１工程概況

南方某水廠在１９８６年開始建廠，１９９０年６月開始投入使用，日供水量達(dá)１８萬ｍ３。運(yùn)用混凝、沉淀、過濾、消毒的制水工藝環(huán)節(jié)，以保障出廠水符合標(biāo)準(zhǔn)。針對消毒工藝這一水處理環(huán)節(jié)，主要是通過液氯投加系統(tǒng)對出廠水進(jìn)行消毒處理，確保出廠水水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。但是液氯本身為一種劇毒化學(xué)品，一旦發(fā)生泄漏將造成安全生產(chǎn)事故，重則人員傷亡。為取消液氯的使用且不影響出廠水水質(zhì)，南方某水廠在投氯系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造升級，取消液氯消毒，進(jìn)而用次氯酸鈉消毒取代。

２改造前后投加設(shè)備的對比分析

南方某水廠消毒工藝改造前采用液氯消毒，通過加氯機(jī)和水射器等設(shè)備的配合使用來投加液氯。整套投加系統(tǒng)包含的設(shè)備有氯瓶、起重機(jī)、投氯管道、真空調(diào)節(jié)器、加氯機(jī)、通風(fēng)管道、泄漏報警系統(tǒng)與泄漏回收裝置、漏氯搶險設(shè)備等［１］。這一系列的設(shè)備規(guī)定定期校檢及更換，以確保安全無泄漏，后期維護(hù)費(fèi)用特別高。但液氯作為一種重大危險源，一旦人為操作錯誤或者管道接口密封性不好造成泄氯，后果不堪設(shè)想；改造升級后采用次氯酸鈉消毒工藝凈水，系統(tǒng)由儲液桶、變頻器、電磁流量計、計量泵、背壓閥等設(shè)備構(gòu)成。所用的管道閥門密封材質(zhì)均采用次氯酸鈉專用的ＥＰＤＮ耐酸堿材質(zhì)，可有效避免次氯酸鈉泄漏，同時操作簡單，設(shè)備故障率低。整套系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，維修費(fèi)用低［２］。因此，用次氯酸鈉藥劑替代液氯消毒的優(yōu)勢特別明顯［１］。

３設(shè)計內(nèi)容及方案

３．１設(shè)計改造思路

（１）能夠精確地在電腦上位機(jī)監(jiān)控畫面上實(shí)現(xiàn)對投加計量泵遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測，崗位工作人員可以根據(jù)水質(zhì)情況在上位機(jī)監(jiān)控畫面上對投加量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（２）能夠?qū)崟r監(jiān)控次氯酸鈉儲液桶的液位變化，讀取投加計量泵的投加量。上位機(jī)利用組態(tài)監(jiān)控軟件進(jìn)行指令傳達(dá)、相關(guān)參數(shù)設(shè)置、故障報警、歷史數(shù)據(jù)記錄及讀取等功能。

（３）根據(jù)公司水質(zhì)內(nèi)控指標(biāo)的要求，設(shè)定出廠水余氯儀的測量范圍為０．６～１．２ｍｇ／Ｌ。當(dāng)次氯酸鈉投加量過大時，出廠水的水余氯儀測量值超過設(shè)定的較高值，余氯分析儀自動報警，提醒工作人員對投加量進(jìn)行調(diào)整，反之低于設(shè)定較低值時，余氯分析儀也自動報警，提醒工作人員對投加量進(jìn)行調(diào)整。

（４）通過管道的連接，閥門的切換控制，任何一臺投次氯酸鈉計量泵可以實(shí)現(xiàn)前投次氯酸鈉、后投次氯酸鈉的功能。

３．２系統(tǒng)設(shè)計方案

與其他微型計算機(jī)相比，ＰＬＣ擁有很多的優(yōu)勢，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，工作可靠，安裝簡便，維修方便，編程簡單。ＰＬＣ利用其強(qiáng)大豐富的指令系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)上需要的各種開關(guān)量、模擬量的編寫及控制。存儲數(shù)據(jù)的ＲＯＭ區(qū)，更是可以有效地存儲生產(chǎn)過程中的所有相關(guān)的信息。梯形圖語言更是和繼電器電路原理圖十分接近，可以簡化硬件設(shè)備外部的接線，進(jìn)而使整個控制系統(tǒng)更加簡單。本文主要介紹利用ＰＬＣ的相關(guān)知識實(shí)現(xiàn)對次氯酸鈉投加系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，能夠在上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控畫面對投加計量泵進(jìn)行控制與監(jiān)測。崗位工作人員可以根據(jù)原水水質(zhì)情況、出廠水余氯儀的報警信息，提醒崗位人員對次氯酸鈉計量泵的沖程及頻率進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對投加量的控制，節(jié)約成本。對安裝在投加管道上的電磁流量計、儲液桶上的超聲波液位計等的信息進(jìn)行采集并將實(shí)時信號變化轉(zhuǎn)化為４～２０ｍＡ的標(biāo)準(zhǔn)電流信號送至模擬量輸入模塊１７４６－ＮＩ８，再進(jìn)入ＰＬＣ，經(jīng)過一系列處理后在電腦監(jiān)控界面上顯示，并通過界面上顯示的實(shí)時投加量、液位變化等進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出廠水余氯值超過（或低于）設(shè)定范圍時，就會報警提醒工作人員對投加量進(jìn)行調(diào)整，保證出廠水余氯符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

４次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計分析

４．１次氯酸鈉投加點(diǎn)的選擇

次氯酸鈉投加系統(tǒng)主要包括前投次氯酸鈉和后投次氯酸鈉，其中前投次氯酸鈉投加點(diǎn)設(shè)置在原水管道上，后投次氯酸鈉投加點(diǎn)設(shè)置在濾后水總管上。兩個投加點(diǎn)均位于管道的中心位置，以便于次氯酸鈉在投入管道中心后，在投加點(diǎn)處停留時間較短。

４．２次氯酸鈉自控系統(tǒng)的介紹

如圖１所示，系統(tǒng)由監(jiān)控電腦及其開發(fā)監(jiān)控軟件、ＰＬＣ模塊、控制電路、變頻器及液位儀表、電磁流量計、儲液桶、計量泵、手動球閥、消脈沖器及管道、管件等組成。為滿足生產(chǎn)使用，儲藥桶采用“兩用一備”原則。

４．３次氯酸鈉ＰＬＣ系統(tǒng)設(shè)備功能簡介

（１）次氯酸鈉儲藥（液）桶選用抗強(qiáng)堿腐蝕、避光的立式圓柱體，罐體直徑為２．２ｍ，裝藥量為９ｍ３，桶頂用桶蓋密封。采用“兩用一備”原則，輪流進(jìn)行溶液的進(jìn)料和投加。

（２）次氯酸鈉的進(jìn)藥。供貨商用藥罐車將濃度約為１０％的次氯酸鈉溶液運(yùn)至加藥間。經(jīng)化驗(yàn)室工作人員對次氯酸鈉溶液化驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)藥人員將進(jìn)藥罐車上的出藥管通過閥門活接與次氯酸鈉儲液桶進(jìn)藥總管連接，確保連接牢固后打開需要進(jìn)藥的儲藥桶進(jìn)藥閥，然后開啟進(jìn)藥罐藥車上的進(jìn)藥泵開始入藥［３］。當(dāng)液位計液位接近２．２ｍ時（儲液桶高度為２．５ｍ，超聲波液位計盲區(qū)２５ｃｍ），進(jìn)藥人員停止進(jìn)藥泵并關(guān)閉相應(yīng)的進(jìn)藥閥，進(jìn)藥完畢。

（３）次氯酸鈉儲液桶加頂蓋封閉，桶頂加裝超聲波液位計。由于崗位人員較為熟悉Ｅ＋Ｈ的超聲波液位計，且具有較為熟悉的維修經(jīng)驗(yàn)，故選用品牌為Ｅ＋Ｈ的ＦＭＵ２３１，其測量范圍為０～５ｍ，安裝在儲液桶頂，用以連續(xù)實(shí)時監(jiān)測桶內(nèi)次氯酸鈉的液位。

（４）由于倉庫庫存有三臺米頓羅ＧＭ０３３０型機(jī)械隔膜計量泵，型號為ＧＭ０３３０ＦＰ１ＭＮＮ。根據(jù)次氯酸鈉的性質(zhì)將原有計量泵的液力端更換為次氯酸鈉應(yīng)用的ＰＶＣ液力端，采用ＮＰＴ螺紋接口。其泵電機(jī)功率僅０．２５ｋＷ，其較大投加量為３３０Ｌ／ｈ，出口壓力為５００ｋＰａ。

（５）次氯酸鈉投加系統(tǒng)共有三臺隔膜計量泵，３＃隔膜計量泵主要用于后投次氯酸鈉的投加，１＃隔膜計量泵主要用于前投次氯酸鈉的投加，２＃隔膜計量泵通過管道的連接以及閥門的切換，作為前投和后投次氯酸鈉的備用泵。其中，前投次氯酸鈉投加管道鋪設(shè)一條ＤＮ３２的ＵＰＶＣ聯(lián)塑管道至投加點(diǎn)，后投次氯酸鈉投加管道同時鋪設(shè)２條ＤＮ３２的ＵＰＶＣ聯(lián)塑管至后投加點(diǎn)，采用“一用一備”原則，同時接入反沖洗壓力水管，用以定期對管道進(jìn)行反沖洗。由于現(xiàn)場安裝空間限制，沒有安裝電磁閥，投加管道均選用材質(zhì)為ＥＰＤＮ耐酸堿的手動球閥、背壓閥、消脈沖器、電磁流量計等。泵前進(jìn)藥管增加排氣閥，以及時排出次氯酸鈉產(chǎn)生的少量氣體，保證電磁流量計讀數(shù)的準(zhǔn)確性。因隔膜計量泵的工作原理決定該泵間斷式出液，供出的液體為脈動式流體。為確保投加管道壓力保持一致，且可以均勻、連續(xù)地進(jìn)行投加，故在隔膜計量泵后面的加藥管上安裝脈沖阻尼器。

（６）因我廠的投加生產(chǎn)工藝中使用ＡＢＢ的變頻器，崗位工作人員操作較為熟悉，維修人員也積累了一定的維修經(jīng)驗(yàn)，故根據(jù)實(shí)際情況，選用型號為ＡＣＳ３１０的ＡＢＢ變頻器，用于控制隔膜計量泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整投加量。

（７）因我廠其他投加系統(tǒng)管道選用的電磁流量計均為德國科威爾品牌的電磁流量計，不僅測量精度高，而且質(zhì)量可靠。故根據(jù)實(shí)際情況選用的電磁流量計品牌為科威爾的ＦＥ２０－ＡＳ２５ＦＨＣＣ２ＦＡ２Ｋ２Ｐ用于監(jiān)測次氯酸鈉投加量。

５次氯酸鈉自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

次氯酸鈉投加系統(tǒng)中三臺計量泵的控制原理均采用如圖２所示的控制線路。計量泵的控制通過變頻器、中間繼電器等的動作實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控電腦上的控制及監(jiān)測，通過啟停按鈕在控制面板上實(shí)現(xiàn)控制功能，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。

６次氯酸鈉自控系統(tǒng)軟件設(shè)計及注意事項

６．１計量泵投加工作流程

首先是初始步驟。ＰＬＣ系統(tǒng)加電后，工作人員根據(jù)生產(chǎn)監(jiān)控上位機(jī)讀取的原水流量，以及出廠水余氯儀的讀數(shù)，結(jié)合化驗(yàn)室燒杯實(shí)驗(yàn)提供的參考投加量以及水質(zhì)的好壞情況，在上位機(jī)組態(tài)畫面上設(shè)置次氯酸鈉投加量的參數(shù)范圍，然后在上位機(jī)上按下啟動按鈕，ＰＬＣ程序分別遠(yuǎn)程啟動后投次氯酸鈉計量泵、前投次氯酸鈉計量泵。計量泵啟動后，前投次氯酸鈉管道、后投次氯酸鈉管道上的電磁流量計上顯示的瞬時流量經(jīng)過輸入模塊１７４６－ＮＩ８對其進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入ＰＬＣ中，進(jìn)而顯示在組態(tài)監(jiān)控畫面上。同時，加氯間的出廠水余氯儀在線監(jiān)測出廠水的余氯，當(dāng)出廠水的余氯小于設(shè)定報警值０．６ｍｇ／Ｌ，或者大于設(shè)定較高臨界值１．２ｍｇ／Ｌ時，觸動余氯儀的報警信號，提醒工作人員重新設(shè)置投加量參數(shù)范圍，以保障出廠水質(zhì)符合國家標(biāo)準(zhǔn)；計量泵在投藥的過程中出現(xiàn)故障均能夠發(fā)出報警信號。

６．２次氯酸鈉投加注意事項

由于投加管道較長和次氯酸鈉溶液易揮發(fā)的性質(zhì)，在停用一段時間（或者轉(zhuǎn)換備用管道）后需應(yīng)急啟用，投加初期要采用較大投加量，直到管道中原有次氯酸鈉溶液全部更換后再改為正常投加。

７結(jié)語

通過次氯酸鈉投加系統(tǒng)各控制點(diǎn)的調(diào)試，模塊之間的連接，硬件部分的接線，次氯酸鈉消毒凈水工藝起到了顯著的效果。南方某水廠次氯酸鈉投加系統(tǒng)改造從２０１５年１２月開始投入使用至今，系統(tǒng)運(yùn)行正常，設(shè)備故障率低，暫無不良問題。