凝结水一般是指锅炉产生的蒸汽在汽轮机做功后，经循环冷却水冷却凝结的水。由于热力系统不可避免的存在水汽损失，需向热力系统补充一定量的补给水（除盐水箱来水）。因此凝结水主要包括：汽轮机内蒸汽做功后的凝结水、各种疏水和锅炉补给水。这部分的凝结水需要通过一种有效的处理过程加以利用，本文所说的凝结水精处理实现自动化的目的是实现整个水处理系统的安全可靠的运行,确保优质的出水水质或达到规定的标准,提高管理人员的劳动生产率、降低能源与物料消耗。针对采用前置过滤器＋高速混床法的工艺流程,提出自动控制设计方案,主要包括现场仪表一体电磁流量计等仪表的设计选型及配置、控制系统的设计等,并给出了自动控制功能的要求。将凝结水精处理的自动化设计应用于某发电厂,取得了良好的应用效果,提高了现场工作人员的工作效率。撰写此文与各位分享。
1 引言
自动化技术的普遍应用,*大地把人类从繁杂的体力劳动和不安全的工作环境中解放出来,显著地改善了人类的工作环境和提高了人类的生活质量。不仅如此,自动化技术的应用, 还明显地增强了企业的竞争能力,使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。凝结水精处理过程实现自动化的目的是实现整个水处理系统的安全可靠的运行,确保优质的出水水质,提高管理人员的劳动生产率、降低能源与物料消耗。
2 控制范围本文主要针对火力发电厂的凝结水精处理系统,提出自动控制设计方案。每套精处理单元由两台前置过滤器、三台精处理高速混床、三台树脂捕捉器、一台再循环泵和三套旁路系统组成。精处理的再生单元由分离塔、阴再生罐、阳再生罐和树脂捕捉器组成, 以及辅助单元的罗茨风机、热水箱、压缩空气储罐、酸碱系统等。控制系统范围主要包括#1 机组精处理系统,#2 机组精处理系统, 体外再生系统, 辅助单元等。
3 自动控制系统设计
一套完整的自动控制系统设计,就地设备及工艺参数的测量是必不可少的, 通过对过程参数的数据采集,配套D C S 或P L C 控制系统, 完成对整个工艺工程的在线测量、监视及控制。
3．1 仪表选型及配置
根据工艺流程和工厂管理的需求,配置合理的在线仪表,正确显示设备状态及工艺过程参数。仪表主要包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、分析仪表等。在凝结水精处理工艺过程中,压力和流量测量仪表是应用*广的测量仪表。压力测量主要为就地指示压力表和远传的压力变送器、压力开关等。在每台泵的出口设置就地压力表,应选择耐震型。对于带腐蚀性的介质要选用隔膜压力表。前置过滤器旁路阀的前后、混床旁路阀的前后、前置过滤器前后以及树脂捕捉器前后设有差压变送器,用来监测相应系统的差压。当树脂捕捉器前后的压差超过某一设定值时,树脂捕捉器所在列的混床停运, 在确认备用混床投运成功后, 将失效混床退出运行,树脂捕捉器要进行反冲洗。在每套前置过滤器和混床入口前设升压旁路阀,升压旁路阀的作用是保证前置过滤器和混床在投运前, 入口压力缓慢上升,防止压力升高过快对前置过滤器和混床内部结构产生冲击,压力的变化由压力变送器来监测。
流量测量仪表常用一体电磁流量计和差压式流量计。一体电磁流量计要求测量介质必须具有导电能力, 电导率大于阈值。若电导率低于阈值会产生很大的测量误差。一体电磁流量计在选型时,根据工艺介质,要选择合适材质的电*,对于没有腐蚀性的水来说, 选择不锈钢电*就能满足要求。并要考虑安装位置是否方便人员查看, 若管道安装位置比较高或者很难观察到, 需要选择分体式的一体电磁流量计,将变送器和传感器分开的,这样传感器可以安装在容易查看的位置。一体电磁流量计应该有良好的接地。差压式流量计主要包括孔板类流量计、巴类的流量计等。流量仪表安装注意要满足前后直管段的要求。每台前置过滤器和混床的入口设有流量计。流量计用来监测通过前置过滤器和混床的凝结水流量,通过流量计的输出信号,也可以累计周期制水量。阳阴再生塔的冲洗水管上设有流量计, 监测再生塔的冲洗水流量。冲洗水泵出口母管上设有流量计, 指示泵启动后输送至各个部位的流量。温度变送器用来监测系统入口母管凝结水的温度。
稀碱液管上设有温度变送器,通过温度变送器的输出信号控制三通调节阀的开度。热水箱上配有温度变送器,通过温度变送器的输出信号控制加热器的开,关及加热器投入的组数。
在水处理过程中分析量的测量尤其重要,这是反应水质好坏的重要参数, 如P H 、电导率、硅的含量、浓度计等。每个混床的出口设有电导率表,硅表,钠表,主要用来监测混床出水水质, 当某项出水指标不合格时,备用混床投运后, 失效混床退出运行, 进行再生。混床出水母管上设有电导率表, 硅表,PH 表, 主要监测精处理系统的出水水质。阴再生塔排水管上设置电导率表,监测阳阴再生塔内的树脂再生,清洗是否合格。稀酸碱液管上设有酸碱浓度计,指示再生用酸碱液的浓度。在精处理混床单元设置分析仪表取样架, 导电度表、P H表、钠表、硅表等集中安装在取样架内。每路样水在盘内经减压降温后进入传感器。硅表为多通道形式,每台混床出口与出水母管合用一台三通道硅表。
水处理过程中常有水池、水箱等,根据具体情况选用合理的液位计。通常开放式的水池,设置超声波液位计。超声波液位计测量精度较高、稳定性也不错,并且不需要与被测介质接触。而在药罐上通常配置磁翻板液位测量仪表, 这类仪表既能提供明显的就地指示, 而且可以将液位的模拟量或开关量信号远传到控制系统。前置过滤器, 混床排气母管上设有液位开关, 自动监测前置过滤器,混床充水是否充满。再生塔排气母管上设有液位开关,自动监测再生塔充水是否充满。热水箱上配置液位开关,防止低液位时加热器过热而导致加热器烧坏。酸碱计量箱上设有带远传信号的磁翻板液位计,不仅具有就地显示液位的功能,而且具有信号输入控制系统后在L C D 画面上显示液位高低的功能。
3.2 控制系统的选型及配置
根据具体的输入输出点数及控制功能要求,选择合适的控制系统。DCS 和PLC 作为计算机技术和控制技术结合的产物,为水处理过程自动化水平的提高都作出了各自的贡献[3]。目前用于水处理自控系统的基本形式主要有三种DCS 系统、现场总线系统和PLC 控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS 系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统,PLC 的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。DCS 系统适用于模拟量多,闭环控制多的系统。而现场总线系统的主要优势是适用用于控制点相当较少而且特别分散的系统。从施工和维护的角度来看,传统的DCS 系统布线的工作量要远远大于现场总线系统。此外, 现场总线系统与D C S 系统相比, 还有*为重要的一点是开发性好, 扩展方便。
由于凝结水精处理的布置比较集中, 通常采用集散式控制,考虑采用DCS 控制系统较普遍,若有距离比较远相当集中地控制设备,可以考虑设置远程IO站。通常在#1 机组精处理系统,#2 机组精处理系统,体外再生系统各布置在不同位置, 且相互的距离较远。根据控制规模及厂里人员设置,可配置2 套至3 套操作员控制站。
4 自动控制功能的要求
对于工艺系统内所有的电动/ 气动阀门、风机、泵等设备均采用自动控制、远方控制和就地控制三种控制方式。就地控制模式:设备的现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 远方”开关选择为“就地”方式时,通过现场控制箱或MCC 控制柜上的按钮实现对设备的启/ 停、开/ 关操作。远方控制模式:即远方手动控制方式。现场控制箱或M C C 控制柜上的“就地/ 远方”开关选择为“远方”方式,操作人员可以通过中控系统操作站的监控画面用鼠标或键盘选择“远控”方式并对设备进行启/停、开/ 关操作。自动控制模式:现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/ 远方”开关选择“远方”方式,且控制站的“自动/ 远控”设定为“自动”方式时,设备的运行完全由各控制站根据水处理系统的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/ 关控制, 而不需要人工干预。控制方式设计为:就地手动控制优先,在此基础上,设置远方控制和自动控制。控制级别由高到低为: 现场手动控制、远方控制、自动控制。凝结水精处理系统自动阀门常以气动阀门为主, 气动阀门的控制电磁阀相对集中布置在就地电磁阀柜/ 箱内,并尽量考虑设备的完整性,例如每套前置过滤器装置设一个电磁阀柜, 公用的阀门采用就近布置。在电磁阀柜面板上设有就地操作开关,就地/ 远操开关采用钥匙型开关, 所有的钥匙型开关均可以用一把钥匙操作,既避免了操作人员带多把钥匙,又避免了无关人员的误操作。
采用此工艺的凝结水精处理主要的控制功能要求至少包括以下过程控制:以顺序控制为主。前置过滤器的排水、空气擦洗、水冲洗、充水、曝气清洗、升压等;高速混床的升压、循环正洗、运行、卸压、树脂送出、树脂送入、排水、树脂混合等;分离塔的进水、进气排水、空气擦洗、树脂分离、冲洗等;阴再生罐的重力排水、阴树脂空气擦洗、阴树脂空气擦洗并反洗、压缩空气充压等; 阳再生罐的重力排水、阳树脂空气擦洗、阳树脂空气擦洗并反洗等。
5 应用实例
天津北塘热电厂2 × 350MW 机组的凝结水精处理系统*终设计规模为2 × 950 吨/ 小时,处理工艺采用前置过滤器＋高速混床法。具体要求如下: 按工艺流程配置必要的液位、流量和水质分析等检测仪表;全部检测仪表及电气设备的运行信号的传送和显示;根据电气设备的运行要求及主要工艺参数的控制要求,设置自动控制系统。本项目根据工艺要求, 配置必要的测量仪表, 温度变送器5 套,就地压力表50 套,压力或差压变送器25 套,磁翻板液位仪表3 套,超声波液位计2 套,液位开关7 套,孔板流量计17 套,浓度仪表2 套,PH 仪表2 套,电导仪表10 套,多通道硅表和钠表各2 套等。
采集过程参数, 每个气动阀门均采用双电控方案:DO:2 点/DI:2 点;每个电动门:DO:2 点/DI:3 点;每台电动机:DO:2 点/DI:4 点。实际测点数量如表1 所示。其中AI 表示模拟量输入信号;AO 表示模拟量输出信号;DI 表示数字量输入信号;DO 表示数字量输出信号。根据控制点数及工艺对控制的要求,配置一套北京国电智深控制技术公司提供的DCS 系统EDPF,系统网络采用工业以太网冗余配置, 设置中央控制室, 布置操作员站2 套、打印机1 套、工程师站1 套。电厂运行人员可以在操作员站上实现对工艺流程图及测量参数的监视及控制。根据工艺系统特点以及控制系统的安全可靠,整套DCS 控制系统配置3 对DPU 控制器模块,分别用于# 1 机组凝结水精处理单元、# 2 机组凝结水精处理单元和公用系统单元。实现了对前置过滤器、高速混床、树脂分离塔等设备的顺序控制。
6 结束语
针对采用前置过滤器和高速混床的凝结水精处理系统, 提出自动控制设计方案, 根据工艺系统具体要求配置合适类型的仪表及控制系统。将凝结水精处理的自动化设计应用于天津北塘发电厂,取得了良好的应用效果, 提高了现场工作人员的工作效率。
