楊杰

摘 要：文中針對京西燃?xì)鉄犭娪邢薰狙h(huán)水排污在線儀表監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了必要的分析，對系統(tǒng)預(yù)處理及清洗系統(tǒng)的設(shè)計思路進(jìn)行了必要性分析，并從采水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：預(yù)處理；在線監(jiān)測；沉砂；過濾；懸浮物

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-0-03

0 引 言

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行的重要手段，隨著電廠機(jī)組容量、參數(shù)的逐年提高，機(jī)組對水氣品質(zhì)及化學(xué)監(jiān)督的準(zhǔn)確性、可靠性、及時性的要求也越來越高，如何保證在線化學(xué)儀表測量的準(zhǔn)確性，提升電廠水質(zhì)自動監(jiān)測水平成為焦點。本文以京西燃?xì)鉄犭娪邢薰狙h(huán)水排污水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)為例，對當(dāng)前常用的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行介紹，同時闡明增加取樣預(yù)處理系統(tǒng)的必要性。

1 常見水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)總體介紹

1.1 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)由儀表分析單元、取水單元、配水單元、控制系統(tǒng)、防雷設(shè)備組成。其中儀表分析單元由pH分析儀、電導(dǎo)率在線分析儀、COD分析儀、總磷分析儀等組成。采水系統(tǒng)將水樣分配后供各分析儀表使用；系統(tǒng)泵閥及輔助設(shè)備由PLC控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制；各儀表數(shù)據(jù)經(jīng)必要的接口由數(shù)采工控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集和處理[1]。

1.2 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)工藝設(shè)計

系統(tǒng)采用單泵、單管路取水，源水第一路直接進(jìn)入沉砂池，沉淀過濾后供COD分析儀、總磷分析儀分析；第二路直接進(jìn)入多參數(shù)分析儀流通槽，供pH、電導(dǎo)率分析儀使用。

1.2.1 間歇運行模式

系統(tǒng)運行模式采用周期或定點（建議時間間隔為4小時，也可根據(jù)用戶要求設(shè)計）方式；取水泵連續(xù)取水，保證多參數(shù)池連續(xù)供水（管路清洗除外）；分析儀表測量頻率是否一致；內(nèi)管路、過濾器、沉淀池、多參數(shù)池、樣品杯每次都需清洗；空壓機(jī)對內(nèi)部管路氣洗，過濾器進(jìn)行反吹；按照測量間隔存儲每臺儀表單次測量數(shù)據(jù)。多參數(shù)表于多參數(shù)池配水時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其它儀表則統(tǒng)一在多參數(shù)儀表測量完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲。

1.2.2 連續(xù)運行模式

連續(xù)模式控制需求如下：

（1）取水泵連續(xù)取水，保證多參數(shù)池連續(xù)供水；

（2）沉淀池進(jìn)水電動球閥或增壓泵間歇取水配水，可設(shè)置運行周期，分析儀表測量頻率一致；

（3）過濾器及內(nèi)管路每次均需清洗（與取水泵無關(guān)），外管路及多參數(shù)池每天清洗（與取水泵相關(guān)）；

（4）數(shù)據(jù)存儲間隔為30 min，多參數(shù)數(shù)據(jù)每30 min采集一次，其它儀表采集當(dāng)前值或根據(jù)實際要求進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

2 正常的采水系統(tǒng)設(shè)計介紹

2.1 綜述

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)采、配水單元的建設(shè)在自動站建設(shè)中占有絕對重要的地位，采、配水是保證整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)、獲取正確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，設(shè)計及建造一套運行可靠的水樣采集單元非常重要。采、配水單元必須保證向整個系統(tǒng)提供可靠、有效的水樣。

2.2 取水工藝設(shè)計

取水采用自吸泵，雙泵雙管路設(shè)計，一用一備，滿足實時不間斷監(jiān)測要求。所有取水管路通常配有管道清洗、防堵塞、反沖洗等設(shè)施。

2.3 管路設(shè)計

取水單元采用雙單泵單管路設(shè)計，通過管道中的壓力傳感器可以判斷取水管路的運行狀況。在采水過程中，系統(tǒng)實時監(jiān)測總管路上設(shè)置的壓力傳感器壓力值，當(dāng)壓力不足時系統(tǒng)自動停止運行，以保護(hù)在線監(jiān)測儀表的安全。

2.4 管路清洗功能的不足

2.4.1 在線儀表監(jiān)測中斷

取水結(jié)束后，管內(nèi)的剩余水能夠自動通過電動球閥排空。在系統(tǒng)長期使用后，管路內(nèi)必定會滋生懸浮物，因此在設(shè)計時要充分考慮該問題，不讓懸浮物有附著的環(huán)境。通常系統(tǒng)配置清洗管路接口，定期自動打開自來水和壓縮空氣，通過控制總管路及配水管路的電動閥門可分別對內(nèi)部采水管路和過濾裝置進(jìn)行反沖洗，以防止管路堵塞，并達(dá)到對管路去除懸浮物的作用，但在實際運行環(huán)境下，為了能夠達(dá)到去污效果，通常運行人員會加大絮凝劑的使用量，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常值，嚴(yán)重時達(dá)到正常范圍的2～3倍，因此需要增加管路沖洗的頻率，導(dǎo)致在線儀表的間斷時間和間斷次數(shù)增多。

2.4.2 無法有效清除管壁附著物

此外，管路清洗功能通常只能去除取樣介質(zhì)中的懸浮物和顆粒，對已經(jīng)附著在管壁上的部分則無法有效去除，在惡劣的運行環(huán)境下，管壁附著物將越來越厚并隨機(jī)脫落，對在線儀表造成沖擊。

2.4.3 存在死區(qū)

通常管路清洗系統(tǒng)為反向沖洗，沖洗前關(guān)閉在線儀表入口門并打開沖洗門進(jìn)行沖洗，這樣入口門和儀表之間的管路將無法沖洗，所以在實際運行過程中常常是離儀表最近的管路更臟，會對儀表測量造成較大影響。

2.5 取水工藝的缺陷

2.5.1 取水量不足

通常自吸泵的設(shè)計流量為5 m3/h，而本系統(tǒng)所需水總量為3 m3/h。照此設(shè)計，取水量應(yīng)滿足本系統(tǒng)需求，并有足夠的冗余。但實際上由于所取水介質(zhì)中的雜質(zhì)和絮狀物較多，加之絮凝劑凝結(jié)的雜質(zhì)很容易附著在取樣管壁上，造成管路狹窄，增加管阻力，所以在實際運行過程中取樣水量常常不足，導(dǎo)致儀表測量失真。

2.5.2 管道清洗不便

采配水管路采用灰色UPVC管，內(nèi)徑為25 cm，安裝方便。但由于管路連接的彎頭等中間環(huán)節(jié)均采用一次性膠封或塑焊，不便拆卸，所以管路一旦臟污便很難找到有效的清理手段。

3 預(yù)處理系統(tǒng)的優(yōu)越性

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計思路

針對目前分析儀器的性能，可對水樣先進(jìn)行沉淀以減少懸浮物，然后過濾處理，在后續(xù)的取樣系統(tǒng)中增加清洗功能以清理預(yù)處理系統(tǒng)未能完全消除的附著物。endprint

3.1.1 沉砂預(yù)處理裝置

對于含懸浮物較大的水樣，為減少懸浮物對測量的影響，通常設(shè)置沉淀裝置，即設(shè)置專門的沉砂過濾裝置，該裝置高度集成，占地空間小，除砂效果好，并有自動排沙功能，能夠極大地減少人工維護(hù)量。沉砂池底部進(jìn)水，水流由下而上，旋轉(zhuǎn)離心向上，加速水中泥沙絮狀物的碰撞凝聚沉降；同時，沉砂池的細(xì)長圓筒形結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了沉淀池中不存在死水部分，具有良好的水力交換能力。通過該裝置的過濾，基本能夠去除細(xì)沙等細(xì)小顆粒物。

該套系統(tǒng)在絕大部分污水處理廠和一部分發(fā)電企業(yè)中都有應(yīng)用。沉淀池示意圖如圖2所示。

3.1.2 過濾預(yù)處理裝置

該預(yù)處理單元和分析儀配合使用。系統(tǒng)針對每臺儀表定制預(yù)處理單元，每臺儀表從各自的預(yù)處理裝置中取樣，任何一臺儀表預(yù)處理故障均不會影響到其它儀表的正常工作。預(yù)處理單元還具有如下特點：

水樣代表性：預(yù)處理過程對水樣先進(jìn)行粗過濾（100μm），過濾去除水中的大顆粒，經(jīng)過濾后的水樣進(jìn)入樣品罐，該處理方式能在滿足儀表對水樣需求的同時，充分保證水樣的代表性。

自動清洗：能通過通入自來水、去除懸浮物、加壓清潔水流和壓縮空氣對配水管路自動反沖洗。系統(tǒng)具備足夠的反沖洗能力，保證管道內(nèi)管壁無懸浮附著物。每次測量任務(wù)，系統(tǒng)均會對預(yù)處理進(jìn)行自動清洗。系統(tǒng)反沖清洗的操作可通過現(xiàn)場或遠(yuǎn)程自動或手動控制。

過濾器維護(hù)周期長：由于設(shè)置自動清洗功能，維護(hù)周期超過三個月。

水樣預(yù)處理系統(tǒng)的自動運行及定時反吹應(yīng)由采集控制系統(tǒng)控制，并能夠在現(xiàn)場中心站計算機(jī)的控制畫面中通過指令來切換預(yù)處理系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

樣品杯液位檢測功能：預(yù)處理水罐樣品側(cè)安裝有液位檢測探針，通過液位繼電器可實現(xiàn)對水罐內(nèi)液位的檢測，并將液位信息傳輸給相應(yīng)的分析儀表。

預(yù)處理單元整體結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備集成度高，能極大地方便工程安裝和維護(hù)；預(yù)處理單元采用與儀表相同規(guī)格的安裝機(jī)柜，美觀易用。

3.1.3 配水系統(tǒng)清洗功能

針對多參數(shù)測量池和沉淀池等預(yù)處理裝置設(shè)置水、氣等自動清洗功能，通過PLC控制系統(tǒng)對其實現(xiàn)周期/定點清洗功能。增壓清洗水和壓縮空氣通過對測量池和沉淀池曝氣頭實現(xiàn)對罐體的清洗。

配水系統(tǒng)流路預(yù)留2～3個規(guī)格DN20的流路接口，提供系統(tǒng)需要進(jìn)行儀表擴(kuò)展時所需的水路接口[2]。

系統(tǒng)總體配水及預(yù)處理流路均設(shè)置大量的活接，便于系統(tǒng)拆卸、清洗。

3.1.4 增加系統(tǒng)清洗功能

清洗系統(tǒng)定時啟動或根據(jù)用戶的需要啟動清洗操作，分別對室內(nèi)進(jìn)樣管路、多參數(shù)管路、室內(nèi)取水管路以及沉淀池進(jìn)行清洗。結(jié)合壓縮空氣系統(tǒng)，將壓縮空氣和清水混和，實現(xiàn)高壓氣泡擦洗，可將管壁附著的懸浮物等清洗掉。

清洗單元需要用戶在站房提供自來水入戶或井水（現(xiàn)場條件滿足的情況下）。

壓縮空氣為管路的反吹清洗、過濾器清洗提供高壓氣源?？諌簷C(jī)推薦選用無油靜音空壓機(jī)。該空壓機(jī)可設(shè)定壓力的上限和下限，無需單獨的控制信號，維護(hù)量很低。當(dāng)儲氣罐中的壓力高于設(shè)定上限時，空壓機(jī)自動切斷電源；在供氣時，儲氣罐內(nèi)壓力逐漸降低，當(dāng)壓力低于設(shè)定下限時，空壓機(jī)自行啟動，重新為儲氣罐加氣?？諌簷C(jī)實物如圖3所示。

3.1.5 擴(kuò)展性設(shè)計

為保證系統(tǒng)監(jiān)測項目的擴(kuò)充需要，配水管路預(yù)留4個DN20的UPVC管路接口，用以連接分析儀表預(yù)處理模塊，從而擴(kuò)展系統(tǒng)分析儀表配置。

4 預(yù)處理控制系統(tǒng)

4.1 控制系統(tǒng)原理

現(xiàn)場控制單元由工控機(jī)監(jiān)視，PLC控制，由控制柜及執(zhí)行元件構(gòu)成。PLC控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)采水配水控制，啟動測試，清洗、去除懸浮物、反沖洗等一系列動作。同時可以監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)對系統(tǒng)動作做相應(yīng)的調(diào)整，確保預(yù)處理系統(tǒng)自身的穩(wěn)定運行。控制系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

4.2 控制系統(tǒng)基本框架

控制系統(tǒng)由工控機(jī)、可編程邏輯控制器、總空氣開關(guān)、各儀表設(shè)備空氣開關(guān)、接觸器、直流電源、繼電器和接線端子等組成。系統(tǒng)控制單元采用西門子PLC作為系統(tǒng)邏輯控制器，并結(jié)合繼電器、接觸器等器件實現(xiàn)對外部泵閥及輔助設(shè)備的控制功能；控制系統(tǒng)采用工控機(jī)對系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，包括對系統(tǒng)任務(wù)控制、信號采集的控制以及數(shù)據(jù)上傳等。

4.3 控制柜及布線

文中的控制柜采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜（800mm×800mm× 2000 mm）[3]，該機(jī)柜為白色，美觀大方。四側(cè)門均可打開，方便安裝和檢修。前門為玻璃門。內(nèi)部布線強(qiáng)弱電隔離，以避免電磁干擾。機(jī)柜前部用盲板遮擋，使機(jī)柜整齊美觀。

5 結(jié) 語

綜上所述，在線儀表取樣預(yù)處理系統(tǒng)及新增管路清洗系統(tǒng)能在很大程度上清理取樣水質(zhì)中的懸浮物、大顆粒雜物等，同時預(yù)處理系統(tǒng)采用純物理原理，不會影響在線儀表的測量。可靠的控制系統(tǒng)能夠保證整個工藝系統(tǒng)的完整性和連續(xù)性，使各系統(tǒng)間能夠協(xié)調(diào)配合。通過強(qiáng)有力的預(yù)處理系統(tǒng)和可靠的控制單元能夠最大限度降低對在線儀表的沖擊，增加其使用壽命。所以水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)增加預(yù)處理裝置十分必要。

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