超聲波液位計(jì)在水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)消毒工藝中的技術(shù)應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-08-08 發(fā)布作者:
摘要:液氯是一種劇毒性的消毒劑,在使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和裝卸等方面都存在重大安全隱患,明確要求按國(guó)家規(guī)定執(zhí)行。一旦發(fā)生泄漏,肯定會(huì)危及居民生命安全,造成不可挽回的損失。為此液氯逐步被次氯酸鈉消毒劑取代。為此2015年12月,南方某水廠對(duì)水廠的消毒凈水工藝進(jìn)行改造升級(jí),取消液氯消毒,進(jìn)而用次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒;诖耍饕槍(duì)該系統(tǒng)及相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行談?wù)摷翱偨Y(jié)。
1工程概況
南方某水廠在1986年開(kāi)始建廠,1990年6月開(kāi)始投入使用,日供水量達(dá)18萬(wàn)m3。運(yùn)用混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒的制水工藝環(huán)節(jié),以保障出廠水符合標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)消毒工藝這一水處理環(huán)節(jié),主要是通過(guò)液氯投加系統(tǒng)對(duì)出廠水進(jìn)行消毒處理,確保出廠水水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但是液氯本身為一種劇毒化學(xué)品,一旦發(fā)生泄漏將造成安全生產(chǎn)事故,重則人員傷亡。為取消液氯的使用且不影響出廠水水質(zhì),南方某水廠在投氯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級(jí),取消液氯消毒,進(jìn)而用次氯酸鈉消毒取代。
2改造前后投加設(shè)備的對(duì)比分析
南方某水廠消毒工藝改造前采用液氯消毒,通過(guò)加氯機(jī)和水射器等設(shè)備的配合使用來(lái)投加液氯。整套投加系統(tǒng)包含的設(shè)備有氯瓶、起重機(jī)、投氯管道、真空調(diào)節(jié)器、加氯機(jī)、通風(fēng)管道、泄漏報(bào)警系統(tǒng)與泄漏回收裝置、漏氯搶險(xiǎn)設(shè)備等[1]。這一系列的設(shè)備規(guī)定定期校檢及更換,以確保安全無(wú)泄漏,后期維護(hù)費(fèi)用特別高。但液氯作為一種重大危險(xiǎn)源,一旦人為操作錯(cuò)誤或者管道接口密封性不好造成泄氯,后果不堪設(shè)想;改造升級(jí)后采用次氯酸鈉消毒工藝凈水,系統(tǒng)由儲(chǔ)液桶、變頻器、電磁流量計(jì)、計(jì)量泵、背壓閥等設(shè)備構(gòu)成。所用的管道閥門(mén)密封材質(zhì)均采用次氯酸鈉專用的EPDN耐酸堿材質(zhì),可有效避免次氯酸鈉泄漏,同時(shí)操作簡(jiǎn)單,設(shè)備故障率低。整套系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,維修費(fèi)用低[2]。因此,用次氯酸鈉藥劑替代液氯消毒的優(yōu)勢(shì)特別明顯[1]。
3設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案
3.1設(shè)計(jì)改造思路
(1)能夠精確地在電腦上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)對(duì)投加計(jì)量泵遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè),崗位工作人員可以根據(jù)水質(zhì)情況在上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面上對(duì)投加量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(2)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控次氯酸鈉儲(chǔ)液桶的液位變化,讀取投加計(jì)量泵的投加量。上位機(jī)利用組態(tài)監(jiān)控軟件進(jìn)行指令傳達(dá)、相關(guān)參數(shù)設(shè)置、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄及讀取等功能。
(3)根據(jù)公司水質(zhì)內(nèi)控指標(biāo)的要求,設(shè)定出廠水余氯儀的測(cè)量范圍為0.6~1.2mg/L。當(dāng)次氯酸鈉投加量過(guò)大時(shí),出廠水的水余氯儀測(cè)量值超過(guò)設(shè)定的較高值,余氯分析儀自動(dòng)報(bào)警,提醒工作人員對(duì)投加量進(jìn)行調(diào)整,反之低于設(shè)定較低值時(shí),余氯分析儀也自動(dòng)報(bào)警,提醒工作人員對(duì)投加量進(jìn)行調(diào)整。
(4)通過(guò)管道的連接,閥門(mén)的切換控制,任何一臺(tái)投次氯酸鈉計(jì)量泵可以實(shí)現(xiàn)前投次氯酸鈉、后投次氯酸鈉的功能。
3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
與其他微型計(jì)算機(jī)相比,PLC擁有很多的優(yōu)勢(shì),適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境,工作可靠,安裝簡(jiǎn)便,維修方便,編程簡(jiǎn)單。PLC利用其強(qiáng)大豐富的指令系統(tǒng),滿足生產(chǎn)上需要的各種開(kāi)關(guān)量、模擬量的編寫(xiě)及控制。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的ROM區(qū),更是可以有效地存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中的所有相關(guān)的信息。梯形圖語(yǔ)言更是和繼電器電路原理圖十分接近,可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)備外部的接線,進(jìn)而使整個(gè)控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。本文主要介紹利用PLC的相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)次氯酸鈉投加系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制,能夠在上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面對(duì)投加計(jì)量泵進(jìn)行控制與監(jiān)測(cè)。崗位工作人員可以根據(jù)原水水質(zhì)情況、出廠水余氯儀的報(bào)警信息,提醒崗位人員對(duì)次氯酸鈉計(jì)量泵的沖程及頻率進(jìn)行調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)對(duì)投加量的控制,節(jié)約成本。對(duì)安裝在投加管道上的電磁流量計(jì)、儲(chǔ)液桶上的
超聲波液位計(jì)等的信息進(jìn)行采集并將實(shí)時(shí)信號(hào)變化轉(zhuǎn)化為4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)送至模擬量輸入模塊1746-NI8,再進(jìn)入PLC,經(jīng)過(guò)一系列處理后在電腦監(jiān)控界面上顯示,并通過(guò)界面上顯示的實(shí)時(shí)投加量、液位變化等進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)出廠水余氯值超過(guò)(或低于)設(shè)定范圍時(shí),就會(huì)報(bào)警提醒工作人員對(duì)投加量進(jìn)行調(diào)整,保證出廠水余氯符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
4次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
4.1次氯酸鈉投加點(diǎn)的選擇
次氯酸鈉投加系統(tǒng)主要包括前投次氯酸鈉和后投次氯酸鈉,其中前投次氯酸鈉投加點(diǎn)設(shè)置在原水管道上,后投次氯酸鈉投加點(diǎn)設(shè)置在濾后水總管上。兩個(gè)投加點(diǎn)均位于管道的中心位置,以便于次氯酸鈉在投入管道中心后,在投加點(diǎn)處停留時(shí)間較短。
4.2次氯酸鈉自控系統(tǒng)的介紹
如圖1所示,系統(tǒng)由監(jiān)控電腦及其開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件、PLC模塊、控制電路、變頻器及液位儀表、電磁流量計(jì)、儲(chǔ)液桶、計(jì)量泵、手動(dòng)球閥、消脈沖器及管道、管件等組成。為滿足生產(chǎn)使用,儲(chǔ)藥桶采用“兩用一備”原則。
4.3次氯酸鈉PLC系統(tǒng)設(shè)備功能簡(jiǎn)介
(1)次氯酸鈉儲(chǔ)藥(液)桶選用抗強(qiáng)堿腐蝕、避光的立式圓柱體,罐體直徑為2.2m,裝藥量為9m3,桶頂用桶蓋密封。采用“兩用一備”原則,輪流進(jìn)行溶液的進(jìn)料和投加。
(2)次氯酸鈉的進(jìn)藥。供貨商用藥罐車將濃度約為10%的次氯酸鈉溶液運(yùn)至加藥間。經(jīng)化驗(yàn)室工作人員對(duì)次氯酸鈉溶液化驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后,進(jìn)藥人員將進(jìn)藥罐車上的出藥管通過(guò)閥門(mén)活接與次氯酸鈉儲(chǔ)液桶進(jìn)藥總管連接,確保連接牢固后打開(kāi)需要進(jìn)藥的儲(chǔ)藥桶進(jìn)藥閥,然后開(kāi)啟進(jìn)藥罐藥車上的進(jìn)藥泵開(kāi)始入藥[3]。當(dāng)液位計(jì)液位接近2.2m時(shí)(儲(chǔ)液桶高度為2.5m,超聲波液位計(jì)盲區(qū)25cm),進(jìn)藥人員停止進(jìn)藥泵并關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)藥閥,進(jìn)藥完畢。
(3)次氯酸鈉儲(chǔ)液桶加頂蓋封閉,桶頂加裝超聲波液位計(jì)。由于崗位人員較為熟悉E+H的超聲波液位計(jì),且具有較為熟悉的維修經(jīng)驗(yàn),故選用品牌為E+H的FMU231,其測(cè)量范圍為0~5m,安裝在儲(chǔ)液桶頂,用以連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桶內(nèi)次氯酸鈉的液位。
(4)由于倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存有三臺(tái)米頓羅GM0330型機(jī)械隔膜計(jì)量泵,型號(hào)為GM0330FP1MNN。根據(jù)次氯酸鈉的性質(zhì)將原有計(jì)量泵的液力端更換為次氯酸鈉應(yīng)用的PVC液力端,采用NPT螺紋接口。其泵電機(jī)功率僅0.25kW,其較大投加量為330L/h,出口壓力為500kPa。
(5)次氯酸鈉投加系統(tǒng)共有三臺(tái)隔膜計(jì)量泵,3#隔膜計(jì)量泵主要用于后投次氯酸鈉的投加,1#隔膜計(jì)量泵主要用于前投次氯酸鈉的投加,2#隔膜計(jì)量泵通過(guò)管道的連接以及閥門(mén)的切換,作為前投和后投次氯酸鈉的備用泵。其中,前投次氯酸鈉投加管道鋪設(shè)一條DN32的UPVC聯(lián)塑管道至投加點(diǎn),后投次氯酸鈉投加管道同時(shí)鋪設(shè)2條DN32的UPVC聯(lián)塑管至后投加點(diǎn),采用“一用一備”原則,同時(shí)接入反沖洗壓力水管,用以定期對(duì)管道進(jìn)行反沖洗。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝空間限制,沒(méi)有安裝電磁閥,投加管道均選用材質(zhì)為EPDN耐酸堿的手動(dòng)球閥、背壓閥、消脈沖器、電磁流量計(jì)等。泵前進(jìn)藥管增加排氣閥,以及時(shí)排出次氯酸鈉產(chǎn)生的少量氣體,保證電磁流量計(jì)讀數(shù)的準(zhǔn)確性。因隔膜計(jì)量泵的工作原理決定該泵間斷式出液,供出的液體為脈動(dòng)式流體。為確保投加管道壓力保持一致,且可以均勻、連續(xù)地進(jìn)行投加,故在隔膜計(jì)量泵后面的加藥管上安裝脈沖阻尼器。
(6)因我廠的投加生產(chǎn)工藝中使用ABB的變頻器,崗位工作人員操作較為熟悉,維修人員也積累了一定的維修經(jīng)驗(yàn),故根據(jù)實(shí)際情況,選用型號(hào)為ACS310的ABB變頻器,用于控制隔膜計(jì)量泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速,從而調(diào)整投加量。
(7)因我廠其他投加系統(tǒng)管道選用的電磁流量計(jì)均為德國(guó)科威爾品牌的電磁流量計(jì),不僅測(cè)量精度高,而且質(zhì)量可靠。故根據(jù)實(shí)際情況選用的電磁流量計(jì)品牌為科威爾的FE20-AS25FHCC2FA2K2P用于監(jiān)測(cè)次氯酸鈉投加量。
5次氯酸鈉自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
次氯酸鈉投加系統(tǒng)中三臺(tái)計(jì)量泵的控制原理均采用如圖2所示的控制線路。計(jì)量泵的控制通過(guò)變頻器、中間繼電器等的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控電腦上的控制及監(jiān)測(cè),通過(guò)啟停按鈕在控制面板上實(shí)現(xiàn)控制功能,以滿足生產(chǎn)工藝的要求。
6次氯酸鈉自控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)
6.1計(jì)量泵投加工作流程
首先是初始步驟。PLC系統(tǒng)加電后,工作人員根據(jù)生產(chǎn)監(jiān)控上位機(jī)讀取的原水流量,以及出廠水余氯儀的讀數(shù),結(jié)合化驗(yàn)室燒杯實(shí)驗(yàn)提供的參考投加量以及水質(zhì)的好壞情況,在上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面上設(shè)置次氯酸鈉投加量的參數(shù)范圍,然后在上位機(jī)上按下啟動(dòng)按鈕,PLC程序分別遠(yuǎn)程啟動(dòng)后投次氯酸鈉計(jì)量泵、前投次氯酸鈉計(jì)量泵。計(jì)量泵啟動(dòng)后,前投次氯酸鈉管道、后投次氯酸鈉管道上的電磁流量計(jì)上顯示的瞬時(shí)流量經(jīng)過(guò)輸入模塊1746-NI8對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入PLC中,進(jìn)而顯示在組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面上。同時(shí),加氯間的出廠水余氯儀在線監(jiān)測(cè)出廠水的余氯,當(dāng)出廠水的余氯小于設(shè)定報(bào)警值0.6mg/L,或者大于設(shè)定較高臨界值1.2mg/L時(shí),觸動(dòng)余氯儀的報(bào)警信號(hào),提醒工作人員重新設(shè)置投加量參數(shù)范圍,以保障出廠水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);計(jì)量泵在投藥的過(guò)程中出現(xiàn)故障均能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
6.2次氯酸鈉投加注意事項(xiàng)
由于投加管道較長(zhǎng)和次氯酸鈉溶液易揮發(fā)的性質(zhì),在停用一段時(shí)間(或者轉(zhuǎn)換備用管道)后需應(yīng)急啟用,投加初期要采用較大投加量,直到管道中原有次氯酸鈉溶液全部更換后再改為正常投加。
7結(jié)語(yǔ)
通過(guò)次氯酸鈉投加系統(tǒng)各控制點(diǎn)的調(diào)試,模塊之間的連接,硬件部分的接線,次氯酸鈉消毒凈水工藝起到了顯著的效果。南方某水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造從2015年12月開(kāi)始投入使用至今,系統(tǒng)運(yùn)行正常,設(shè)備故障率低,暫無(wú)不良問(wèn)題。