循环冷却水处理智能监控系统的应用研究.doc

循环冷却水处理智能监控系统的应用研究 摘 要 在工业生产过程中，循环冷却水是其中不能缺少的部分。冷却水循环处理技术对于设备的运行周期进行延长、对水的重复利用率进行提高以及降低生产成本，加强对环境的保护都有着重要的意义。文章主要是对循环冷却水处理监控系统进行设计与研究，在理论和实践上都有重要的意义。 关键词 循环冷却水处理；智能监控系统 中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0172-02 随着我国人口数量的不断上升以及工农业的持续发展，水资源短缺以及水环境污染已经成为日趋严重的问题，不仅对国计民生产生活有着严重的影响，在对社会经济可持续发展的道路上，也已经成为阻碍其发展的因素之一。在我国的城市用水中，70%80%是工业用水，而工业用水的80%又被冷却水占据。为了对水资源的节约，在我国的电力、石油等企业中，已经将循环冷却水系统运用到生产中，对于当前水资源紧张的局面，起到了缓解的作用。 1 循环冷却水系统与循环水处理技术 1.1 工业循环冷却水系统 通常情况下，工业冷却水系统由旁流式循环和敞开式冷却水系统构成，在实际的生产过程中，主要由成本预算以及现场的实际条件来确定使用哪一种系统。经常会用到的是敞开式循环冷却水系统，其基本流程是通过工艺换热设备冷却水与工艺物料进行交换，利用余压在升温之后回到冷却塔进行冷却，在经过冷却之后回到塔底水池，利用管网在水泵升压之后送到工艺装置。在整个运行的过程中，循环水会有渗漏、蒸发等损失，所以，为了离子浓度在循环水中达标，在将污水排出系统的同时，还应该将干净的水补充进去。如图1所示。 在旁流式循环冷却水系统中，经常会用到的是旁滤法，即对水中所含有的微生物、悬浮固体等进行过滤和除去，但是在这个过程中，不能够对水的含盐量和硬度进行降低，在进行反冲洗时，将杂质随之排出系统。由于在污水中的杂质浓度低于反洗水，所以，就可以消耗少量水而排出更多的杂质，也就是通过旁滤的手段，可以大大降低排污量。 1.2 循环水系统运行中存在的问题与对策 1.2.1 腐蚀问题与防腐办法 金属设备被腐蚀是循环冷却水中所存在的重要的问题之一。由于水中含有二氧化碳等杂质，在与金属管接触之后，就会产生化学反应，会腐蚀金属管，从而导致设备寿命缩短、对换热效率降低等问题的产生。 在循环水系统中，有效的预防和治理金属腐蚀的办法之一就是对缓蚀剂的添加，这样就能够在循环水系统中，大大的降低金属设备的腐蚀速度。 1.2.2 微生物的滋生与杀生 天然水，尤其是湖水、河水这种地表水中，有大量的微生物存在。在循环水系统中，加入天然水时，会让系统中产生大量的微生物。由于不断的循环使用冷却水，在升高的水温和浓缩养分的条件下，藻类和细菌会大量的进行繁殖，并且导致生物粘泥的形成，在换热管壁上进行依附，不仅会大大的降低换热效率，严重时，更会堵死管道，只有停止工作，然后对管道进行清洗，为企业带来不必要的损失。 能够有效对滋生的微生物进行有效控制的办法之一就是将杀生剂添加到水里。虽然能够有效的解决微生物滋生的问题，但是由于微生物对杀生剂存在着一定的适应性，因此，为了微生物治理的长期有效，还必须得经常交替使用杀生剂。 1.3 循环冷却水处理技术 在发达国家的工业用水中，已经达到80%90%的重复使用率，对于水的浓缩率已经达到68倍。但是从我国的现状来看，还没有达到50%水的利用率，而水的浓缩率也还仅仅只是23倍的水平。从节能这方面来看，在造成资源浪费的同时，也对水环境造成了严重的污染。因此，在当今工业水处理方面，将水的利用率大大的提高以及减少对环境的污染已经成为研究的重要一个方面。臭氧处理、磁化处理以及药剂处理是当前我国对工业循环水进行处理的方式，其中经常会用到药剂处理，水处理技术的运用将新的活力注入到循环水水质稳定技术中，随着在工业循环水处理中将臭氧处理和磁化处理技术的投入使用，在节约水和减少环境污染上，也取得了不错的效果。 2 循环冷却水处理智能监控系统的设计 2.1 循环冷却水处理监控系统硬件设计 2.1.1 系统硬件的基本配置 根据工艺过程对于系统的控制要求，在整个系统中，应该采用腐蚀在线检测仪、德国西门子S7-200PLC等。PLC与工控机之间通过CP5611通讯卡来进行数据通讯的实现。为了为测量精度提供保证，需要采用美国米顿罗公司所生产的电导率、流量计、ORP检测仪表等；除此之外，还应该采用美国哈希的余氯仪以及浊度仪。在对水池液位进行测量时，要采用美国FLOWLINE公司所生产的5500LU11 MicroSpan TM双线超声笔液位传感器。为了整套系统的安全所提供保证，在计量泵和执行器电动阀的选择上，也应该采用进口的设备。 2.1.2 监控系统的组成 组成监控系统的分别是软件和硬件这两个部分，主要作用是为了让用户操作更为方便的安装在控制柜中检测仪器、触摸屏、PLC基本单元等能够被受到更好的控制。在整套装置系统中，作为上位机监控系统的是装有WinCC的工业控制计算机，通过触摸屏，用户也可以实现对系统的控制，下位机现场设备控制层是由西门子S7-200PLC来组成。将CPU224XP与网络PROFIBUS-D进行连接的是作为扩展模块的EM277 PROFIBUS-DP。利用I/O总线，EM277可以与CPU224XP相连接，通过CP5611PCI卡，EM277所带有的通信口DP与上位机相连接，网络诊断是CP5611所具有的功能之一，通信率可以达到12Mbps，具有较好的稳定性。图2是监控系统的结构图。 2.2 循环冷却水处理监控系统软件设计 2.2.1 循环冷却水自动加药控制系统软件设计 循环水处理自动加药控制系统是一套完整的、能够根据客户的实际需求进行设备配置的循环水自动控制、检测以及加药的设备。在整套系统中，利用微处理这一先进的技术呈现出直观的人机界面配合先进的在线监测仪表，让在线检测和控制全自动化成为可能，并在预定的范围内控制水的质量，避免出现人工加量不准确、对水质分析不到位问题的出现，采取比值控制和均匀控制算法，实时投入适当的量将水里面的微生物彻底的清除干净的同时又不将多余的药剂留在水体造成二次污染，从经济性和质量两方面都有很大的提高。 2.2.2 循环冷却水自动加酸控制系统软件设计 为提高循环水系统的浓缩倍数（回收率），可以采用加酸的方法将碳酸盐硬度转换为非碳酸盐硬度来实现。循环冷却水处理系统自动加酸控制部分主要由加酸控制器、缓冲罐、卸酸设施、水射器、pH探头等设施组成。在这套系统中，所用到的储存设备、管道以及控制设备在耐酸上，都可以达到92%98%的水平。美国帕斯菲达所生产的加酸计量泵的流量为18.9 L/H，可以连续的进行滴加，每天需要对酸进行加入的计量在经过计算之后是300 kg，所以，在设计系统时，就应该将加酸缓冲罐的体积定为0.2 m?0.5 m?，来增加系统的冗余量提高可靠性。 2.2.3 监测换热器系统软件设计 在长期使用循环冷却水之后，一定会产生附属的沉积物，滋长的微生物和被腐蚀的金属问题的产生，在一定程度上会降低换热器的效率，对正常生产造成影响，严重的情况还会损害换热器，所以对循环冷却水的水质监测处理一定要加强。为了对水质处理的监管水平进一步的提高，可以选择将WGRZ-3型这个由MCS-51单片机所研发的换热器在线检测仪，在实际的生产中，由多加企业试用之后，都反应具有良好的效果，能够对冷却水循环水质进行更加科学、全面的检测处理。 2.2.4 循环水腐蚀在线检测系统软件设计 在工业循环水系统中，作为循环水质重要的一项指标的腐蚀，在一定程度上对设备的安全运行起着直接影响的作用。根据GB-50050 2007 CL-根对于换热走水壳程的最高值是700 mg/L，电导率是3000 us/cm。因此，对于这两项重要的腐蚀来源的测量是必不可少的。只有对这两项指标做好有效的在线监控，才有可能把腐蚀防患于未然。在这里换热器监测系统对系统的进口温度，出口温度，蒸汽温度，流量，污垢热阻，沉积速率等进行实时在线监测并传到PLC，再经过串级PID，前馈控制等控制方法对换热过程进行控制，另外对循环水系统中的电导，PH和CL根进行有效测量监控报警和故障处理，实现对循环水系统的有效自动化监控 2.3 循环冷却水处理监控系统人机界面设计 系统在完成PLC的软件编程和硬件组态之后，在PLC中放入已经下载好的设计程序，并对系统进行运行，就可以达到药与酸的自动添加和控制、换热器的在线检测以及腐蚀的在线检测等功能在循环水处理系统中的实现。作为供用户能够实际进行使用的工程项目而言，对控制的实现还是远远不够的，在监控系统方面，还需要通过组态监控界面的手段来实现。通过进行监控，能够进一步增强人机进行交流的能力，系统在工作中的情况能够通过监控系统让操作人员更直观的看到，并且也让操作系统变得更为便捷。在对上位机监控系统进行设计时，采用将触摸屏编程和WinCC共同组成的方式，不仅能够达到更直观的对运行过程中的对象进行实时监督的目的，还可以实现数据记录归档以及报警等附加的功能。 3 结束语 水作为一种宝贵的资源，不管是工业上，还是在日常的生活中，都应该节约。通过对循环冷却水处理职能监控系统的研究和分析，站在节约能源和保护水资源的立场上提出一些解决问题的措施，在一定程度上为工业生产提高能源利用率、降低成本起到积极影响作用的同时，也极大的节约了水资源，对环境起到了保护的作用。 参考文献 1闫中灿，陈绍建