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１８萬ｍ３。運用混凝、沉淀、過濾、消毒的制水工藝環(huán)節(jié)，以保障出廠水符合標準。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)對出廠水進行消毒處理，確保出廠水水質(zhì)符合國家標準。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)上進行改造升級，取消液氯消毒，進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、投氯管道、真空調(diào)節(jié)器、加氯機、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，后期維護費用特別高。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)運行安全可靠，維修費用低［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監(jiān)控畫面上實現(xiàn)對投加計量泵遠程控制與監(jiān)測，崗位工作人員可以根據(jù)水質(zhì)情況在上位機監(jiān)控畫面上對投加量進行調(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。上位機利用組態(tài)監(jiān)控軟件進行指令傳達、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)知識實現(xiàn)對次氯酸鈉投加系統(tǒng)進行自動控制，能夠在上位機組態(tài)監(jiān)控畫面對投加計量泵進行控制與監(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行調(diào)整，以實現(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行采集并將實時信號變化轉(zhuǎn)化為４～２０ｍＡ的標準電流信號送至模擬量輸入模塊１７４６－ＮＩ８，再進入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時投加量、液位變化等進行監(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行調(diào)整，保證出廠水余氯符合國家標準。

４次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計分析

４．１次氯酸鈉投加點的選擇

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設(shè)置在原水管道上，后投次氯酸鈉投加點設(shè)置在濾后水總管上。兩個投加點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，輪流進行溶液的進料和投加。

（２）次氯酸鈉的進藥。供貨商用藥罐車將濃度約為１０％的次氯酸鈉溶液運至加藥間。經(jīng)化驗室工作人員對次氯酸鈉溶液化驗符合標準后，進藥人員將進藥罐車上的出藥管通過閥門活接與次氯酸鈉儲液桶進藥總管連接，確保連接牢固后打開需要進藥的儲藥桶進藥閥，然后開啟進藥罐藥車上的進藥泵開始入藥［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），進藥人員停止進藥泵并關(guān)閉相應(yīng)的進藥閥，進藥完畢。

（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，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，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，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，故根據(jù)實際情況，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)控上位機讀取的原水流量，以及出廠水余氯儀的讀數(shù)，結(jié)合化驗室燒杯實驗提供的參考投加量以及水質(zhì)的好壞情況，在上位機組態(tài)畫面上設(shè)置次氯酸鈉投加量的參數(shù)范圍，然后在上位機上按下啟動按鈕，ＰＬＣ程序分別遠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對其進行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入ＰＬＣ中，進而顯示在組態(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)符合國家標準；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)運行正常，設(shè)備故障率低，暫無不良問題。