軟化水系統自動控制系統分析與改進

楊濤，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆 鄯善 838202）

軟化水系統自動控制系統分析與改進

楊濤，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油廠，新疆 鄯善 838202）

輕烴回收過程中，冷卻用水的需求量極大。水的品質直接影響了水泵、換熱器等設備和水管線的使用壽命以及天然氣加工過程的高效、安全。軟化水系統高效運行是冷卻水品質的重要保障。針對天然氣處理裝置軟化水系統使用過程中控制系統存在的問題進行分析研究，并提出改進建議。

軟化水系統；控制；PLC

1 軟化水系統對輕烴回收的意義

天然氣處理過程中的冷卻水循環系統為保證產品質量和產量發揮了重要作用。用水作為冷卻劑成本低，效果好，并且不會造成環境污染。但是，由于水中含有雜質、氧氣以及Ca2+等其他離子，會使以鋼鐵為材料的管線、空冷器、換熱器等出現腐蝕、結垢、粘泥垢問題。從表1中可以看出原水和水箱循環水中造成腐蝕、結垢和粘泥垢的物質含量均比軟化水中的含量高。軟化水系統正常高效運行，有效減少了腐蝕、結垢等問題的發生，降低換熱設備的水流阻力和水泵的電耗，提高傳熱效率，是正常生產工藝條件的保證。

2 軟化水系統簡介

（1）系統組成。軟化水系統由預處理、主機、控制柜等部分組成。①預處理部分。預處理部分包括原水罐、原水泵、多介質過濾器和活性炭過濾器。預處理部分主要去除原水中20μm以上的泥沙、鐵銹等顆粒及色素、異味、大量生化有機物，降低水的余氯值和其它污染物。預處理系統累計產水時間到8小時將自動對多介質過濾器和活性炭過濾器自動進行反沖洗、正沖洗等操作，保證設備產水質量，延長設備使用壽命。②主機部分。主機部分由精密過濾器、高壓泵、進水慢開門、RO主機、濃水調節閥、膜沖洗電磁閥、純水流量計和濃水流量計、壓力開關等組成。精密過濾器可有效的去除前處理系統未去除干凈的大于5μm的物質，保護RO膜不受或少受污染。立式多級離心高壓泵保證了輸向RO膜的水源壓力。③純水輸出部分。這一部分由純水箱、純水泵和水位開關等組成。純水箱頂部安裝有水位開關。水位開關是靠浮球控制彈片微動開關，它是兩個觸點，通常無水時常閉，水滿后浮球起，彈片斷開。④控制系統。該軟化水控制系統核心為歐姆龍（OMRON）的CPM1A-30CDRA-VL型號的PLC。軟化水系統的壓力、液位等各路信息經過PLC的處理后，PLC輸出相應控制信號控制繼電器的動作，進而實現對軟化水處理系統的控制。

（2）系統工藝流程。該軟化水系處理系統采用多次處理的方式去除原水中的雜質和有害離子、降低原水的硬度。軟化水系統的工藝流程如圖1所示。

圖1 軟化水系統工藝流程

3 軟化水系統存在的問題分析

從軟化水系統工藝流程圖（見圖1）可以看出，循環水儲罐和純水箱的水位信息沒有反饋到PLC。因此需要在人員確定循環水儲罐液位的高低后決定軟化水系統開啟與否；而是否開啟純水泵向循環水儲罐補水也需要人員確定純水箱的液位后才能決定。一旦軟化水處理系統和純水泵均開啟后，循環水儲罐和純水箱的液位反饋任務仍然由人工完成。所以，液位反饋遠落后于系統需要。在巡檢人員較忙的情況下，若循環水儲罐已滿而系統仍然運行，或者純水箱已滿而純水泵未能及時開啟，就會造成大量的浪費，從而增加成本；若純水罐已被抽空（純水泵的排量為8t/h，而目前軟化水處理量只有3～4t/h），則可能使得純水泵空轉而導致燒泵。所以，該軟化水處理系統若長期在這樣的狀態下運行，不但增加了成本，而且加大了操作人員的勞動強度。

表1 水質分析表

4 軟化水系統改進方案

從上面的分析可以看出，解決上述問題需要在純水箱和循環水儲罐中安裝液位開關，以反饋液位信號。同時，通過在純水出口管線上安裝止回閥解決軟化水回流問題，可有效降低操作人員開關出口閘閥的勞動強度。改進后，軟化水系統的工藝流程如圖2所示。改進后軟化水系統中增加了液位和泵之間的連鎖關系，因而需要調整PLC控制程序以及部分線路。

圖2 改進后軟化水系統工藝流程

（1）CPM1A-30CDRA-VL PLC簡介。CPM1A-30CDRA-VL PLC（Programmable Logic Controller）是日本歐姆龍（OMRON）的產品。它具有30個輸入輸出端子（輸入端子18個，輸出端子12個），使用交流電源，輸出為繼電器輸出。擴展連接器可以連接擴展I/O模塊，增加輸入輸出端子。CPM1A系列PLC輸入輸出端子一體化，維護簡單，具有實現平穩輸入輸出動作的輸入濾波器、外部輸入終端、快速響應輸入、間隔定時器中斷、高速計數器、模擬設定電位器、上位鏈接通信等功能。

（2）控制系統分析。為實現軟化水系統和純水泵的自動開停，需要增加四路反饋信號，即循環水儲罐的滿液位和低液位信號與純水箱的滿液位和低液位信號。因而，需要增加四個輸入端子。另外，要控制純水泵的啟動和停止，需要一路輸出信號，即增加一個輸出端子。同時，需要在循環水儲罐和純水箱上安裝水位開關以獲得反饋信號。現有控制系統核心CPM1A-30CDRAVL PLC的18個輸入端子和12個輸出端子均已使用。循環水儲罐液位反饋信號也已經具備。因此，為實現上述控制功能需要在純水箱安裝水位開關；更換現有的30個輸入輸出端子的PLC為40個輸入輸出端子的PLC或者增加擴展I/O單元。為了降低改造成本，充分利用當前已建控制系統，增加一臺I/O擴展單元CPM1A-20EDR，以滿足控制系統輸入輸出端子的需求。

5 控制系統的程序實現

（1）CPM1A編程基礎。CPM1A系列PLC的區域可以分為輸入繼電器區、輸出繼電器區、內部輔助繼電器區、特殊輔助繼電器區、暫存繼電器區（TR）、保持繼電器區（HR）、輔助記憶繼電器區（AR）、鏈接繼電器區（LR）、定時/計數器區和數據存儲器區（DM）。每個繼電器區都有自己的通道號和繼電器地址，PLC的編程便是以這些地址為基礎的。

（2）系統輸入輸出信號繼電器地址分配。按照CPM1A PLC的繼電器地址分配規則，為輸入輸出信號分配輸入輸出端子。液位反饋、原水泵、純水泵等輸入輸出信號的繼電器地址進行分配、編號見表2。原有控制系統的輸入/輸出信號繼電器地址分配保持不變。

表2 輸入輸出信號繼電器地址分配表

（3）控制程序。改進后控制系統增加部分的電氣控制原理如圖3所示。其中，KH1和KH2為輔助繼電器，其繼電器地址分別設為23111和23112。程序以梯形圖形式給出，如圖4所示。圖4中虛線所示為啟動后續流程所需的程序，即原系統中的自動控制程序，在此就不贅述了。C1PM1A系列PLC的程序錄入可以通過手持編程器或者計算機程序實現。

圖3 電器控制原理圖

圖4 控制程序

[1]10T/H全自動反滲透軟化水系統操作，2006．10．

[2]CPM1A可編程控制器操作手冊，1997．2．

TM621.2

A

1671-0711（2017）09（上）-0095-02