1、概述  

     污水预处理单元ph值控制系统具有非线性特征和大的过程滞后,很难进行有效的连续控制。针对该过程特点和存在问题,采用抗污染,易清洗的ph值传感器,和美国博软公司的mfa无模型自适应控制器,并为加酸泵加装变频调速器。改造效果良好,取得较大效益。此项应用经验可供类似系统参考。
    乙烯装置废碱氧化系统排放的废碱液、急冷系统排污水、 储运排污水、丁烯装置排放生产废水及乙烯化学池排放的废碱液进入中和池后,通过ph值自动监测仪表对废水的ph值进行监测,并通过控制系统由注酸泵自动向 中和池中注酸,控制污水ph值6~9,然后流入调节池中与含油污水混合,经导流池后进入隔油池,采用api方式除油,废油装桶外售,除油后的污水进入提升 池,通过提升泵送到污水场进行生化处理。原设计处理能力30吨/小时,14万吨/年乙烯装置扩能改造后,预处理单元处理能力扩到60吨/小时。其工艺流程 如下图所示:

 ph值控制系统工艺流程

由于生产状况不同,排放污水的流量和含碱量有较大的波动,尤其在化学池污水大量排放时对控制系统的冲击很大。

2 原控制系统状况和存在的问题
2.1 原控制系统的状况
车间中和池外排污水ph值原控制系统为结点控制。即在2#中和池中有一台ph检测仪,其信号送入操作室,通过接点控制器控制p4注酸泵启停电机。操 作工可根据外排污水ph值情况,设定启停的ph值,当外排污水ph值涨到设定ph值时,p4泵启动开始注酸,当外排污水ph值降到设定ph值时,p4泵关 闭停止注酸。p3泵为手动启停泵,作为应急备用。

2.2 存在的问题:
1)由于排入的污水含有碱性和油脂,造成探头腐蚀和污染, ph值传感器寿命短,成本高,精度差

2)外排污水ph值波动大,常在5~11之间波动,经常出现污水排放超标的现象。

3)当大的干扰出现时(化学池污水大量排放时)现有控制系统无法控制ph值,需要操作工现场手动启动备用泵(p3泵),若发现不及时,将导致污水排放超标。

3 控制改造的方案
  3.1 原控制系统问题分析和选型
3.1.1 ph值传感器
改造前的ph值传感器采用旋转式清洗刷清洗探头附着污物造成探头磨损,同时使检测信号产生不确定的漂移。传感器密封不严,导致电路部分被碱性气体腐蚀,变送器信号不稳定。
改造选用的ph值传感器由德国endrss+hauser公司生产,原装进口的成熟技术产品。
传感器抗污染,易清洗(能自动清洗),工作稳定可靠,寿命长,易损配件便宜;探头带有憎污ptfe隔膜专利产品,可消毒,防止阻塞;清洗头能完 成清洗过程,保证探头不受污染;加长参比腔可以加长使用寿命,确保长期稳定性。采用专用电缆,确保数据稳定可靠;变送器直接挂墙,操作简单、使用安全,防 爆。

3.1.2 控制器

  接点控制方式无法满足使用需要,改造后采用连续调节控制的方式。ph值的连续调节控制在传统控制方法中一直是一个难题。ph值自身的非线性特征与中和过程的大滞后叠加,使连续控制更加困难。应该采用先进调节控制器。为了保证调节效果,方案使用了无模型自适应(mfa)控制技术。
原现场采用分离仪表控制,因此方案选择的cybocon ce,是美国博软公司将强大的无模型自适应(mfa)控制技术与microsoft windows ce实时操作系统结合起来,嵌入gefanuc公司的fc2000工业平台,是一种即插即用式、功能强大的一体化先进控制器。可以通过其自带的i/o通道 直接与一次仪表连接;触摸屏显示器完成控制组态和调节趋势显示;内置的控制逻辑算法实现连续、间歇控制逻辑的组态。mfa控制算法可以有效地解决ph值控 制问题,特别是可以解决ph+大滞后控制难题,同时由于mfa控制算法的强制在线自学习的特征,使控制改造可以在不影响生产的条件下直接调试和投运。
为了实现p3泵连续调节控制,加装变频调速器作为调节执行器,通过调整p3泵的转速实现加酸量的控制。


3.1.3 控制逻辑

  应考虑将p3泵的连续控制与p4泵的接点控制形成自动连锁。考虑到污水处理过 程中污水的碱性和流量有较大的变化,而变频调速技术有其应用的限制,即当输出频率低于工频的20%时,电机较易发热,这就意味着最大与最小处理能力的比值 不能超过5。但现场工况的考察结果表明,这样的处理能力是远远不够的。方案选择了双泵工作方案,即p4泵作常稳态的连续调节,并限制其不在工频的20%以 下工作,必要时可关闭该泵;p3泵作为p4泵的补充,在p4泵的能力不够时开启。
设计中必须考虑通过一套控制逻辑实现上述目的。初步设计利用cybocon ce的逻辑模块组成控制逻辑,其主要原理是:在设定值的上下各设一个带,形成ph值的上下限,上限与变频器输出频率构成逻辑控制p3泵的启停,下限与变频 器输出频率构成逻辑控制p4泵的启停。中间作为连续调节区。


3.2 改造方案

  p4加酸泵、ph传感器、变频调速器和cybocon ce的mfa先进调节器共同构成ph值控制回路,对污水ph值进行连续调节。mfa先进调节器的应用,可以克服控制系统中的大滞后和非线性。当p4泵接近 满量程工作状态时,自动启动p3加酸泵作为补充。控制方案示意图见下图。ph值控制系统控制方案示意图
 

 


4 改造的效果


按照上述方案在不影响正常生产的条件下实施,控制系统经简单在线调试后,即达到如下效果:
1)采用新型ph传感器探头后,测量准确,长时间使用测量值未发生漂移,探头成本低、寿命长。
2)污水实现全部达标排放:正常工况的波动中,系统实现了连续排放,排放值为ph=设定值±0.15;在化学池污水大量排放时,p4泵与p3泵实现联锁控制达到工艺要求的排放指标。

5 改造的意义
应该看到,对于ph值的控制不仅是污水排放的需要,在大量的化工生产装置中ph值是否稳定直接影响装置的安全生产和设备腐蚀(如乙烯装置的急冷注碱单 元),因此,有效地控制ph值有着较大的经济效益。通过本次改造,解决了工厂污水排放ph值超标问题,同时,为解决长期困扰化工企业的ph值无法在满足工 艺要求的情况下实现连续自动调节问题提供了一种切实可行的方法.

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