楊超（中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢430080）

除鹽水站自控系統(tǒng)的適應(yīng)性優(yōu)化分析

楊超（中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢430080）

如今的工業(yè)中，除鹽水是一種很重要的生產(chǎn)介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)工藝要求的不斷提高，對(duì)水質(zhì)的要求也越來越高，同時(shí)，對(duì)控制的要求也越來越嚴(yán)格。除鹽水能否有效的調(diào)節(jié)水質(zhì)，直接影響到工業(yè)生產(chǎn)能否安全的運(yùn)行。也是防止化學(xué)原因造成設(shè)備故障和事故的有效途徑。為了使除鹽水電導(dǎo)率和pH值能在一個(gè)給定的范圍內(nèi)。本文闡述對(duì)除鹽水系統(tǒng)的電導(dǎo)率和pH控制系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性改造，并最終應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。

除鹽水；電導(dǎo)率控制；pH值控制

1 緒論

1.1 研究背景

鋼鐵工業(yè)是國家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是高應(yīng)用水工業(yè)。在過去的幾十年里，在在裝備水平逐漸提高和世界鋼鐵工業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國的鋼鐵企業(yè)也在向先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備的方向發(fā)展，設(shè)備規(guī)?？焖侔l(fā)展，更突出的對(duì)水質(zhì)和鋼鐵生產(chǎn)的供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性的重要性。相關(guān)信息給出當(dāng)今中國的鋼鐵企業(yè)達(dá)到半年60億m3，因此，除鹽水處理生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用將有很大的發(fā)展前景

除鹽水作為重要的生產(chǎn)介質(zhì)之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。除鹽生產(chǎn)過程中有機(jī)械過濾器、鈉離子過濾器、鹽過濾器和反滲透裝置等高科技生產(chǎn)設(shè)備，通過傳統(tǒng)的控制方法不能滿足生產(chǎn)的需要，所以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中的除鹽水進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，能很好的發(fā)揮節(jié)能環(huán)保的作用，提高生產(chǎn)效率。除鹽水的生產(chǎn)過程中，最核心的是應(yīng)用反滲透技術(shù)。雖然經(jīng)過十多年的發(fā)展，但先進(jìn)的控制技術(shù)仍然沒有充分發(fā)揮，這正是給了此工業(yè)控制技術(shù)發(fā)揮的空間。這里闡述了以某鋼廠除鹽水工藝流程為背景，采用反滲透和超濾相結(jié)合的方法來進(jìn)行處理。無根水經(jīng)過第一次過濾后，進(jìn)入超濾系統(tǒng)，將水中的細(xì)菌、鐵銹、膠體、懸浮物、大分子有機(jī)物等除去，再進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)，進(jìn)一步除去水中的溶解鹽等雜質(zhì)，以達(dá)到工業(yè)需求優(yōu)質(zhì)除鹽水。

1.2 當(dāng)今世界研究現(xiàn)狀

當(dāng)前我國關(guān)于除鹽水生產(chǎn)過程的控制主要有三種方式：

（1）手動(dòng)操作方式：利用儀表采集水處理過程中的流量、水位、溫度、濁度、pH值等數(shù)據(jù)，同時(shí)操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程被稱為手動(dòng)操作除鹽水處理。由于這個(gè)過程中，數(shù)據(jù)采集是由操作人員完成，在數(shù)據(jù)上就會(huì)存在較大的誤差，因此除鹽水的水質(zhì)就無法得到保證。

（2）半自動(dòng)控制方式：在半自動(dòng)控制方式下，除鹽水生產(chǎn)過程中部分的數(shù)據(jù)采集是通過傳感器，變送器的方式采集，并在控制室內(nèi)設(shè)有用來顯示流量、液位、溫度、壓力、濁度、pH值等數(shù)據(jù)的顯示屏，同時(shí)顯示屏還可以顯示電機(jī)、閥門等的運(yùn)行狀態(tài)，由操作員通過顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)，對(duì)水處理控制過程進(jìn)行監(jiān)控。但控制室內(nèi)操作員只能遠(yuǎn)程控制部分設(shè)備的運(yùn)行，其它設(shè)備的控制仍需要由現(xiàn)場(chǎng)的操作人員完成，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也通過人工采集。

（3）自動(dòng)控制模式：除鹽水的全過程不設(shè)專人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備操作和數(shù)據(jù)采集，但通過計(jì)算機(jī)編程和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來控制整個(gè)生產(chǎn)過程。除鹽水的生產(chǎn)過程中，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將收集到的所有數(shù)據(jù)，以可編程控制器為控制單元，所有設(shè)備均按照操作控制算法程序，并在控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。所有數(shù)據(jù)采集和參數(shù)還基于現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程控制參數(shù)。自動(dòng)控制模式是除鹽水的生產(chǎn)控制主要方向。

2 除鹽水生產(chǎn)工藝流程及問題描述

2.1 在本文中，鋼鐵廠的設(shè)計(jì)除了鹽水生產(chǎn)過程如下

生水進(jìn)入緩沖箱，雙室泵的學(xué)生機(jī)械過濾器，去除氯和有機(jī)物含水量，降低水的濁度，然后進(jìn)入固定床鈉離子濾器，然后固定床鈉離子過濾器去除鈣，鈉鎂離子的軟水送脫碳塔后，降低水的滲透性，為了防止低溫，以減少水的數(shù)量，然后水會(huì)被加熱到25℃，通過熱水器，反滲透水的主機(jī)，進(jìn)入反滲透主機(jī)，會(huì)產(chǎn)生反滲透系統(tǒng)，向用戶發(fā)送除鹽水，并產(chǎn)生廢水，反滲透反復(fù)沖洗系統(tǒng)，不能在外面使用。通過其他輔助雙室機(jī)械過濾器，固定床過濾、反洗及再生鈉離子超濾系統(tǒng)、反滲透膜清洗設(shè)備、除鹽水生產(chǎn)。在整個(gè)生產(chǎn)過程的過程中，主要有以下設(shè)備：原水箱、水泵、雙室機(jī)械石英砂濾器（過濾器），固定床鈉過濾系統(tǒng)，超濾，反滲透系統(tǒng)，pH值控制系統(tǒng)系統(tǒng)等。

2.2 控制過程中的主要問題及解決方法

鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，除鹽水主要用于煉鋼、煉鐵、連鑄等冷卻設(shè)備外，還有些鍋爐蓄熱裝置，如供水設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求是非常高的，如果水質(zhì)不能滿足需求，有可能導(dǎo)致生產(chǎn)損失，以及安全事故。在水質(zhì)要求中，有兩個(gè)重要的指標(biāo)：①水的電導(dǎo)率率；②水的pH值。

（1）對(duì)水電導(dǎo)率的控制，主要是使初始除鹽水的水電導(dǎo)率穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，沒有不同水質(zhì)引起的鹽水質(zhì)量的波動(dòng)。

除了鹽水生產(chǎn)過程中，反滲透系統(tǒng)的反滲透濃縮水的一部分與背面的另一部分反滲透濃縮水混合，然后脫鹽水。由于原水質(zhì)隨季節(jié)和溫度和其他因素的變化，有實(shí)時(shí)狀態(tài)的變化，使反滲透濃縮水回流，在調(diào)整鹽水電導(dǎo)率的過程中的作用。在正常生產(chǎn)的情況下，反滲透水基本上是穩(wěn)定的，閥門開度的大小決定了回流的大小。在反滲透水進(jìn)入反滲透濃縮池和原料水粘在一起，直到加入鹽水，是一個(gè)大滯后過程，無論是如何控制功能，順序的延遲在這個(gè)過程中，過程變量控制行為的響應(yīng)都是不可預(yù)測(cè)的。問題是由時(shí)間滯后引起的控制信號(hào)不能快速輸出的過程變量進(jìn)行干預(yù)，這相當(dāng)于滯后時(shí)間反饋是沒有效的，反饋信號(hào)是必要的信息，如果除鹽水的自動(dòng)控制無法得到合適的反饋信號(hào)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生過多的反應(yīng)，可能使控制系統(tǒng)失效。

（2）水的pH值的控制主要是在一個(gè)給定的范圍的控制指標(biāo)中改變水的pH值，而不由因?yàn)榱髁浚瑴囟群退推渌赓M(fèi)的變化，除鹽水有個(gè)顯著的影響。除鹽水pH值控制外，計(jì)量泵由一定濃度的氨水管道組成，并進(jìn)行劃分酸堿，改變pH值。但由于酸和堿響應(yīng)特性，確定了氨氮的數(shù)量和pH值的變化，除了鹽水不是線性的，海水的pH值在中性點(diǎn)的邊緣（pH= 7），酸堿中和反應(yīng)的pH值會(huì)產(chǎn)生影響，因?yàn)檫@時(shí)候產(chǎn)生除鹽水，陰離子和陽離子已基本消除，其pH值接近純凈水，所以，即使很小的氨，它也會(huì)導(dǎo)致pH值的一個(gè)很大的變化，相反，當(dāng)pH值即使遠(yuǎn)離中性點(diǎn)，加入大量的氨，pH值的變化不會(huì)改變很多，對(duì)于一個(gè)精確控制氨氮是一個(gè)非常困難的問題，它是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)，是一個(gè)非常困難的問題。

（3）自控系統(tǒng)改造方案

①修改順序，建立修改好的閥門操作步驟。

②為滿足工藝控制需求，多增加幾臺(tái)儀表，使得操作人員對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)有了全面的掌握，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。增強(qiáng)操作人員的信心和積極性。

③針對(duì)部分儀表不能正常使用的情況，進(jìn)行了修復(fù)或更換，使各儀表數(shù)據(jù)正常工作。使設(shè)備能夠完美進(jìn)行操作。

④建立一個(gè)適當(dāng)?shù)乃K點(diǎn)作為最后的判斷。為了避免交換器失效導(dǎo)致水污染，浪廢酸，堿溶液，根據(jù)各操作過程的具體情況，加入適當(dāng)?shù)乃畞硗瓿?。在故障條件下，確保安全生產(chǎn)。因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候在未來可以隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)情況隨時(shí)更改，所以單獨(dú)設(shè)置每一個(gè)開關(guān)，操作員可以隨時(shí)監(jiān)控工其作狀態(tài)。

3 結(jié)束語

在中國目前除鹽水生產(chǎn)了市場(chǎng)需求大。除鹽水生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒅饕性谘芯亢烷_發(fā)高性能的生產(chǎn)設(shè)備，除鹽水生產(chǎn)過程控制技術(shù)必將遵循新設(shè)備的研究和開發(fā)，進(jìn)一步推進(jìn)和發(fā)展。經(jīng)過改造后的除鹽水自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定、有效。解決由于開閥門啟順序不當(dāng)而引起的設(shè)備振動(dòng)問題問題。增加了制水的終點(diǎn)判斷條件，提高自動(dòng)化程度，保證生產(chǎn)設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。

［1］楊照華，楊智，魏列江.基于PLC的電廠鍋爐給水pH控制系統(tǒng)研究田.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，26（4）：64～69.

［2］王曉璐，竇大河，陳萍.PLC程序設(shè)計(jì)應(yīng)用于反滲透自動(dòng)控制系統(tǒng).山東煤炭科技，2008（1）：72～73.

［3］劉秉瀚.仿人自學(xué)習(xí)控制器.電子與自動(dòng)化，1997（4）：16～19.

TP273

A

2095-2066（2016）30-0086-02

2016-10-11

楊超（1982-），男，本科，從事通訊、儀器儀表、儀表自動(dòng)化等設(shè)計(jì)工作。