自动加药系统在石化行业锅炉水处理中的应用

张洪玲

杭州南方赛珀工业设备有限公司，浙江 杭州 311107

摘要：社会经济的快速发展，对石化行业锅炉水处理带来了新的机遇与挑战，有必要对自动加药系统在其中的应用展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的处理效果。本文介绍了投入炉内协调磷酸盐自动加药系统的原因及控制目标，分析了其控制原理及其控制系统的组成。望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。

关键词：自动加药系统；石化行业；锅炉水处理；应用

1前言

在石化行业锅炉水处理工作中，自动加药系统的应用是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。

2概述

当今随着以半导体功率器件为核心的电力电子技术的发展和以计算机为代表的控制技术的突飞猛进，水质在线监测仪表、变频器技术和PLC的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面。水质在线仪表是生产现场最直接的检测设备，被称为自动化的“眼睛”，其准确性直接影响到自动化控制的精度。变频技术的不断发展和成熟，以其明显节能效果、高可靠性、较高功率因数及效率等诸多优点，成为当今电气拖动系统的佼佼者。可编程序逻辑控制器(PLC)，是近年来发展起来的并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置，它已成为解决自动控制问题的最有效工具之一，它编程简单并且稳定可靠越来越受到人们的重视，PLC可以用于各种工业过程的闭环控制。当前自动加药系统已广泛采用PLC自动控制技术、变频调速技术取代传统的直流调速系统。

3投入炉内协调磷酸盐自动加药系统的原因及控制目标

引入原因:由于锅炉在运行中，因凝汽器的渗泄漏和炉水大量蒸发而引起的炉水盐分极度浓缩，会造成炉管积盐、结垢。以前投入的一套手动加药系统每天人员分几班倒，人工取样实验室分析炉水的PH值和磷酸根值，靠人为经验配药后开启手动加药泵加药。因取样不及时、实验室仪表不准确、人的素质参差不齐等因素造成了系统加药不理想，该加的时候不加，不加的时候又大量加，这样不仅浪费了大量的人力物力，最关健的是造成了锅炉设备腐蚀程度严重加剧。因而经过考查研究引入了这套自动协调磷酸盐加药系统，该方法要求严格控制PH值和磷酸根值，从而实现R值(钠离子的量浓度与磷酸根炉离子的量浓度比)的严格控制以保证协调磷酸盐处理的水质工况。协调磷酸盐自动加药系统常采用开关量控制二钠和三钠的选择，加药泵选用进口机械隔膜计量泵，使用交流电机驱动。当磷酸盐超过给定值时停泵；当磷酸盐低于给定值时启动泵。

控制目标:自动连续分析炉水磷酸根和PH值，输出信号送上位机系统和PLC系统，加药量，根据水质、水量的变化，实现实时自动调节，达到最佳处理效果。当某泵故障时，备用泵自动投入使用，调节池液位实施连锁，低液位自动停泵并报警。

根据工艺参数要求自动开启二钠和三钠药箱电磁阀加相应的药，低液位时开启补水阀补除盐水。实现数据处理、汇总、打印，上位机出现故障时，PLC可脱离上位机独立运行。所有测量数据如水位、液位、药位在中央控制室集中显示。

4控制原理

自动加磷装置通过对炉水自动协调磷酸盐处理，控制PH值(9～10PH)和磷酸根值(3～15mg/l)，从而实现R值(钠离子的量浓度与磷酸根离子的量浓度之比)的严格控制，以防止机组运行时杂质进入锅炉而引起积盐结垢。其控制原理为:通过汽水取样盘的在线磷表和PH表监测炉内磷酸根含量和PH值并输出4～20mA标准信号进入PLC，整个PLC控制系统按用户要求实现PID调节功能通过一系列算法处理(PID)再经过功能模块输出4～20mA信号进电控柜内变频器，相应控制计量泵的转速，以便自动调节计量泵的输出流量，调节流量范围为0～100%。在PLC中配有AD和DA模块，来自磷表和PH表的4～20mA信号经PLC进行PID运算后输出至变频器控制计量泵调节加药量。启动备计量泵时，PLC先输出接点信号(开关量)到交流接触器，接通变频器电源，然后再正常启动泵。此系统最关键的设备是自动化在线分析仪磷表和PH表，它是保证整个闭环控制系统可靠运行的信号来源。在线仪表的测量值作为反馈，系统中采用PID算法，各系统PLC与中控室计算机通讯。PID算法如下:

U=Kp[e(t)+∫e(t)×dt/T1+TD×de(t)/dt]+U0

U:调节器的输出信号；e(t):调节器的偏差信号，它等于测量值和给定值的之差；Kp:调节器比例系数；T1:调节器的积分时间；TD:调节器的微分时间；U0:输出补偿。控制流程图如图1所示。

5控制系统的组成

公司PH表、磷酸根表；三菱PLC控制器；西门子6se6440-2ud21变频器以及电磁阀、加药泵和电机等组成，如图2所示。

PLC控制器根据PH值和磷酸根值计算出R值，由R值确定加药的品种，去控制电磁阀的开启和关闭；磷酸根值作为系统的给定值。控制系统的等效框图如图3所示。图3中E(s)为系统误差，U(s)为中间函数。

6控制算法

在协调磷酸盐控制系统中，系统存在很大的时延，并且有两个反馈信号(锅水PH值和磷酸根值)，控制参数也有两个，即系统为两输入、两输出系统。由于对象的数学模型是变化的，因此用经典的方法设计控制器十分困难。为了简化系统硬件组成和控制算法，采用专家系统的方法对被控对象实施控制。专家控制器的控制算法可以用如下的语言模型来描述。

6.1加药品种选择算法

当锅水R值大于某确定值(给定值)时，说明三钠过量，应补充二钠；反之，应补充三钠。由于锅炉纯滞后时间过长，因而必须设定一个死区，否则会引起R值的振荡，甚至会超过允许范围。

6.2加药泵转速控制算法

加药泵转速控制的目的是保证磷酸根的量浓度在允许的范围之内。由于系统的纯滞后时间很长，所以在控制算法中必须考虑磷酸根浓度值的大小和控制器输出之间的关系。

7结束语

总之，在当前各种条件下，自动加药系统在石化行业锅炉水处理中应用实践中依旧存在着多方面的问题，应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的水处理实施策略与效果。

参考文献：

[1] 王建平.PLC在水厂加药自动控制系统中的应用[J].科技资讯.2016（21）：88-89.

[2] 吴仕荣，周新梅.自动加药系统在自来水厂中的运用[J].中国农村水利水电，2002（09）：141-142.