饋值為出水濁度值，通過其相應的運算控制變頻器加藥計量泵頻率來控制加藥量，從而控制出水濁度的目的。

（2）控制系統改進

為將凈水站混凝劑加藥控制系統接入輔網供運行人員操作，需對其原單因子全自動混凝投藥自控系統進行升級改造，原控制系統使用的是施耐德早期的PLC控制系統產品，現已停產，需要將PLC系統升級成昆騰系列的PLC直接通過以太網接入輔控網絡，僅保留輔網操作功能。升級后的PLC系統CPU采用昆騰140 CPU 43412，以太網模塊采用 140 NOE 77101，IO卡件采用140系列卡件，升級后的系統通過TCP/IP通訊方式聯入水網控制室的交換機。在軟件開發中，采用的是Modicon公司的Concept 2.6軟件完成對PLC可編程控制器程序的編寫，采集外界各種信號。實現上位機監控操作的開發軟件采用的是美國GE公司的組態軟件iFix4.5。

改進完成后監控畫面可以直接從輔網控制室進行監控操作，維護人員可以隨時通過筆記本或者任一臺上位機在輔網中對控制邏輯進行組態或者監控。

4 結語

改進后的混凝劑加藥自控系統完成半年以來，設備運行狀況良好，能及時根據出水濁度設定值自動投入合適的藥量，使出水水質達到供水要求。在輔網控制室對加藥系統進行監控，減少運行人員勞動強度。

[責任編輯：謝慶云]