PLC系统在污水处理装置上的应用

第47卷第4期石油化工自动化Vol. 47, No. 42011年8月AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYAugust, 2011G过程控制PLC系统在污水处理装置上的应用技术李猛(中石油东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院自控室,辽宁葫芦岛125001)摘要:针对水处理过程开关量多,模拟量少的特点,以逻辑顺序控制为主,闭环回路控制为辅,因此PLC在污水处理行业得到了广泛应用。以某循环排污水回用处理项目为例,介绍了污水处理工艺流程，概括了PLC控制系统的配置和控制方式，以及由PLC控制站和上位机组成的控制系统的主要功能。该系统全面提高了设备的自动化控制水平,解决了污水处理过程中处理效率低下,出水水质不稳的问题。关键词:污水处理;可编程控制器;气浮滤池;回用处理中图分类号: TP273文献标志码: B文章编号: 1007 -7304(2011)04 -0030-04Application of PLC System in Sewage Disposal UnitLi Meng(Huludao Design Institute of North-east Petrochemical Eng. Co. Ltd.，CNPC, Huludao, 125001, China)Abstract: Contraposing to the feature of much more logic signals, and less analog signals in sewagedisposal process, logical sequence control serves as the main function, and supported with closed loopcontrol, PLC is widely used in sewage disposal field. As the example of sewage recycling disposal unit,the sewage disposal process flow chart is described first, and then the configuration, control mode ofPLC, and the main function of the control system consisting of PLC control station and upper controlstation are emphasized. The system improves the equipment automation control level in full scale, andcan solve the problems of low efficiency during sewage disposal process, and unstable water quality atthe outlet.Keywords : wastewater treatment ; PLC;gas flotation filtration pool ; recycling treatment0引言处理较困难,最佳方案就是回用后热电公司中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公自用。司是国家特大型炼油化工联合企业,原油加工能力a)由于该公司属炼油生产企业,对供水水源7Mt/a,加工的原油主要为辽河原油、大庆原油及的可靠性要求较高,因此循环排污水回用项目的建部分进口原油,拥有现代化生产装置51套,年销售设,增加了生产装置供水的安全可靠性。收入150亿元以上。近年来,在进行建设项目环境b)污水经回用及综合利用，自然减少了向附影响评价时,焦点都会集中在COD总量问题上，近水域的排污量,减排污水880kt/a,有效地保护该公司2010年的COD总量指标为124t,而实际了周围的生态环境,带来了可观的环境效益,并且年排放量在340t左右,评估会上多次指出应尽早这种环境效益与经济效益是统一的。实施污水回用。该公司在2010年投资1 600余万c)在污水回用的处理工艺中,采用了最先进元对分公司所属热电公司循环排污水进行污水回的反渗透脱盐工艺,该脱盐工艺由于在脱盐过程中用处理。不发生相变,因此不仅大大降低了运行费用,而且1项目实施的必要 性中国煤化工该公司有两个废水排放口,其中热电公司排.收璃日期MHCNMHG放口就是其中一个。热电公司废水量在100 t/h作者简介:李猛(1971-),男,1宁胡卢岛人，1994年毕业左右，包括机泵冷却水、凉水塔排污水、部分含盐于辽宁抚顺石油学院生产过程自动化专业,获学士学位,现工作于水等,经排放口直接外排。同时由于热电公司距中石油东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院，一直从事炼油化工离E区较远,且横跨102国道,污水输送并统一过程 自动控制设计工作,已发表论文6篇,任工程师。第4期李猛.PLC系统在污水处理装置上的应用31大大减少了锅炉补给水制备过程中的酸碱消耗和包括混凝、絮凝、沉淀、气浮过滤、活性炭吸附、超酸碱废水的排放。滤和反渗透等工艺技术。生化处理技术包括曝气生d)近年来,国家和地方对城市及企业节约用物滤池、悬浮填料接触氧化、流动床生物接触氧化，水工作非常重视,在宏观政策上加强法制建设,强生物活性碳等。由于该公司热电厂的循环排污水化管理,通过调整水价,征收污水处理费,增强了社BOD值低至1mg/L左右,氨氮值也低至0.1mg/L会各界的节水意识,同时也给工业企业增加了水费以下,采用生化处理已无必要,主要处理工艺采用物的负担，促使企业增加使用回用水的比例。因此，化处理相关技术。该工程在现有热电公司化水车间适时建设污水回用工程，节约饮用水资源，降低企内新建-套循环排污水回收和脱盐处理系统，系统业生产成本,提高企业经济效益,具有明显的经济出水经热电厂原有离子交换系统处理后作为锅炉补效益和社会效益。给水。为满足锅炉补给水的水质要求,同时考虑到2工艺流程特点及实施方案热电公司循环排污水的特性及原有的水处理工艺流目前应用较多的污水回用技术一般分为物化程,该项目最终处理工艺流程采用DAFF加超滤加处理技术和生化处理I工艺”,在实际工程应用中可两级反渗透加原有离子交换系统,流程示意如图1采用两者相结合的组合工艺。物化处理技术主要所示甲。.次氯酸钠| 硫酸铝反冲洗泵提升快混池絮凝池I一气浮滤池(DAFF)-一DAFF产 品水池工业废水收集水池).上清液回流至DAFF人口DAFF反洗排水浮渣废水回沉降污泥. 排至废水收水池中和池盐酸氢氧化钠非氧化性杀菌剂亚硫酸|阻垢剂| CIP清洗二级RO浓水CIP氢钠花餐|清洗2-供水车间。UF.，!↑十-级RO(反渗透)- +二级RO(反渗透)- +阳床进口产品水罐CIP废水CEB废水CIP废水RO浓水排至废水图1循环排污水回用 处理流程示意2.1预处理工 艺方案是目前使用较为广泛的除盐水处理系统。在该系该工程采用气浮滤池技术作为前处理工艺。统中,反渗透作为离子交换的预脱盐系统，可以除气浮滤池技术在国内外的给水和污水深度处理领去原水中约95%的盐分和绝大部分的其他杂质，域应用较为成功,目前有400多座气浮滤池在稳定如胶体、有机物、细菌等;反渗透处理后剩余的盐分运行。气浮滤池经国内专业厂商进-.步优化和改则通过后续的离子交换系统除去。与单纯的离子进后,形成了规模化、设备化和高度自控的水处理交换除盐水处理系统相比有以下特点:系统对进单元,可完全满足该工程场地狭小和系统运行全自水水质的适应范围广;出水水质好(对胶体、有机控的需求。物、硅的去除率高);延长了离子交换设备的运行周2.2除盐工艺方案期;大幅度降低了离子交换树脂的再生用酸碱消耗循环排污水经预处理后必须进行除盐工序处量;酸碱废液排放量减少。反渗透一离子交换联合理,进-.步去除循环排污水中的含盐量,以达到高除盐系统中国煤化工统进水水质、反压锅炉补给水的水质要求。目前国内已经应用的渗透装置MHCNMHG水水质确定的。水的除盐工艺方法有化学除盐(即离子交换除盐水因此该项目在充分考虑了与原有锅炉补给水相衔处理).、膜分离技术和蒸馏法除盐水处理及膜法和接的前提下，采用的除盐工艺方案:气浮滤池出离子交换法结合的脱盐工艺等。水一超滤一二级反渗透一原有离 子交换系统(阳离厉渗靉軀法与离子交换联合组成的除盐系统子交换一阴离子交换一 混合离子交换)。32石油化工自动化.第47卷综上所述,从方案组成内容明显看出该工艺流的OPCE]服务器与分公司的企业网连接,这里不程管理简单、方便,且容易实现较高的自动化水平，再详述。将复杂的操作简单化。3.3重要设备的控制3自 控系统设计3.3.1气浮滤池单元控制3.1总体原则气浮滤池单元的控制由混合、混凝、絮凝单元根据工艺流程对控制功能的要求,该项目采用控制,气浮单元控制和过滤单元控制完成，其中气先进的自动控制系统.可靠的仪表检测系统(5-23、浮单元控制包括刮渣控制和溶气控制,过滤单元控灵活方便的监控界面、简洁的控制线路来实现工艺制包括过滤和反冲控制。装置全自动运行、重要工艺和电气参数连续监测和a)混合、混凝、絮凝的控制。分别通过调节快记录、故障的随机处理、应急情况下的手动运行等速混合池和絮凝池反应搅拌器的转速来控制混凝功能。和絮凝反应速度。投药量可根据设定的量投加,也3.2自 控系统构成可按进水流量进行比例投加,即根据污水流量计信污水处理PLC系统架构分为三层:测量控制号调节PAC投药计量泵的冲程或频率,以达到良层、监控操作层、生产管理层。系统结构示意如好的反应效果。图2所示。b)气浮单元控制。刮渣控制主要是在设定行程和刮渣间歇时间T的条件下执行刮除浮渣的操.原化学水水处理装置1号-装置2号服务器广作。在初期可根据进水SS(悬浮固体颗粒)含量、操作站」![操作站浮渣的含水率调整刮泥的间隔时间。根据实际需以太网要可调节刮渣机的运行和停止时间。溶气控制主原化学水装要是空气压缩机、溶气工作泵、溶气释放器的控制。置PLC系统空气压缩机的停止或开启均由溶气罐的液位计控制,最高液位开机,最低液位关机。根据来水的ss污水处理PLC机柜1污水处理PLC机柜2含量,设定工作水的回流比,根据回流比控制溶气工作泵的出水量,调节溶气释放器的开度,或者容图2控制系统结构示意器释放器的个数。a)测量控制层主要由PLC[6]控制站构成。c)过滤单元控制。过滤单元参与控制调节的PLC控制站直接与各种传感器、变送器和执行主要设备由五阀[凹(过滤水出水阀、反冲洗进水阀，器°”等现场设备相连，系统中的全部数据采集、处反冲洗废水排水阀、反冲洗进气阀、滤池配水空间理、信息传送等任务均由其完成。在充分考虑了与排气阀),二泵(反冲洗水泵、反冲洗空气压缩机)，原有化学水装置(离子交换)控制系统相衔接的前一液位(反冲洗储罐液位),以及水质滤池出水水质提下,该项目采用一套GE 90-30[7]系列PLC作为(浊度),压差,滤池砂面液位和滤池出水水位差等控制站,并将相关数据通过工业级通信网络传递到仪表组成。可由中心控制室自动控制或手动控制。操作站。PLC控制站所有模块都留有15%的余控制参数包括滤池进出水压差、出水浊度、反冲洗量，以保证系统的稳定性和可扩充性。工作时间、反冲洗气泵工作时间.各种阀的关、开时b)监控操作层由控制室内的操作站构成，该间等。层是整个自动控制系统的中心,在结构中起到了上整个滤池运行包括正常过滤、滤池反冲工序。呈下达的作用。该项目采用一台Dell工业控制计正常过滤程序主要监测滤池的出水水质和调节出算机，作为整个系统中人机信息交换的中心。负责水阀的开度,以保持滤池砂面液位稳定。反冲洗程将工艺过程量的信息集中化,并通过简单的操作完序依次控制气冲、水气混冲、水冲等过程和过程中成工艺过程的显示及控制,同时负责进行控制系统相关阀的关闭.开启,全过程均可由PLC自动程序组态生成等工作。为了节省投资并且考虑到生产控制,亦中国煤化工控制。的操作便利及系统可靠性,该项目通过工业以太3.3.2IYCNMHG网,将原化学水装置PLC系统的操作站与该项目当泵正常运行时，由流量计和流量调节阀[10]新增操作站配置成工作冗余模式,大大提高了该系调节泵出口流量。由稳压阀稳定人膜系统压力,在统的性价比。正常工作中两者通过微调将流量和压力稳定在设万另数据产管理层利用原化学水装置PLC系统定参数。当系统出现故障时,通过阀系统自动切除第4期李猛.PLC系统在污水处理装置上的应用33故障系列，并相应调节泵出口流量和压力。在膜系4结束语统运行过程中当某--系列出现阻堵进人清洗状态将污水作为第二水源是解决水危机的重要途时,水泵亦能根据PLC指令自行调节泵的频率,从径。进行污水再生利用,提高工业用水的重复利用而达到调流量和压力的目的。通过除盐工艺提升率,积极推行污水资源化,将处理后的污水作为第泵控制,准确地为膜除盐超滤系统提供所需要的压二水源加以利用，是节约使用水资源的重大措施，力和流量,衔接好前处理和除盐工艺的关系并保护对中国石油化工企业的可持续发展有着十分重要膜系统的安全正常运行。的意义。3.3.3超滤及反渗透系统控制参考文献:UF膜(超滤系统)成套设备、RO膜(反渗透系[1]张翼.林玉娟，范洪富.石油石化工业污水分析与处理[M].北京:石油工业出版社,2006.统)成套设备及用于膜成套设备控制的仪表均由德[2]徐新附,于 锋. 污水处理工程设计[M].北京:化学工业出国引进,并将设备内的阀门、液位开关、泵的工作状版社,2003.态,各种检测仪表的参数送人控制室操作站,通过[3]陆德民 ,张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].操作站对UF膜、RO膜集中监控。3版.北京:化学工业出版社,000.3.3.4动力设备控制[4] 解怀仁.石化仪表与控制系统[M].北京:中国石化出版社,2009.动力设备控制采用三种方式,操作人员可根据[5] 国家石油和化学工业局. HG/T20700- 2000 可编程挖制器实际情况进行不同控制方式的切换。手动控制方系统工程设计规定[S].北京:化学工业出版社,2001.式:将现场转换开关置于手动位置时,可分别在[6]国家石油和化学工业局.SH3005-1999石油化工自动化仪MCC柜或就地控制箱上手动操作,控制设备的表选型设计规范[S].北京:中国石化出版社,999.开/停;控制室软操作方式:将现场转换开关置于[7]袁任光.可编程序控制器选用与系统设计实例[M].北京:机械工业出版社,2010.自动位置时，操作站置于手动方式,操作员在中央[8]王翊.利用OPC技术实现不同监控系统的互连[J].石油控制室通过计算机的键盘和鼠标控制设备的化工自动化,2007,(6): 59-61.开/停;自动控制方式:将现场转换开关置于自动.[9] SKOUSEN P L.阀门手册[M].孙家礼，泽.北京:中国石位置时,操作站置于自动方式,PLC控制站根据预化出版社,2006. .先编制的控制程序及工艺参数,实行自动控制,无[10]何衔庆,邱宜振,杨洁，等.控制阀工程设计与应用[M].北京:化学工业出版社,2005.需人为干预。台达ES2系列PLC荣获“包装行业荣格技术创新奖"2011年7月，“包装行业荣格技术创新奖”颁奖典礼在PROPAKCHINA展会现场举办,台达ES2系列PLC获此殊荣。本届包装行业荣格技术创新奖得到第17届中国国际加工、包装机印刷科技展览会(PROPAKCHINA2011)官方支持,共同合作举办。活动旨在表彰在业界具有突出贡献的创新产品和技术。台达ES2系列PLC整体性能强大,扩展灵活性，根据应用的规模不断扩展,不仅可以通过增加输人输出卡件增加点数,通过扩展单元扩大容量和功能.也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。该产品还拥有达16K的超大程序容量,具有高速运算、轻松联网、精确控制的特点,还可根据用户的设备工艺需求灵活配置选型，能为用户全力提升设备效能。●灵活选型:主机点数: 16/24/32/40/60,最大可扩展到272点。超大程序容量:程序容量达16K,满足用户对大程序容量的需求。●高速运算:基本指令执行速度0.54μs,程序处理迅速,系统动作响应快、信号侦测准确。快捷扩展:最多可扩展8台模拟量模块(16bit),EX主机自带模拟量(4Al/2AO).快捷采集或输出高精度的模拟量信号。轻松联网:内置3个通信端口(1个RS-232、2个RS- 485),且均支持Master 功能,构架更强大更高效的系统方案。精确控制:2点(路)高速脉冲输入(100kH2)和2点(路)高速脉冲输中国煤化工。脉冲信号或输出高YHCNM HG频脉冲。获奖后,台达集团表示,台达一向珍惜用户和同行给予的荣誉,将再接再厉,努力以最贴近客户需求的深度整合应用方案.领先适用的创新产品、专业独特的工控技术以及最全面贴心的服务来回报用户、回报社会!中达电通股份有限公司