循環(huán)水處理智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

覃汝高 唐 蓉

（貴州開陽化工有限公司，貴州 開陽 550300）

1 循環(huán)水處理系統(tǒng)的研究背景

隨著我國工農(nóng)經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)和農(nóng)業(yè)對水資源的需求量也越來越多，水資源匱乏和工業(yè)循環(huán)水水體污染是當(dāng)今時代的一個難題，不僅難以保障企業(yè)正常生產(chǎn)，也對我國生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展形成制約。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國工業(yè)用水在城鎮(zhèn)用水中占比60%以上，而工業(yè)生產(chǎn)中的冷卻水占工業(yè)用水的60%～80%，我國水資源人均水平較低，節(jié)能用水對工業(yè)發(fā)展有著重要的作用。進入21世紀(jì)以來，我國化工、冶金、電力等行業(yè)逐步采取循環(huán)水處理系統(tǒng)，提高了企業(yè)的水循環(huán)利用率，緩解了水資源緊張的現(xiàn)狀，圖1為我國2010—2018年工業(yè)用水量。冷卻水循環(huán)處理利用一方面可以節(jié)約用水，減少廢水的產(chǎn)生量，另一方面可以保障企業(yè)設(shè)備的正常運行，延長設(shè)備工作周期。

在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，循環(huán)冷卻水分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)，開放式循環(huán)水系統(tǒng)由于和空氣接觸較多，加上水分蒸發(fā)濃縮鹽生成量增多，導(dǎo)致循環(huán)水的pH發(fā)生變化，也會生成微生物破壞水體環(huán)境，長時間會造成循環(huán)冷卻水無法使用的情況。而封閉式循環(huán)水體統(tǒng)中不會有水分蒸發(fā)的情況，與氧氣接觸較少，在封閉式循環(huán)水系統(tǒng)中微生物滋生也較少，濃縮鹽不會大量生成。無論哪種系統(tǒng)都需要在循環(huán)水系統(tǒng)中加阻垢劑、緩蝕劑、氧化殺菌劑等來改善水體環(huán)境，保證生產(chǎn)正常運行，在此前提下研發(fā)先進的、智能的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)對于改善循環(huán)水水質(zhì)情況具有重要的意義，也將減少企業(yè)的人力物力，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

圖1 2010—2018年工業(yè)用水量折線圖

2 系統(tǒng)水質(zhì)實驗分析

企業(yè)中循環(huán)水經(jīng)過長時間使用會導(dǎo)致水中Ca2+含量增加，導(dǎo)致整個體系堿度變強，pH值變大，這會影響水的飽和指數(shù)，飽和指數(shù)是有理論得到的一個指數(shù)，可以定性預(yù)測水中鈣的沉積情況，一般飽和指數(shù)在0.5～2之間循環(huán)會不會結(jié)垢，對于循環(huán)水中pH較高的情況加酸處理是一種簡單便捷的辦法，但是會引入硫酸或其他酸性物質(zhì)，硫酸根在水中具有腐蝕性，而隨著pH的降低，水系統(tǒng)中的硫酸根的腐蝕性也會變強，筆者通過設(shè)計掛片試驗對水體腐蝕性進行分析。

本實驗采取掛片法驗證水體系統(tǒng)的腐蝕性，取某企業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)置水浴鍋溫度為60℃，攪拌速率為2擋，實驗時長為48 h，根據(jù)國標(biāo)法水處理劑緩蝕性能掛片實驗法進行實驗得到實驗數(shù)據(jù)見表1。通過數(shù)據(jù)分析可知，pH值會影響循環(huán)水的腐蝕率和鈣離子含量，pH值在8～8.7之間時，水體系統(tǒng)的腐蝕率和結(jié)垢率較低。

表1 掛片試驗數(shù)據(jù)結(jié)果

3 循環(huán)水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)一般由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，包括現(xiàn)場儀表、計量泵、流量計、顯示器、PLC控制模塊，IPC等部分，作業(yè)人員通過控制箱進行操作與實時監(jiān)控，現(xiàn)場的顯示儀表通過遠(yuǎn)傳系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，作業(yè)人員通過監(jiān)控系統(tǒng)可以在主控室了解循環(huán)水系統(tǒng)中電阻率、余氯、pH值、流量等數(shù)值的實時變化，這些信息會保存在計算機存儲中。

3.2 循環(huán)水處理系統(tǒng)的軟件應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)中，通過一定的連鎖設(shè)置對循環(huán)水系統(tǒng)中的水質(zhì)進行處理，以維持水系統(tǒng)的pH值的平衡，保持優(yōu)質(zhì)的水體情況，從而保障生產(chǎn)正常運行，這一操作需要循環(huán)水處理系統(tǒng)中的軟件設(shè)計來完成。軟件一般通過PLC和各種智能設(shè)備來完成對水質(zhì)的監(jiān)測工作，可以在主控室完成對水體腐蝕度、水中微生物的滋生情況、換熱器異常情況等一系列的實時監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)數(shù)值異常后，通過連鎖設(shè)置自動加料調(diào)控，循環(huán)水處理系統(tǒng)加料控制采用先進的微處理器技術(shù)進行準(zhǔn)確加料，可以通過水體中的指標(biāo)值進行判斷，消除了人工加料的誤差，使循環(huán)水系統(tǒng)各項指標(biāo)值都在規(guī)定范圍以內(nèi)。自動加料控制由主程序、子程序和連鎖切斷三部分構(gòu)成，這三部分共同完成數(shù)據(jù)采集和加料調(diào)控工作。

循環(huán)水系統(tǒng)自動加料程序的關(guān)鍵地方在于水體各項指標(biāo)數(shù)值的監(jiān)測及加料量的控制，以確保循環(huán)水中各項指標(biāo)保持在一定范圍內(nèi)，減少水體結(jié)垢和腐蝕率。這些控制功能通過PLC系統(tǒng)完成。比如，緩蝕劑的加入需要根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的補水量、排水量、溫度、水中電導(dǎo)率、濃縮倍數(shù)等數(shù)據(jù)來確定緩蝕劑的用量及使用時間。

3.3 循環(huán)水處理系統(tǒng)排污設(shè)計

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，循環(huán)冷卻水在一些脫溶的崗位會蒸發(fā)掉一部分，導(dǎo)致水中濃縮鹽增多。水系統(tǒng)中的結(jié)垢和腐蝕情況與濃縮鹽含量有關(guān)，為了使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)保持正常的使用水平，必須將水中濃縮鹽含量控制在一定的可處理范圍內(nèi)，當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)水量損失后，鹽含量不在指標(biāo)范圍內(nèi)時，需要進行人工排污。人工排污會有誤差，而智能系統(tǒng)可以根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮鹽含量所在范圍，通過與WINCC控制系統(tǒng)所設(shè)定的電導(dǎo)率數(shù)值對比自動排污。在排污的同時進行補水稀釋，直到水中電導(dǎo)率維持到所設(shè)定的范圍內(nèi)，保證循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)處于正常使用水平。

3.4 監(jiān)測換熱器在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

監(jiān)測換熱器是一種小型的模擬裝置，它有一個傳導(dǎo)熱量的金屬面，可以對水系統(tǒng)中換熱器的結(jié)垢和腐蝕情況進行實時監(jiān)測，保證了循環(huán)水處理系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，監(jiān)測換熱器和生產(chǎn)上所用的換熱器相類似，它能夠真實地反映生產(chǎn)過程中水體結(jié)垢和腐蝕率等問題，在提供水質(zhì)數(shù)據(jù)，改良水質(zhì)穩(wěn)定性配方，為工作人員提供循環(huán)水的水質(zhì)變化規(guī)律等方面有著重要的作用。

循環(huán)水處理智能檢測系統(tǒng)不僅大大減少了人工操作，還提高了操作數(shù)值的精確度。通過對水體結(jié)垢和腐蝕性的影響因素進行分析，并結(jié)合工業(yè)實際生產(chǎn)情況可知，鹽含量、pH值、溫度、電導(dǎo)率等數(shù)值需要循環(huán)水處理系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，充分利用PLC控制系統(tǒng)進行操作，對于工業(yè)發(fā)展中循環(huán)水的使用優(yōu)化具有重要意義。