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DCS煉油廠污水處理系統(tǒng)管理創(chuàng)新論文
1概述
煉油廠產(chǎn)生的廢水主要包括含油廢水、含堿廢水、含硫廢水、含鹽廢水、含酚廢水和生活廢水等。其污染物種類多、密度高，是比較難處理的工業(yè)廢水。我國水資源嚴(yán)重缺乏，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，煉油廠需不斷提高污水處理技術(shù)，保證符合工業(yè)污水的國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國煉油廠污水處理自動化技術(shù)的水平和應(yīng)用范圍已經(jīng)得到了很大的提高，特別是近年來隨著檢測技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一系列依托技術(shù)的快速發(fā)展以及先進控制理論的提出和推廣，DCS系統(tǒng)在煉油廠污水處理自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。過去用的污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，使用時間長容易出故障，需要工藝人員手動才能完成。而DCS系統(tǒng)優(yōu)點在于分散控制，對污水處理的每個過程分別控制，由控制中心集中操作修改設(shè)定值，整個生產(chǎn)過程形成大的串級控制系統(tǒng)。因此，使用DCS系統(tǒng)不僅可以提高控制效率，節(jié)省人力，還可以克服過程中的干擾，提高系統(tǒng)的魯棒性，提高生產(chǎn)效率。
2污水處理的工藝流程
我煉油廠污水處理采用自流式水力流程，污水經(jīng)調(diào)節(jié)配水、中和、浮選、均質(zhì)、水解、生化處理后，合格水經(jīng)原有污水管道排入長江，整個過程工藝復(fù)雜，自動化程度較高。整個污水處理流程主要由以下工序組成。
2．1污水處理部分
2.1.1 調(diào)節(jié)配水
調(diào)節(jié)配水環(huán)節(jié)是將預(yù)處理后的含油、含堿及大排洪溝污水經(jīng)管線送入計量配水槽，然后通過電磁流量計計量，重力流入中和池。
2.1.2中和
中和池采用機械攪拌混合反應(yīng)，依據(jù)PH值在線儀顯示值自動控制酸堿泵投加酸堿，調(diào)節(jié)中和池出水PH值在給定的范圍內(nèi)。
2.1.3一、二級浮選
中和后的污水，先進入一級浮選(浮選機) ，去除污水中的浮油、乳化油及部分懸浮固體、膠體狀物質(zhì)。然后浮選機出水經(jīng)浮選池配水井進入二級浮選（浮選池）。浮選池采用部分回流加壓溶氣氣浮，浮選池的出水部分通過回流泵加壓打入溶氣罐作溶氣水。
2.1.4均質(zhì)與水解
煉油污水經(jīng)浮選處理后，流入均質(zhì)池，通過潛水?dāng)嚢铏C的攪拌，在池內(nèi)與氧化溝的剩余活性污泥充分混合，混合液流入水解池，進行厭氧生物處理。水解池出水進入氧化溝配水井，通過電磁流量計計量后，流入氧化溝。
2.1.5氧化與二沉
氧化溝轉(zhuǎn)碟的轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)速器進行調(diào)節(jié)，氧化溝出水設(shè)有調(diào)節(jié)堰板，借以調(diào)節(jié)池中液位，調(diào)整轉(zhuǎn)碟的浸沒深度。
污水經(jīng)氧化溝處理后，流入二沉池進行重力分離。池內(nèi)設(shè)有刮吸泥機，連續(xù)地將上層活性較好的污泥和底層活性較差的污泥，依靠靜水壓力分別吸、刮至回流污泥池、浮渣井。
2.1.6 后過濾及排放
二沉池出水流入待濾水池，合格水經(jīng)泵提升沿原有直徑820*10管線排入長江，不合格水回流至調(diào)節(jié)池。部分水經(jīng)核桃殼過濾器處理，其出水仍然回到待濾水池，核桃殼過濾器反沖洗水進調(diào)節(jié)池。
2.2污泥處理部分
污泥進入污泥濃縮池后，通過濃縮減小體積，濃縮后的污泥排入濃縮污泥池，上清液流入排水池。投料泵將濃縮污泥從濃縮污泥池提升至帶式壓濾機脫水，脫水后的泥餅由螺旋輸送機送至污泥堆放場，濾液則流入排水池。
排水池設(shè)有液位控制系統(tǒng)，排水池中的污水由排水泵自動送入調(diào)節(jié)池。
2.3生活給水部分
新鮮水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計計量后，進入凈水器的混凝池，充分反應(yīng)后，流入沉淀池，沉淀下來的污泥由底部排泥閥排入污水池，上清液則流入過濾池，最后流入清水池，經(jīng)消毒后由恒壓供水裝置往綜合樓和各生產(chǎn)崗位提供生活用水以及鍋爐的補給水。
污水池設(shè)有液位控制系統(tǒng)，由污水泵自動將污水送往氧化溝配水井。
2.4鍋爐
來自給排水間的生活水經(jīng)浮動床進行離子交換后，進入軟化水箱，通過泵2801＃或2802＃，間斷補水至鍋爐進水管。從鍋爐出來的熱水通過管道送至各暖氣包或氧化二沉區(qū)、中和浮選區(qū)下水道頂管用。
3污水處理的控制系統(tǒng)
根據(jù)污水處理站工藝流程比較復(fù)雜的特點， 我們采用DCS系統(tǒng)自動控制污水處理流程。DCS系統(tǒng)是一種以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級控制系統(tǒng)，由過程控制級和過程監(jiān)控級組成，綜合了計算機，通信、顯示和控制技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理，具有高可靠性、開放性、安全性和易操作性。
3.1DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、I/O 站以及過程控制網(wǎng)絡(luò)組成，通過以太網(wǎng)與管理計算機相聯(lián)，實現(xiàn)遠程查詢監(jiān)控。工程師站內(nèi)裝有組態(tài)軟件平臺，修改過程參數(shù)和進行系統(tǒng)維護；操作員站中操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控管理；I/O 站對整個工業(yè)過程實施監(jiān)控，由主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡、供電單元等組成。為了確保系統(tǒng)的可靠性，主控卡件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡為冗余配置。
3.3系統(tǒng)功能
3.3.1人機界面
DCS系統(tǒng)將整個控制系統(tǒng)簡化，由操作員在控制中心操作即可。因此需要友好、功能豐富的人機界面作為交互，這將極大的提高效率，并可以降低對操作人員的要求，從而節(jié)約人力成本。界面中具體功能如下：
1）顯示整個處理過程的工藝流程圖以及各具體過程的控制流程圖，并以此為中心顯示現(xiàn)場參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)等，方便查詢。
2）可以根據(jù)調(diào)度要求以及現(xiàn)場情況方便對過程設(shè)定值進行調(diào)整或直接對現(xiàn)場設(shè)備進行操作。
3）顯示報警信息以及具體的報警位置、狀態(tài)等。
3.3.2數(shù)據(jù)記錄和分析
建立歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，記錄生產(chǎn)中一些重要的過程數(shù)據(jù)、報警信息以及操作員的操作記錄，作為以后進行生產(chǎn)工藝優(yōu)化和控制系統(tǒng)改造的重要依據(jù)，并有利于分析生產(chǎn)過程存在的漏洞，及時修正。
3.3.3通信功能
通信包括與各種現(xiàn)場設(shè)備、控制器之間的通信，以及管理系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)之間的通信。與現(xiàn)場設(shè)備之間一般使用4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號通信，與管理系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的通信可以通過TCP/IP協(xié)議使用有線或無線的方式在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)。
3.3.4過程控制功能
這是DCS最重要的功能，整套的DCS解決方案需要構(gòu)建整個生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對各種設(shè)備的監(jiān)控和操作。根據(jù)工藝要求，對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別進行監(jiān)控和控制。
3.4控制過程
3.4.1液位控制
如圖為液位控制的控制流程圖，使用差壓變送器測量容器中的液位，進入控制器中與設(shè)定值的偏差為e，使用PID算法根據(jù)偏差計算控制器輸出，控制出口閥門的開度，從而控制液位。
PID控制器是工業(yè)控制中最常用的控制器，由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp， Ki和Kd三個參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。其計算公式如下：
（理想PID）
（工業(yè)PID）
其特點在于能較好的控制振蕩，并且原理簡單，易實現(xiàn)。缺點在于魯棒性不夠強，需要根據(jù)經(jīng)驗對控制器進行整定，隨著設(shè)備的老化以及系統(tǒng)的改動，控制系統(tǒng)特性也隨之變化，PID控制器的工作性能將會受到影響。另外，PID控制器不適合于滯后較大的系統(tǒng)，如加藥量的控制。污水處理DCS系統(tǒng)內(nèi)置有PID控制模塊，很容易實現(xiàn)而且性能較穩(wěn)定，主要應(yīng)用于液位控制、流量控制和水壓控制。
3.4.2PH控制
如圖為PH控制流程圖，主要是通過加酸和加堿量來調(diào)節(jié)PH值，一方面需要考慮當(dāng)前PH值的大小，另一方面要考慮進水和出水的流量，需要保證下一個過程的設(shè)計流量。因此，中和池的控制同時也包括流量控制、液位控制等，是一個強耦合的過程，即一個輸入量同時對多個輸出量造成影響，這會造成過程的難控性。使用普通的PID方法一般超調(diào)較大，控制效果不好，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況。在這種情況下，使用解耦控制方法，將強耦合的過程在控制過程中進行解耦，從而可以對輸出變量分別控制，同樣使用PID控制器對各個控制回路進行控制。在實現(xiàn)解耦后，控制效果大大提高，過程控制穩(wěn)定、可靠。
3.5溫度控制
如圖為溫度控制流程圖，針對鍋爐加熱的情況，要保證鍋爐內(nèi)的溫度在設(shè)定值，需要使用溫度變送器（熱電偶）測量爐內(nèi)溫度和出口液體處的溫度，傳入控制器之后經(jīng)過處理調(diào)節(jié)燃料氣的進口閥門。由于燃料氣氣源壓力不穩(wěn)定，并且氣閥具有一定的非線性，因此如果使用普通的單回路PID控制時控制效果較差，會出現(xiàn)較多的震蕩。
串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。控制系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。
串級控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1、改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制性能；2、能迅速克服進入副回路的二次擾動；3、提高了系統(tǒng)的工作頻率；4、 對負荷變化的適應(yīng)性較強；5、可以克服被控過程的非線性。主要用于滯后較大的液位控制、克服閥門的非線性等。從控制系統(tǒng)的角度來講，DCS系統(tǒng)就是一個大的串級控制系統(tǒng)。
4結(jié)語
DCS系統(tǒng)融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，在生產(chǎn)中充分的體現(xiàn)了其優(yōu)勢，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性、規(guī)范性。在未來的發(fā)展中，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和控制理論的進步，DCS系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位將進一步提高，其性能也將進一步提高。
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