變頻加藥裝置的現場試驗效果評價

司維

（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

1 概述

污水站每天加藥量是根據處理量，手動操作控制，默認瞬時來水，加藥量不能隨著處理量的隨時變化而進行及時調整，導致當天的加藥量和處理量產生誤差，造成藥劑浪費，影響水質指標。綜合所述現有工藝設施存在以下幾點問題：當來液量突然增加時，加藥量無法及時增加，導致水質不合格；當來液量突然減少時，會造成藥劑的浪費，增加藥劑成本；當液量發生變化時，電動機始終在一個功率數值上運轉，無法及時進行合理調控，造成電量的浪費。

針對上述不足，為了解決精準加藥，提升水質，在某站率先開展變頻加藥裝置的現場試驗效果跟蹤。實現了在加藥濃度不變的前提下，根據來液量合理調節加藥泵電動機轉速，達到智能變頻調整加藥量的目的。

2 工作原理

現場試驗的智能變頻加藥調節裝置，由變頻器、信號隔離柵、PLC、開關電源等幾部分組成。它是在原有流程中增加一系列的裝置，實現將工頻電源（50 Hz 或60 Hz）變換成各種頻率的交流電源，通過旋轉按鈕調節輸出頻率的大小，實現對加藥泵電動機變速運行的功能，其后控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電[1]。智能變頻加藥調節裝置見圖1。

圖1 智能變頻加藥調節裝置

2.1 參數采集與處理

每日來液量由流量計實時計量，計量數據轉換輸出為4～20 mA 信號，經信號隔離柵分配成2 路電流信號，一路到二次儀表在值班室儀表柜上顯示流量計的數值；另一路到PLC 經內部編好的程序運算處理，并將處理后的電流信號輸入給變頻器，調整變頻器輸出頻率，控制加藥泵電動機轉速[2]，從而達到通過來水流量變化隨時跟蹤調節加藥量的目的。

智能變頻加藥調節裝置現場采用一拖二的安裝方式，當加藥電動機運行頻率到達50 Hz 時，裝置可自動由變頻狀態切換到工頻狀態下運行[3]。

2.2 主要技術指標

該裝置根據流量計變化輸出4～20 mA 信號，通過安全柵，將信號傳到PLC 可編程控制器；由PLC可編程控制器將4～20 mA 信號通過內部程序[4]運算轉換成平均信號數值；再通過信號電纜輸入到變頻器電流信號端子，通過變頻器輸出的0～50 Hz 頻率，來控制電動機0～1 440 r/min 轉速的變化，實現智能合理加藥的效果[4]。

3 現場試驗

變頻加藥裝置安裝在某污水處理站，進行現場試驗運行1 年時間，試驗期間開展對水質指標的影響、藥劑使用情況及適應性的監測。

3.1 水質指標監測

變頻加藥裝置設計的首要目的就是提高藥劑利用率，提升水質指標。在確保裝置中各部件各項參數傳遞、計算準確的情況下，試驗期間首先監測該裝置的應用對外輸水含油、外輸水懸浮物兩項指標的影響。

試驗期間要求：操作人員不變；保持日常添加藥劑的廠家、批號及加藥濃度不變；反沖洗正常進行，時間、周期不變；來水閥門全部敞開，保證處理量呈自然波動狀態。要求化驗并詳細記錄，處理量、來水和外輸水的兩項水質指標評定數據。排除在試驗過程中出現的外界影響因素，達到取樣手法統一、操作步驟統一，減少人為因素對試驗效果的影響[5]。從而保證實驗數據的可比性，安裝前、后水質指標數據見表1。

表1 安裝前、后水質指標數據對比

從試驗數據可見：安裝前，當處理量上下波動時，外輸水質兩項指標主要因處理量變化而變化；安裝后，當處理量上下波動時，外輸水質兩項指標不因處理量變化而變化，僅隨來水指標變化而變化。安裝前后，來水指標基本一致，安裝該裝置后，外輸水含油量下降了20.38%，懸浮物下降11.35%，可見該裝置有利于水質處理。

3.2 藥劑指標監測

安裝加藥裝置后的連續試驗，從經濟效益角度出發監測了裝置應用后的藥劑消耗情況，同時按原加藥方法計算了相應的加藥量（藥劑用量=前一天處理量× 最佳加藥濃度），安裝前后加藥量對比見表2。

表2 安裝前后加藥量對比

經分析可知，當加藥濃度不變，處理量比較穩定時，經計算安裝該裝置后7 天即可節約藥劑56 kg。

3.3 節電監測效果

單臺加藥泵在工頻耗電功率為1.5 kW，頻率50 Hz。試驗后變頻器頻率當從50 Hz 降至45 Hz得，經計算耗電功率為1.09 kW，單臺電動機節能0.41 kWh；單臺年節電3 542.4 kWh；按電費0.45元/kWh計算，年節約共計1 594 元[6-7]。

3.4 適應性效果監測

3.4.1 穩定性效果

從兩個階段的實驗數據可見，安裝后的外輸水含油、懸浮物對比見圖2，指標穩定性相對較好。從圖2 中安裝前后數據比對可知，外輸水含油指標下降2～4 mg/L，外輸水懸浮物降低1～3 mg/L，水質兩項重要指標均在20 mg/L 以下，滿足外輸要求且穩中有降。實驗期間內，指標波動在6%～10%，較安裝前波動范圍減少16%左右，因此該裝置使用效果較好，安裝后設備在生產運行中平穩無異常，指標波動量更小[8]。

圖2 安裝前、后外輸水含油、懸浮物對比

3.4.2 經濟性效果

1）該裝置可使注水水質含油量下降20%，減少原油回注量，改善無效循環，節約注采成本[9]。

2）制造成本：電源開關的價格230 元；PLC 可編程控制器CS7-200 價格1 350 元；信號隔離柵wp6047—EX 價格243 元；變頻器價格1 250 元；信號電纜100 m 價格400 元；輔助電器1 227 元。總制造成本4 700 元。

直接經濟效益：一年節省絮凝劑28 800 元；一年節省助凝劑99 900 元；一年節省殺菌劑70 200 元；一年節省助洗劑4 800 元；一年節省電費3 188 元。

總經濟效益：應用智能變頻加藥裝置年可創經濟效益20.1 萬元；在四座污水站實施應用將節省藥劑費用80 萬元以上。如果在油站推廣，一年將節約上百萬元。

4 結論及建議

1）由過去的階梯調節加藥泵排量改變成無極調節加藥量，加藥量隨著處理量的改變能夠進行合理自動調整，實現了藥劑通過智能變頻加藥調節裝置自動加藥。

2）智能變頻加藥裝置在生產中運行平穩，應用后外輸水含油量下降20%，有利于水質提升，可減少原油回注量，改善無效循環，減少水質對地層開發的影響[10]，同時節約藥劑投入成本，有助于企業降本增效。