凝結(jié)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(jié)的水。由于熱力系統(tǒng)不可避免的存在水汽損失，需向熱力系統(tǒng)補充一定量的補給水（除鹽水箱來水）。因此凝結(jié)水主要包括：汽輪機內(nèi)蒸汽做功后的凝結(jié)水、各種疏水和鍋爐補給水。這部分的凝結(jié)水需要通過一種有效的處理過程加以利用，本文所說的凝結(jié)水精處理實現(xiàn)自動化的目的是實現(xiàn)整個水處理系統(tǒng)的安全可靠的運行,確保優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)或達到規(guī)定的標準,提高管理人員的勞動生產(chǎn)率、降低能源與物料消耗。針對采用前置過濾器＋高速混床法的工藝流程,提出自動控制設(shè)計方案,主要包括現(xiàn)場儀表污水處理流量計等儀表的設(shè)計選型及配置、控制系統(tǒng)的設(shè)計等,并給出了自動控制功能的要求。將凝結(jié)水精處理的自動化設(shè)計應(yīng)用于某發(fā)電廠,取得了良好的應(yīng)用效果,提高了現(xiàn)場工作人員的工作效率。撰寫此文與各位分享。
1、引言
自動化技術(shù)的普遍應(yīng)用,極大地把人類從繁雜的體力勞動和不安全的工作環(huán)境中解放出來,顯著地改善了人類的工作環(huán)境和提高了人類的生活質(zhì)量。不僅如此,自動化技術(shù)的應(yīng)用, 還明顯地增強了企業(yè)的競爭能力,使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。凝結(jié)水精處理過程實現(xiàn)自動化的目的是實現(xiàn)整個水處理系統(tǒng)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)電廠的凝結(jié)水精處理系統(tǒng),提出自動控制設(shè)計方案。每套精處理單元由兩臺前置過濾器、三臺精處理高速混床、三臺樹脂捕捉器、一臺再循環(huán)泵和三套旁路系統(tǒng)組成。精處理的再生單元由分離塔、陰再生罐、陽再生罐和樹脂捕捉器組成, 以及輔助單元的羅茨風機、熱水箱、壓縮空氣儲罐、酸堿系統(tǒng)等。控制系統(tǒng)范圍主要包括#1 機組精處理系統(tǒng),#2 機組精處理系統(tǒng), 體外再生系統(tǒng), 輔助單元等。
3、自動控制系統(tǒng)設(shè)計
一套完整的自動控制系統(tǒng)設(shè)計,就地設(shè)備及工藝參數(shù)的測量是必不可少的, 通過對過程參數(shù)的數(shù)據(jù)采集,配套D C S 或P L C 控制系統(tǒng), 完成對整個工藝工程的在線測量、監(jiān)視及控制。
3．1 儀表選型及配置
根據(jù)工藝流程和工廠管理的需求,配置合理的在線儀表,正確顯示設(shè)備狀態(tài)及工藝過程參數(shù)。儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表、液位儀表、分析儀表等。在凝結(jié)水精處理工藝過程中,壓力和流量測量儀表是應(yīng)用*廣的測量儀表。壓力測量主要為就地指示壓力表和遠傳的壓力變送器、壓力開關(guān)等。在每臺泵的出口設(shè)置就地壓力表,應(yīng)選擇耐震型。對于帶腐蝕性的介質(zhì)要選用隔膜壓力表。前置過濾器旁路閥的前后、混床旁路閥的前后、前置過濾器前后以及樹脂捕捉器前后設(shè)有差壓變送器,用來監(jiān)測相應(yīng)系統(tǒng)的差壓。當樹脂捕捉器前后的壓差超過某一設(shè)定值時,樹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,樹脂捕捉器要進行反沖洗。在每套前置過濾器和混床入口前設(shè)升壓旁路閥,升壓旁路閥的作用是保證前置過濾器和混床在投運前, 入口壓力緩慢上升,防止壓力升高過快對前置過濾器和混床內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊,壓力的變化由壓力變送器來監(jiān)測。
流量測量儀表常用污水處理排水管道流量計和差壓式流量計。污水處理排水管道流量計要求測量介質(zhì)必須具有導(dǎo)電能力, 電導(dǎo)率大于閾值。若電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生很大的測量誤差。污水處理排水管道流量計在選型時,根據(jù)工藝介質(zhì),要選擇合適材質(zhì)的電極,對于沒有腐蝕性的水來說, 選擇不銹鋼電極就能滿足要求。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察到, 需要選擇分體式的污水處理排水管道流量計,將變送器和傳感器分開的,這樣傳感器可以安裝在容易查看的位置。污水處理排水管道流量計應(yīng)該有良好的接地。差壓式流量計主要包括孔板類流量計、巴類的流量計等。流量儀表安裝注意要滿足前后直管段的要求。每臺前置過濾器和混床的入口設(shè)有流量計。流量計用來監(jiān)測通過前置過濾器和混床的凝結(jié)水流量,通過流量計的輸出信號,也可以累計周期制水量。陽陰再生塔的沖洗水管上設(shè)有流量計, 監(jiān)測再生塔的沖洗水流量。沖洗水泵出口母管上設(shè)有流量計, 指示泵啟動后輸送至各個部位的流量。溫度變送器用來監(jiān)測系統(tǒng)入口母管凝結(jié)水的溫度。
稀堿液管上設(shè)有溫度變送器,通過溫度變送器的輸出信號控制三通調(diào)節(jié)閥的開度。熱水箱上配有溫度變送器,通過溫度變送器的輸出信號控制加熱器的開,關(guān)及加熱器投入的組數(shù)。
在水處理過程中分析量的測量尤其重要,這是反應(yīng)水質(zhì)好壞的重要參數(shù), 如P H 、電導(dǎo)率、硅的含量、濃度計等。每個混床的出口設(shè)有電導(dǎo)率表,硅表,鈉表,主要用來監(jiān)測混床出水水質(zhì), 當某項出水指標不合格時,備用混床投運后, 失效混床退出運行, 進行再生。混床出水母管上設(shè)有電導(dǎo)率表, 硅表,PH 表, 主要監(jiān)測精處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)。陰再生塔排水管上設(shè)置電導(dǎo)率表,監(jiān)測陽陰再生塔內(nèi)的樹脂再生,清洗是否合格。稀酸堿液管上設(shè)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(shè)置分析儀表取樣架, 導(dǎo)電度表、P H表、鈉表、硅表等集中安裝在取樣架內(nèi)。每路樣水在盤內(nèi)經(jīng)減壓降溫后進入傳感器。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。
水處理過程中常有水池、水箱等,根據(jù)具體情況選用合理的液位計。通常開放式的水池,設(shè)置超聲波液位計。超聲波液位計測量精度較高、穩(wěn)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儀表, 這類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關(guān)量信號遠傳到控制系統(tǒng)。前置過濾器, 混床排氣母管上設(shè)有液位開關(guān), 自動監(jiān)測前置過濾器,混床充水是否充滿。再生塔排氣母管上設(shè)有液位開關(guān),自動監(jiān)測再生塔充水是否充滿。熱水箱上配置液位開關(guān),防止低液位時加熱器過熱而導(dǎo)致加熱器燒壞。酸堿計量箱上設(shè)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(tǒng)后在L C D 畫面上顯示液位高低的功能。
3.2 控制系統(tǒng)的選型及配置
根據(jù)具體的輸入輸出點數(shù)及控制功能要求,選擇合適的控制系統(tǒng)。DCS 和PLC 作為計算機技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,為水處理過程自動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(tǒng)的基本形式主要有三種DCS 系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)和PLC 控制的系統(tǒng)。從規(guī)模來看三種系統(tǒng)所適用的規(guī)模是不同。DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)一般適用于控制點比較多而且廠區(qū)規(guī)模比較大的系統(tǒng),PLC 的控制則用于小型而且控制點比較集中的控制系統(tǒng)。DCS 系統(tǒng)適用于模擬量多,閉環(huán)控制多的系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是適用用于控制點相當較少而且特別分散的系統(tǒng)。從施工和維護的角度來看,傳統(tǒng)的DCS 系統(tǒng)布線的工作量要遠遠大于現(xiàn)場總線系統(tǒng)。此外, 現(xiàn)場總線系統(tǒng)與D C S 系統(tǒng)相比, 還有*為重要的一點是開發(fā)性好, 擴展方便。
由于凝結(jié)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(tǒng)較普遍,若有距離比較遠相當集中地控制設(shè)備,可以考慮設(shè)置遠程IO站。通常在#1 機組精處理系統(tǒng),#2 機組精處理系統(tǒng),體外再生系統(tǒng)各布置在不同位置, 且相互的距離較遠。根據(jù)控制規(guī)模及廠里人員設(shè)置,可配置2 套至3 套操作員控制站。
4、自動控制功能的要求
對于工藝系統(tǒng)內(nèi)所有的電動/ 氣動閥門、風機、泵等設(shè)備均采用自動控制、遠方控制和就地控制三種控制方式。就地控制模式:設(shè)備的現(xiàn)場控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠方”開關(guān)選擇為“就地”方式時,通過現(xiàn)場控制箱或MCC 控制柜上的按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的啟/ 停、開/ 關(guān)操作。遠方控制模式:即遠方手動控制方式。現(xiàn)場控制箱或M C C 控制柜上的“就地/ 遠方”開關(guān)選擇為“遠方”方式,操作人員可以通過中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面用鼠標或鍵盤選擇“遠控”方式并對設(shè)備進行啟/停、開/ 關(guān)操作。自動控制模式:現(xiàn)場控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 遠方”開關(guān)選擇“遠方”方式,且控制站的“自動/ 遠控”設(shè)定為“自動”方式時,設(shè)備的運行完全由各控制站根據(jù)水處理系統(tǒng)的工況及生產(chǎn)要求來完成對設(shè)備的運行或開/ 關(guān)控制, 而不需要人工干預(yù)。控制方式設(shè)計為:就地手動控制優(yōu)先,在此基礎(chǔ)上,設(shè)置遠方控制和自動控制。控制級別由高到低為: 現(xiàn)場手動控制、遠方控制、自動控制。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)自動閥門常以氣動閥門為主, 氣動閥門的控制電磁閥相對集中布置在就地電磁閥柜/ 箱內(nèi),并盡量考慮設(shè)備的完整性,例如每套前置過濾器裝置設(shè)一個電磁閥柜, 公用的閥門采用就近布置。在電磁閥柜面板上設(shè)有就地操作開關(guān),就地/ 遠操開關(guān)采用鑰匙型開關(guān), 所有的鑰匙型開關(guān)均可以用一把鑰匙操作,既避免了操作人員帶多把鑰匙,又避免了無關(guān)人員的誤操作。
采用此工藝的凝結(jié)水精處理主要的控制功能要求至少包括以下過程控制:以順序控制為主。前置過濾器的排水、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、樹脂送出、樹脂送入、排水、樹脂混合等;分離塔的進水、進氣排水、空氣擦洗、樹脂分離、沖洗等;陰再生罐的重力排水、陰樹脂空氣擦洗、陰樹脂空氣擦洗并反洗、壓縮空氣充壓等; 陽再生罐的重力排水、陽樹脂空氣擦洗、陽樹脂空氣擦洗并反洗等。
5、應(yīng)用實例
天津北塘熱電廠2 × 350MW 機組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)*終設(shè)計規(guī)模為2 × 950 噸/ 小時,處理工藝采用前置過濾器＋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(shè)備的運行信號的傳送和顯示;根據(jù)電氣設(shè)備的運行要求及主要工藝參數(shù)的控制要求,設(shè)置自動控制系統(tǒng)。本項目根據(jù)工藝要求, 配置必要的測量儀表, 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,液位開關(guān)7 套,孔板流量計17 套,濃度儀表2 套,PH 儀表2 套,電導(dǎo)儀表10 套,多通道硅表和鈉表各2 套等。
采集過程參數(shù), 每個氣動閥門均采用雙電控方案:DO:2 點/DI:2 點;每個電動門:DO:2 點/DI:3 點;每臺電動機:DO:2 點/DI:4 點。實際測點數(shù)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(shù)字量輸入信號;DO 表示數(shù)字量輸出信號。根據(jù)控制點數(shù)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(tǒng)EDPF,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)冗余配置, 設(shè)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。電廠運行人員可以在操作員站上實現(xiàn)對工藝流程圖及測量參數(shù)的監(jiān)視及控制。根據(jù)工藝系統(tǒng)特點以及控制系統(tǒng)的安全可靠,整套DCS 控制系統(tǒng)配置3 對DPU 控制器模塊,分別用于# 1 機組凝結(jié)水精處理單元、# 2 機組凝結(jié)水精處理單元和公用系統(tǒng)單元。實現(xiàn)了對前置過濾器、高速混床、樹脂分離塔等設(shè)備的順序控制。
6、結(jié)束語
針對采用前置過濾器和高速混床的凝結(jié)水精處理系統(tǒng), 提出自動控制設(shè)計方案, 根據(jù)工藝系統(tǒng)具體要求配置合適類型的儀表及控制系統(tǒng)。將凝結(jié)水精處理的自動化設(shè)計應(yīng)用于天津北塘發(fā)電廠,取得了良好的應(yīng)用效果, 提高了現(xiàn)場工作人員的工作效率。

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