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水处理深度技术
以PLC为控制平台的自动控制系统在自来水厂的运行管理中已经得到了广泛应用,但对运行工艺理解程度的不同,实际运行中的系统表现出了不同技术性能和效益指标。对工艺原理进行深度挖掘,有利于提高自来水厂的运行水平。

一、汽水联合反冲滤池(V型滤池)
V型滤池已经在自来水处理工艺中得到推广应用,其关键要素就是实现滤池液面的恒水位控制和出水口的均匀出水。

恒定平静的滤池水面和均匀的出水是V型滤池的理想效果

V型滤池的控制水位受进水量、出水量、随过滤过程变化的过滤性等多方面的影响,特别是液面控制对进水量的变化的反应具有很大的滞后性,传统的PID算法很难适应。PID算法我们进行过长期实验,难以避免出水调节阀的来回开关、液面高度在一定范围内起伏。
为了克服滞后的影响,我们采用了区域逼近和偏差方向补偿的算法进行计算,并且设置了可变更的离散化取点措施,最终达到了上面图片所示的平稳效果。

二、送水泵房(二级泵房)
送水泵房的作用是将清水池的清水加压输送到千家万户,目前的普遍方法是采用变频恒压供水系统,以稳定的供水压力保证供水品质。送水泵24小时不间断地工作,是水厂生产中的能耗大户,如能对送水泵房的运行工艺进行深入分析,可以发现变频恒压供水系统有很大的缺陷,泵房自动运行原理能进一步优化。
1、变流变压供水系统
恒压供水保证了自来水厂出水压力的稳定性,但是,一般水厂都位于城外甚至很远的地方,需要长距离输送才能把饮用水注入城市管网。
由于管道的阻力特性,随着每天供水周期的反复变化造成的流量变化,进一步引起管道损失的变化。对于恒定的出厂压力反应在城市管网上反而成为变压供水。高峰期间,过大的压力损失会造成城区水压低,难以保证居民用水;如果提高水厂出水压力,低峰期时由于管道损失变小又会使城区压力变大(以至于超过正常需求),这有会给管网安全带来压力,同时有大量不必要的电能浪费。

如果根据实际的瞬时流量、并结合管道的实际敷设情况计算出此时的理论管道损失,就可以不断的修正水厂的出口供水压力,最后保证:水厂出口压力-管道损失=城市管网入口压力是一个基本稳定的值
如上图,红色曲线是管阻特性。竖直的蓝线是变化着的流量值(这取决于用户的需要而无法控制),与管阻特性相交于水平蓝线。随着水平蓝线的变化,控制系统不断修正水厂出口压力,最终保证了城市管网入口点的压力恒定在期望的绿色线水平上。
2008年我公司在威远粮丰自来水厂和白塔山水厂采用了这种工艺方法,至今已快10年时间,效果良好,不仅节能效果好,管网的安全性大大提高,用户十分满意。
2、三/二表决技术
无论恒压供水还是变流变压,泵房变频控制系统都是以出水总管的实际水压为控制目标。因此,出口压力检测仪表的精度和可靠性是系统运行质量的一个极其重要的指标,传统方法都有对压力传感器的断线检测(传感器故障)。一旦系统检测到压力传感器异常,将会停机并报警,确保设备的安全。
由于供水企业关系到千家万户的日常生活,关系到社会的和谐和稳定,所以仅仅考虑到设备的安全性是不够的。应当通过技术的提升,增强系统的可靠性,保证供水的连续。
我们在水厂的供水出水总管安装3只压力传感仪,均正常时以3只得平均值作为有效压力值,有一只异常时忽略此只、并报警提示,然后以另外2只得平均值作为有效压力知道故障传感器得到处理或更换,这样可保证系统运行的连续性。这就是三/表决的方法。三/二表决的关键点在于供水压力是变化的,也就是说没有一个固定的标准值作为判断好坏的依据,系统必须捕捉到一个基于三只传感器间的相互比较产生的"浮动基"来判断压力传感器的好坏。
3、自由工艺组合
在许多自来水厂的送水泵房中,水泵的配置功率都偏大并且机型单一,难以适应供水量的复杂变化。
由于变频运行水泵的频率不能太低(一般不宜于小于30HZ,如还要求保证水泵的效率,则频率不要低于40),在增加或减少一台水泵时,会出功率断档区域。如果此时的供水需求恰好处于断档区内,系统就会出现反复加泵和减泵的现象,造成供水极其不稳定,同时对设备的伤害也很大。
较为理想的办法是根据管网的最大供水需求和特性,分组阶梯搭配水泵的功率和供水能力(具有相同或接近的供水扬程)。


对于阶梯搭配的泵组,要实现高效、供水能力连续的运作工艺,关键技术就是建立一个“自由工艺组合表”(如上图,在不同的工艺段搭配不同的泵型和数量定义,通过规划不同的上限频率和下限频率,可以找出每个工艺段有效的供水流量范围和与之相对应电能损耗。
“自由组合工艺表”的重点和价值所在就是能能够发现2个相邻的工艺段间是否存在恰当的流量耦合区(或称之为功率耦合区),如果区间太小或根本不存在,就会出现上述的反复切换。出现这种情况就表明泵组配型是不合理的,其造成的后果是原理性的,后期的自动化控制系统无法弥补这一严重缺陷。
在工艺规划阶段如果能借助自由组合表的方法无疑有助于遴选出更合理的泵房配置。如需进一步了解,可参考推荐案例.

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