軟化水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略

陶秀琴(青海黃河水電公司新能源分公司，青海 西寧 810000)

0 引言

隨著工業(yè)污染問題的不斷加劇，水處理工作也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，在此態(tài)勢下，如何實(shí)現(xiàn)水處理工藝的最佳效果成為諸多企業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)問題。與此同時(shí)，隨著我國科技的發(fā)展，軟化水處理系統(tǒng)也逐步向自動(dòng)化控制的方向發(fā)展，對此，本文主要以天然氣處理裝置中的軟化水系統(tǒng)為例，研究軟化水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)以及優(yōu)化策略。

1 軟化水系統(tǒng)簡介

1.1 軟化水系統(tǒng)對輕烴回收的意義

軟化水系統(tǒng)對于輕烴回收有著重要意義[1-2]。在天然氣處理工作中，只有控制好循環(huán)冷卻水的質(zhì)量，才能夠確保天然氣處理工作的整體效率。而冷卻用水作為其中的關(guān)鍵介質(zhì)，其質(zhì)量也將直接影響到天然氣處理的整體質(zhì)量。在傳統(tǒng)冷卻用水工藝中，往往選擇采用一些化學(xué)物質(zhì)，包括冷卻劑、凈水劑等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水體凈化的效果，而且此種方法并不會對周邊環(huán)境造成污染。但應(yīng)用此種方法進(jìn)行水資源的處理工作，水體中所含有的一些雜質(zhì)難以量化的去除，而且水體中還含有Ca2+、CO2等物質(zhì)[3]，這些材料附著在水體中，遇到一些鐵、鋼等材料，將會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。若將這種經(jīng)過處理后的水體應(yīng)用到工業(yè)用水中，遇到鋼鐵管材，則會產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢等問題，為后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行帶來不利影響。為了有效的解決此種影響，軟化水處理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。此種水處理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，能夠良好的解決上述銹蝕問題。

1.2 軟化水處理系統(tǒng)概述

本文中所提到的軟化水處理系統(tǒng)主要可分為四部分：預(yù)處理、主機(jī)、輸出以及控制部分[4]。其中預(yù)處理部分主要包括軟化水處理系統(tǒng)內(nèi)部的原水泵、水罐、活性炭過濾器、介質(zhì)過濾器等。此部分主要是起到基礎(chǔ)過濾作用，包括對水體中所含有的泥沙、顆粒、色素、味道等有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行過濾，將這些水體中所含有的雜質(zhì)濾除，從而達(dá)到降低水的余氯值的最終效果。借助該部分的活性炭過濾器，可以有效的將水體中的一些雜質(zhì)過濾掉，介質(zhì)過濾器可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)沖洗的操作，確保這一階段過后，水體中的一些泥沙、色素、異味能夠被有效消除。主機(jī)部分主要包括一些精密過濾設(shè)備、RO主機(jī)、進(jìn)水慢開門、膜沖洗電磁閥、立式多級離心高壓泵等，其中，通過該部分中的精密過濾設(shè)備，能夠?qū)⑺w中5μm以上的物質(zhì)全部濾除，從而進(jìn)一步的對水體進(jìn)行凈化處理，并且還可以對RO主機(jī)中的RO膜進(jìn)行保護(hù)，避免受到水體中雜質(zhì)的污染。立式多級離心高壓泵可以為軟化水處理系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的水源壓力支持，保證水體能夠源源不斷的輸向RO膜，從而起到一個(gè)循環(huán)的效果。輸出部分主要是指經(jīng)過前兩個(gè)部分的過濾，從而輸出純水。該部分主要包括純水泵、水位開關(guān)、純水箱等。其中，水位開關(guān)一般安裝在純水箱的頂部，并且由浮球?qū)ζ溥M(jìn)行控制。當(dāng)達(dá)到一定的水位時(shí)，浮球上浮，觸動(dòng)與之相連的彈片，進(jìn)而接觸到觸點(diǎn)，此時(shí)彈片斷開，則進(jìn)水口關(guān)閉?？刂葡到y(tǒng)主要對整個(gè)軟化水處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。本文中所提到的軟化水處理系統(tǒng)中選擇英語型號為CPM1A-30CDRA-VL的PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要對軟化水處理系統(tǒng)的壓力、液位等信息進(jìn)行采集，經(jīng)過PLC終端進(jìn)行處理后，輸出到相應(yīng)控制信號，對其進(jìn)行控制。本文中所提到的軟化水處理系統(tǒng)在進(jìn)行水體處理時(shí)，主要采取重復(fù)過濾、多次處理的方式，達(dá)到將原水中的有害離子、雜質(zhì)進(jìn)行全面消除，并且能夠在一定程度上降低水體硬度，達(dá)到軟化的效果。圖1為軟化水處理系統(tǒng)工藝流程圖。

1.3 軟化水處理系統(tǒng)問題分析

在軟化水處理工藝執(zhí)行過程中，有兩個(gè)設(shè)備的水位信息并沒有集中反饋到控制部分，造成控制部分無法對系統(tǒng)進(jìn)行全部控制。在后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要將純水箱的水位信息以及循環(huán)水儲罐的水位信息統(tǒng)統(tǒng)反饋到控制部分。本文中采取的控制方式并未能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要由相關(guān)的技術(shù)人員根據(jù)循環(huán)水儲罐液位的實(shí)際情況，綜合考慮后再確定是否對軟化水系統(tǒng)進(jìn)行開啟。軟化水處理系統(tǒng)操作繁瑣，并且需要大量的人力資源，才能夠確保軟化水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果相關(guān)技術(shù)人員管理不到位，就容易出現(xiàn)故障問題，造成純水箱存水過量，進(jìn)而造成水資源的浪費(fèi)情況，對企業(yè)而言，則會進(jìn)一步增加成本投入。在實(shí)際運(yùn)行過程中，若純水罐已被抽空，而在此狀態(tài)下，缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員關(guān)閉純水泵的運(yùn)行開關(guān)，則會造成空罐狀態(tài)下純水泵的異常運(yùn)行，容易出現(xiàn)燒泵的情況，嚴(yán)重影響到軟化水處理的整體質(zhì)量以及效率，更會給相應(yīng)的操作人員的人身安全帶來威脅。因此，需要對軟化水處理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

圖1 軟化水處理系統(tǒng)工藝流程圖

2 軟化水系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

2.1 軟化水處理系統(tǒng)的總體改進(jìn)思路

上文中已經(jīng)提到，為了使軟化水處理系統(tǒng)更具自動(dòng)化、智能化，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。一方面，需要解決純水箱液位得控制問題，可以通過在純水箱以及循環(huán)水儲罐中安裝液位開關(guān)，從而及時(shí)的反饋液位實(shí)際情況，便于執(zhí)行下一步操作。與此同時(shí)，為了能夠進(jìn)一步解放人工，盡可能的采取自動(dòng)化控制，還需加裝一個(gè)止回閥。通過對軟化水處理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并且在系統(tǒng)總增加水泵、控制部分與液位之間的聯(lián)系，能夠有效的軟化水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率。想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要對PLC控制程序進(jìn)行調(diào)整。圖2為改進(jìn)設(shè)計(jì)的軟化水處理系統(tǒng)工藝。

針對控制部分，選擇應(yīng)用型號為CPM1A-30CDRA-VL PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)部包括12個(gè)輸出端子、18個(gè)輸入端子，主要使用交流電源進(jìn)行運(yùn)作，繼電器輸出。與此同時(shí)，借助擴(kuò)展連接起，能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的子模塊進(jìn)行延伸，可以連接擴(kuò)展I/O模塊。這樣，就能夠增加系統(tǒng)末端的輸出端子，便于對其進(jìn)行全面的管理和控制。PLC輸入/輸出端子一體化，便于后續(xù)正式投入使用后，相關(guān)技術(shù)人員對其進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定輸入/輸出，控制部分能夠?qū)⑹占降男盘枖?shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉、迅速響應(yīng)，提升軟化水處理系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及整體運(yùn)行效率。通過設(shè)置定時(shí)器，能夠更加精準(zhǔn)的對其運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，間隔定時(shí)器中斷，系統(tǒng)的運(yùn)行更具保障。

2.2 控制系統(tǒng)分析

軟化水處理系統(tǒng)的控制部分作為整個(gè)系統(tǒng)中最為重要的部分，想要實(shí)現(xiàn)軟化水系統(tǒng)、純水泵自動(dòng)控制，需要增加純水泵的反饋信號，同時(shí)也需要適當(dāng)?shù)?增加軟化水系統(tǒng)的反饋信號搜集設(shè)備。也就是說，需要在系統(tǒng)內(nèi)部加設(shè)滿液位/低液位信號(循環(huán)水儲罐)、滿液位和低液位信號(純水箱)共兩組，反饋信號增加4路，才能夠有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。除此之外，考慮到還需對系統(tǒng)內(nèi)部的純水泵啟動(dòng)/停止進(jìn)行有效控制，則還需要在此基礎(chǔ)上，增加1路專門控制系統(tǒng)內(nèi)部純水泵啟停的輸出端子，便于對系統(tǒng)的純水泵進(jìn)行控制。通過安裝水位開關(guān)以及液位信號，能夠有效的實(shí)現(xiàn)對軟化水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制。在純水箱安裝水位開關(guān)，并且在輸出端子PLC上增加一個(gè)擴(kuò)展I/O單元，就可以對整個(gè)軟化水處理系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行有效的控制，從而最大程度地解放人工，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，滿足控制系統(tǒng)輸入輸出端子的實(shí)際要求。表1為水質(zhì)分析一覽表。

圖2 改進(jìn)設(shè)計(jì)的軟化水處理系統(tǒng)工藝

表1 水質(zhì)分析一覽表

2.3 控制系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)

控制系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)主要包括三個(gè)部分。首先，CPM1A的編程部分。編程作為控制部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)，對于系統(tǒng)的運(yùn)行有著直接影響。本文中選擇CPM1A系列 PLC系統(tǒng)，將之劃分為9個(gè)區(qū)域，即：輸入/輸出繼電器區(qū)域、特殊輔助繼電器區(qū)域、內(nèi)部繼電器區(qū)域、TR繼電器區(qū)域、AR記憶繼電器區(qū)域、LR鏈接繼電器區(qū)域、HR繼電器區(qū)域、計(jì)數(shù)器控制區(qū)域以及數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。在正常運(yùn)行過程中，每一個(gè)劃分的區(qū)域都有著單獨(dú)的通道號以及繼電器地址。第二個(gè)部分為信號輸出/輸入部分，該部分主要是對輸出/輸入的信號進(jìn)行傳送，根據(jù)信號的來源以及匹配地址，能夠自動(dòng)的對其進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)信號交換、信號控制的目標(biāo)。在實(shí)際傳輸過程中，主要借助PLC繼電器地址傳輸分配原則，將搜集到的信號輸出為端子，將不同來源的信號根據(jù)繼電器地址，對其進(jìn)行分類，傳輸?shù)綄?yīng)的區(qū)域。第三借助編程器對其程序進(jìn)行編程，增加兩個(gè)輔助繼電器設(shè)備K1、K2，并且將對應(yīng)的繼電器地址進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對各個(gè)子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，具有良好的控制效果。

3 結(jié)語

本文主要論述了軟化水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以天然氣處理裝置軟化水系統(tǒng)作為研究對象，針對軟化水處理系統(tǒng)中存在的一些問題進(jìn)行分析，最終提出相應(yīng)的改進(jìn)方案，有效地實(shí)現(xiàn)了軟化水處理系統(tǒng)的高效運(yùn)行。