先進(jìn)pH值控制系統(tǒng)在化工行業(yè)污水預(yù)處理單元上的應(yīng)用
1 概述
撫順乙烯化工有限公司乙烯裝置廢堿氧化系統(tǒng)排放的廢堿液、急冷系統(tǒng)排污水、儲(chǔ)運(yùn)排污水、丁烯裝置排放生產(chǎn)廢水及乙烯化學(xué)池排放的廢堿液進(jìn)入中和池后，通過pH值自動(dòng)監(jiān)測儀表對(duì)廢水的pH值進(jìn)行監(jiān)測，并通過控制系統(tǒng)由注酸泵自動(dòng)向中和池中注酸，控制污水pH值6～9，然后流入調(diào)節(jié)池中與含油污水混合，經(jīng)導(dǎo)流池后進(jìn)入隔油池，采用API方式除油，廢油裝桶外售，除油后的污水進(jìn)入提升池，通過提升泵送到污水場進(jìn)行生化處理。原設(shè)計(jì)處理能力30噸/小時(shí)，14萬噸/年乙烯裝置擴(kuò)能改造后，預(yù)處理單元處理能力擴(kuò)到60噸/小時(shí)。
由于生產(chǎn)狀況不同，排放污水的流量和含堿量有較大的波動(dòng)，尤其在化學(xué)池污水大量排放時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的沖擊很大。
2 原控制系統(tǒng)狀況和存在的問題
2.1 原控制系統(tǒng)的狀況
我車間中和池外排污水pH值原控制系統(tǒng)為結(jié)點(diǎn)控制。即在2＃中和池中有一臺(tái)pH檢測儀，其信號(hào)送入操作室，通過接點(diǎn)控制器控制P4注酸泵啟停電機(jī)。操作工可根據(jù)外排污水pH值情況，設(shè)定啟停的pH值，當(dāng)外排污水pH值漲到設(shè)定pH值時(shí)，P4泵啟動(dòng)開始注酸，當(dāng)外排污水pH值降到設(shè)定pH值時(shí)，P4泵關(guān)閉停止注酸。P3泵為手動(dòng)啟停泵，作為應(yīng)急備用。
2.2 存在的問題：
1）由于排入的污水含有堿性和油脂，造成探頭腐蝕和污染， pH值傳感器壽命短，成本高，精度差
2）外排污水pH值波動(dòng)大，常在5～11之間波動(dòng)，經(jīng)常出現(xiàn)污水排放超標(biāo)的現(xiàn)象。
3）當(dāng)大的干擾出現(xiàn)時(shí)（化學(xué)池污水大量排放時(shí)）現(xiàn)有控制系統(tǒng)無法控制pH值，需要操作工現(xiàn)場手動(dòng)啟動(dòng)備用泵（P3泵），若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將導(dǎo)致污水排放超標(biāo)。
3 控制改造的方案
3.1 原控制系統(tǒng)問題分析和選型
3.1.1 pH值傳感器
改造前的pH值傳感器采用旋轉(zhuǎn)式清洗刷清洗探頭附著污物造成探頭磨損，同時(shí)使檢測信號(hào)產(chǎn)生不確定的漂移。傳感器密封不嚴(yán)，導(dǎo)致電路部分被堿性氣體腐蝕，變送器信號(hào)不穩(wěn)定。改造選用的pH值傳感器由德國Endrss+Hauser公司生產(chǎn)，原裝進(jìn)口的成熟技術(shù)產(chǎn)品。該傳感器抗污染，易清洗（能自動(dòng)清洗），工作穩(wěn)定可靠，壽命長，易損配件便宜；探頭帶有憎污PTFE隔膜專利產(chǎn)品，可消毒，防止阻塞；清洗頭能完成清洗過程，保證探頭不受污染；加長參比腔可以加長使用壽命，確保長期穩(wěn)定性。采用專用電纜，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；變送器直接掛墻，操作簡單、使用安全，防爆。
3.1.2 控制器
接點(diǎn)控制方式無法滿足使用需要，改造后采用連續(xù)調(diào)節(jié)控制的方式。pH值的連續(xù)調(diào)節(jié)控制在傳統(tǒng)控制方法中一直是一個(gè)難題。pH值自身的非線性特征與中和過程的大滯后疊加，使連續(xù)控制更加困難。應(yīng)該采用先進(jìn)調(diào)節(jié)控制器。為了保證調(diào)節(jié)效果，方案使用了無模型自適應(yīng)(MFA)控制技術(shù)。
原現(xiàn)場采用分離儀表控制，因此方案選擇的CyboCon CE，是美國博軟公司將強(qiáng)大的無模型自適應(yīng)（MFA）控制技術(shù)與Microsoft Windows CE實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)合起來，嵌入GEFanuc公司的FC2000工業(yè)平臺(tái)，是一種即插即用式、功能強(qiáng)大的一體化先進(jìn)控制器。可以通過其自帶的I/O通道直接與一次儀表連接；觸摸屏顯示器完成控制組態(tài)和調(diào)節(jié)趨勢顯示；內(nèi)置的控制邏輯算法實(shí)現(xiàn)連續(xù)、間歇控制邏輯的組態(tài)。MFA控制算法可以有效地解決pH值控制問題，特別是可以解決pH+大滯后控制難題，同時(shí)由于MFA控制算法的強(qiáng)制在線自學(xué)習(xí)的特征，使控制改造可以在不影響生產(chǎn)的條件下直接調(diào)試和投運(yùn)。
為了實(shí)現(xiàn)P3泵連續(xù)調(diào)節(jié)控制，加裝變頻調(diào)速器作為調(diào)節(jié)執(zhí)行器，通過調(diào)整P3泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)加酸量的控制。
3.1.3 控制邏輯
應(yīng)考慮將P3泵的連續(xù)控制與P4泵的接點(diǎn)控制形成自動(dòng)連鎖。
考慮到污水處理過程中污水的堿性和流量有較大的變化，而變頻調(diào)速技術(shù)有其應(yīng)用的限制，即當(dāng)輸出頻率低于工頻的20%時(shí)，電機(jī)較易發(fā)熱，這就意味著最大與最小處理能力的比值不能超過5。但現(xiàn)場工況的考察結(jié)果表明，這樣的處理能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。方案選擇了雙泵工作方案，即P4泵作常穩(wěn)態(tài)的連續(xù)調(diào)節(jié)，并限制其不在工頻的20%以下工作，必要時(shí)可關(guān)閉該泵；P3泵作為P4泵的補(bǔ)充，在P4泵的能力不夠時(shí)開啟。
設(shè)計(jì)中必須考慮通過一套控制邏輯實(shí)現(xiàn)上述目的。初步設(shè)計(jì)利用CyboCon CE的邏輯模塊組成控制邏輯，其主要原理是：在設(shè)定值的上下各設(shè)一個(gè)帶，形成pH值的上下限，上限與變頻器輸出頻率構(gòu)成邏輯控制P3泵的啟停，下限與變頻器輸出頻率構(gòu)成邏輯控制P4泵的啟停。中間作為連續(xù)調(diào)節(jié)區(qū)。
3.2 改造方案
P4加酸泵、pH傳感器、變頻調(diào)速器和CyboCon CE的MFA先進(jìn)調(diào)節(jié)器共同構(gòu)成pH值控制回路，對(duì)污水pH值進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。MFA先進(jìn)調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，可以克服控制系統(tǒng)中的大滯后和非線性。當(dāng)P4泵接近滿量程工作狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)P3加酸泵作為補(bǔ)充。
4 改造的效果
按照上述方案在不影響正常生產(chǎn)的條件下實(shí)施，控制系統(tǒng)經(jīng)簡單在線調(diào)試后，即達(dá)到如下效果：
1）采用新型pH傳感器探頭后，測量準(zhǔn)確，長時(shí)間使用測量值未發(fā)生漂移，探頭成本低、壽命長。
2）污水實(shí)現(xiàn)全部達(dá)標(biāo)排放：正常工況的波動(dòng)中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)排放，排放值為pH=設(shè)定值±0.15；在化學(xué)池污水大量排放時(shí)，P4泵與P3泵實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制達(dá)到工藝要求的排放指標(biāo)。
5 改造的意義
應(yīng)該看到，對(duì)于pH值的控制不僅是污水排放的需要，在大量的化工生產(chǎn)裝置中pH值是否穩(wěn)定直接影響裝置的安全生產(chǎn)和設(shè)備腐蝕（如乙烯裝置的急冷注堿單元），因此，有效地控制pH值有著較大的經(jīng)濟(jì)效益。
通過本次改造,解決了該廠污水排放pH值超標(biāo)問題，同時(shí)，為解決長期困擾化工企業(yè)的pH值無法在滿足工藝要求的情況下實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)問題提供了一種切實(shí)可行的方法.
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