軟化水系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)分析與改進(jìn)

楊濤，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆 鄯善 838202）

軟化水系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)分析與改進(jìn)

楊濤，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆 鄯善 838202）

輕烴回收過程中，冷卻用水的需求量極大。水的品質(zhì)直接影響了水泵、換熱器等設(shè)備和水管線的使用壽命以及天然氣加工過程的高效、安全。軟化水系統(tǒng)高效運行是冷卻水品質(zhì)的重要保障。針對天然氣處理裝置軟化水系統(tǒng)使用過程中控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析研究，并提出改進(jìn)建議。

軟化水系統(tǒng)；控制；PLC

1 軟化水系統(tǒng)對輕烴回收的意義

天然氣處理過程中的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)為保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。用水作為冷卻劑成本低，效果好，并且不會造成環(huán)境污染。但是，由于水中含有雜質(zhì)、氧氣以及Ca2+等其他離子，會使以鋼鐵為材料的管線、空冷器、換熱器等出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢、粘泥垢問題。從表1中可以看出原水和水箱循環(huán)水中造成腐蝕、結(jié)垢和粘泥垢的物質(zhì)含量均比軟化水中的含量高。軟化水系統(tǒng)正常高效運行，有效減少了腐蝕、結(jié)垢等問題的發(fā)生，降低換熱設(shè)備的水流阻力和水泵的電耗，提高傳熱效率，是正常生產(chǎn)工藝條件的保證。

2 軟化水系統(tǒng)簡介

（1）系統(tǒng)組成。軟化水系統(tǒng)由預(yù)處理、主機、控制柜等部分組成。①預(yù)處理部分。預(yù)處理部分包括原水罐、原水泵、多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器。預(yù)處理部分主要去除原水中20μm以上的泥沙、鐵銹等顆粒及色素、異味、大量生化有機物，降低水的余氯值和其它污染物。預(yù)處理系統(tǒng)累計產(chǎn)水時間到8小時將自動對多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器自動進(jìn)行反沖洗、正沖洗等操作，保證設(shè)備產(chǎn)水質(zhì)量，延長設(shè)備使用壽命。②主機部分。主機部分由精密過濾器、高壓泵、進(jìn)水慢開門、RO主機、濃水調(diào)節(jié)閥、膜沖洗電磁閥、純水流量計和濃水流量計、壓力開關(guān)等組成。精密過濾器可有效的去除前處理系統(tǒng)未去除干凈的大于5μm的物質(zhì)，保護(hù)RO膜不受或少受污染。立式多級離心高壓泵保證了輸向RO膜的水源壓力。③純水輸出部分。這一部分由純水箱、純水泵和水位開關(guān)等組成。純水箱頂部安裝有水位開關(guān)。水位開關(guān)是靠浮球控制彈片微動開關(guān)，它是兩個觸點，通常無水時常閉，水滿后浮球起，彈片斷開。④控制系統(tǒng)。該軟化水控制系統(tǒng)核心為歐姆龍（OMRON）的CPM1A-30CDRA-VL型號的PLC。軟化水系統(tǒng)的壓力、液位等各路信息經(jīng)過PLC的處理后，PLC輸出相應(yīng)控制信號控制繼電器的動作，進(jìn)而實現(xiàn)對軟化水處理系統(tǒng)的控制。

（2）系統(tǒng)工藝流程。該軟化水系處理系統(tǒng)采用多次處理的方式去除原水中的雜質(zhì)和有害離子、降低原水的硬度。軟化水系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

圖1 軟化水系統(tǒng)工藝流程

3 軟化水系統(tǒng)存在的問題分析

從軟化水系統(tǒng)工藝流程圖（見圖1）可以看出，循環(huán)水儲罐和純水箱的水位信息沒有反饋到PLC。因此需要在人員確定循環(huán)水儲罐液位的高低后決定軟化水系統(tǒng)開啟與否；而是否開啟純水泵向循環(huán)水儲罐補水也需要人員確定純水箱的液位后才能決定。一旦軟化水處理系統(tǒng)和純水泵均開啟后，循環(huán)水儲罐和純水箱的液位反饋任務(wù)仍然由人工完成。所以，液位反饋遠(yuǎn)落后于系統(tǒng)需要。在巡檢人員較忙的情況下，若循環(huán)水儲罐已滿而系統(tǒng)仍然運行，或者純水箱已滿而純水泵未能及時開啟，就會造成大量的浪費，從而增加成本；若純水罐已被抽空（純水泵的排量為8t/h，而目前軟化水處理量只有3～4t/h），則可能使得純水泵空轉(zhuǎn)而導(dǎo)致燒泵。所以，該軟化水處理系統(tǒng)若長期在這樣的狀態(tài)下運行，不但增加了成本，而且加大了操作人員的勞動強度。

表1 水質(zhì)分析表

4 軟化水系統(tǒng)改進(jìn)方案

從上面的分析可以看出，解決上述問題需要在純水箱和循環(huán)水儲罐中安裝液位開關(guān)，以反饋液位信號。同時，通過在純水出口管線上安裝止回閥解決軟化水回流問題，可有效降低操作人員開關(guān)出口閘閥的勞動強度。改進(jìn)后，軟化水系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。改進(jìn)后軟化水系統(tǒng)中增加了液位和泵之間的連鎖關(guān)系，因而需要調(diào)整PLC控制程序以及部分線路。

圖2 改進(jìn)后軟化水系統(tǒng)工藝流程

（1）CPM1A-30CDRA-VL PLC簡介。CPM1A-30CDRA-VL PLC（Programmable Logic Controller）是日本歐姆龍（OMRON）的產(chǎn)品。它具有30個輸入輸出端子（輸入端子18個，輸出端子12個），使用交流電源，輸出為繼電器輸出。擴展連接器可以連接擴展I/O模塊，增加輸入輸出端子。CPM1A系列PLC輸入輸出端子一體化，維護(hù)簡單，具有實現(xiàn)平穩(wěn)輸入輸出動作的輸入濾波器、外部輸入終端、快速響應(yīng)輸入、間隔定時器中斷、高速計數(shù)器、模擬設(shè)定電位器、上位鏈接通信等功能。

（2）控制系統(tǒng)分析。為實現(xiàn)軟化水系統(tǒng)和純水泵的自動開停，需要增加四路反饋信號，即循環(huán)水儲罐的滿液位和低液位信號與純水箱的滿液位和低液位信號。因而，需要增加四個輸入端子。另外，要控制純水泵的啟動和停止，需要一路輸出信號，即增加一個輸出端子。同時，需要在循環(huán)水儲罐和純水箱上安裝水位開關(guān)以獲得反饋信號。現(xiàn)有控制系統(tǒng)核心CPM1A-30CDRAVL PLC的18個輸入端子和12個輸出端子均已使用。循環(huán)水儲罐液位反饋信號也已經(jīng)具備。因此，為實現(xiàn)上述控制功能需要在純水箱安裝水位開關(guān)；更換現(xiàn)有的30個輸入輸出端子的PLC為40個輸入輸出端子的PLC或者增加擴展I/O單元。為了降低改造成本，充分利用當(dāng)前已建控制系統(tǒng)，增加一臺I/O擴展單元CPM1A-20EDR，以滿足控制系統(tǒng)輸入輸出端子的需求。

5 控制系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)

（1）CPM1A編程基礎(chǔ)。CPM1A系列PLC的區(qū)域可以分為輸入繼電器區(qū)、輸出繼電器區(qū)、內(nèi)部輔助繼電器區(qū)、特殊輔助繼電器區(qū)、暫存繼電器區(qū)（TR）、保持繼電器區(qū)（HR）、輔助記憶繼電器區(qū)（AR）、鏈接繼電器區(qū)（LR）、定時/計數(shù)器區(qū)和數(shù)據(jù)存儲器區(qū)（DM）。每個繼電器區(qū)都有自己的通道號和繼電器地址，PLC的編程便是以這些地址為基礎(chǔ)的。

（2）系統(tǒng)輸入輸出信號繼電器地址分配。按照CPM1A PLC的繼電器地址分配規(guī)則，為輸入輸出信號分配輸入輸出端子。液位反饋、原水泵、純水泵等輸入輸出信號的繼電器地址進(jìn)行分配、編號見表2。原有控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號繼電器地址分配保持不變。

表2 輸入輸出信號繼電器地址分配表

（3）控制程序。改進(jìn)后控制系統(tǒng)增加部分的電氣控制原理如圖3所示。其中，KH1和KH2為輔助繼電器，其繼電器地址分別設(shè)為23111和23112。程序以梯形圖形式給出，如圖4所示。圖4中虛線所示為啟動后續(xù)流程所需的程序，即原系統(tǒng)中的自動控制程序，在此就不贅述了。C1PM1A系列PLC的程序錄入可以通過手持編程器或者計算機程序?qū)崿F(xiàn)。

圖3 電器控制原理圖

圖4 控制程序

[1]10T/H全自動反滲透軟化水系統(tǒng)操作，2006．10．

[2]CPM1A可編程控制器操作手冊，1997．2．

TM621.2

A

1671-0711（2017）09（上）-0095-02