智能加药技术在循环水处理中的应用

图1
循环水智能加药技术原理图
滴定曲线 A pH 值
B
比率
图2
pH 值控制曲线图
进水
流量测量变送器 模糊控制器 X(s) + － 智能 pH 值 控制器 + + 投加装置 WV(s)=KV Y(s) 干扰 F （s） + 调节装置 +
pH 值测量变送器
图3
在线自动酸碱中和智能控制功能原理图
4 智能加药技术在实际中的应用
化
2009 年第 28 卷增刊
工
进
展
·227·
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
智能加药技术在循环水处理中的应用
陈文娟 1，王志岳 2，李洛洵 2，刘鹏飞 2，周长山 2
（1 中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223；2 大庆石化公司炼油厂供水车间，黑龙江 大庆 163711） 摘 要：智能加药技术通过智能复合计算电导率的在线检测值和补水量测量信号控制药量投加，保证了循环水药
－3
沉积速率/mg·(cm2·min) 6.18 4.01 4.53 3.69 4.64 3.84 3.24 2.22
－1
异养菌总数（×105）/个·mL 1.53 0.28 0.17 0.04 0.38 0.21 0.32 0.02
－1
注：改造前的总磷合格率、腐蚀速率、黏泥量、沉积速率和异养菌总数为 2008 年 1～3 月份的平均值，改造后的总磷合格率、腐蚀速率、黏泥 量、沉积速率和异养菌总数为 2009 年 1～3 月份的平均值。
5 结
论
智能加药技术在炼油厂一循、二循、三循和五
·230·
化
工
进
展
2009 年第 28 卷
循 4 座循环水场的实际应用表明：智能加药技术能 大幅度提高加药的精确性和及时性，避免循环水系 统中药剂含量的波动，保证水质的稳定性和循环水 系统的长周期平稳运行；同时，该技术可节约药剂 25%左右，具有明显的经济效益；并且该加药系统 不需操作人员进行任何手动调整，减轻了人工劳动 强度， 提高了循环水场自动化操作运行水平。 因此， 智能加药系统将会在循环水处理中拥有广阔的应用 前景。
从表 1 中的统计数据知：4 座循环水场加药系 统技术改造后， 平均总磷合格率比改造前同期提高 9.83%；同时，4 座循环水场总的平均腐蚀速率、 平均黏泥量、 平均沉积速率和平均异养菌总数比改 造 前 同 期 分 别 降 低 36% 、 38.59% 、 26.04% 和 77.08%。 （4） 实现节药。 智能加药技术所具有的智能复 合在线监测技术优势和季节性多途径投加控制方 式，大幅度提高了药剂投加的精确性，从而避免人 工投加药剂所造成的药剂浪费问题；加药系统技术 改造前炼油厂 4 座循环水场 2008 年一季度的药耗为
3 智能加药技术工作原理图
智能加药技术选用智能加药控制仪实现循环水 加药自适应复合控制功能，通过设置现场数据采集 装置， 对检测仪器进行自动维护及数字通讯； 同时， 设置监控主机对加药间进行集中监视和操作管理， 并采用磁盘冗余技术提高数据保护等级，避免数据 失真。智能加药技术具体工作原理见图 1。 在线自动酸碱中和智能复合控制系统复合计算 进水流量和在线检测的 pH 值来控制酸碱投加量。 针 对 pH 过程的非线性特点设计了专家智能模块， 以转 折点 A 和 B 确定特定 pH 过程滴定曲线的估计形态。 由于在线自动酸碱中和智能复合控制系统有很强的 自适应能力，不必精确地估计滴定曲线的确切形状； 因此在实际应用中 pH 曲线虽会发生变化， 即使存在 较大扰动，但在线自动酸碱中和智能复合控制系统 也能实现很好的控制效果。其 pH 控制曲线图（见图 2）和智能控制功能原理图（见图 3）如下。
2 智能加药技术的创新点和技术关键
智能加药技术与常规加药技术相比，具有以下 几方面技术创新点和技术关键。
·228·
化
工
进
展
2009 年第 28 卷
补水量测量变送器 冷却塔 模糊控制器 Y(s) + － 自适应 参数修正器 智能循环投药 控制器 +
－ +
补水 投药装置 WV(s)=KV 吸水池
电导率在线检测 循环泵 预估器 Y(s) 总磷在线检测 装置
增刊
陈文娟等：智能加药技术在循环水处理中的应用
·229·
为实施智能加药技术改造提供初步依据。 （2）2008 年 4～5 月：完成试验操作平台的建 设，开展循环水过程检测和智能加药控制技术的实 验研制，确定最佳控制结构和工艺条件。 （3）2008 年 6～8 月：完成加药自控装置的实 验室研制，进行设备检测控制效能试验研究，进一 步优化改进设备。 （4）2008 年 8～9 月：完成循环水智能加药系 统的建设和投产试运行，并进行投产后的调试优化 以及运行效果的标定工作。 4.3 采用智能加药系统技术改造方案后的运行 效果 炼油厂 4 座循环水场加药系统智能技术改造于 2008 年 8 月份完成，9 月初调试优化后交付正式运 行，经过 6 个月的实际运行表明，此次技术改造取 得了如下良好效果。 （1） 实现缓蚀阻垢剂季节性、 多途径控制方式 自动投加。在夏季气温高蒸发量过大时，根据水场
以大庆石化公司炼油厂第一循环水场、第二 循环水场、第三循环水场和第五循环水场（以下 分别简称一循、二循、三循和五循）的加药系统 智能技术改造为例：一循、二循、三循和五循这 4 座循环水场负责炼油厂 20 余套生产装置的循环 水，总处理能力为 36000t/h 。其中一循和二循为 20 世纪 60 年代建成的老水场， 其加药系统严重落 后，采用水抽子作动力冲击性投加；而三循和五 循为 20 世纪 90 年代建成的水场，加药虽然采取 加药泵投加，但是依靠人工调整投加，并未实现 在线监测闭环控制。 4.1 改造前炼油厂循环水场加药系统存在的问题 （1） 药剂调整滞后。 加药操作人员根据水质车
1 智能加药技术概述
智能加药技术通过智能复合计算电导率在线检 测值和补水量测量信号控制药量投加，提高了循环 水药剂投加的精确性；从而有效阻止循环冷却水系 统结垢、腐蚀和生物黏泥的生成，进而提高热交换 效率，延长设备使用寿命，杜绝事故的发生。同时 该技术引入智能自学习环节，可根据总磷在线检测 预估自动修正系统控制规则，克服了系统调整滞后 的问题，且系统维护性低、运行稳定可靠、操作简 单方便。 该加药技术在循环冷却水的运行中，不仅能准 确、定量地控制缓蚀阻垢剂、分散剂、杀菌灭藻剂和 调节 pH 值的酸或碱投加量；而且还能在线检测电导 率、pH 值、温度等参数，并可在远离现场的操控中 心进行遥控操作。该系统还具有事件读取和储存功 能， 从而可获得和储存循环水系统各控制参数；为了 可靠地运行，系统设置了不同功能的报警系统，如流 量开关报警、温度控制报警和电导率监控报警等。
参
考
文
献
[1] 金熙，项成林，等. 工业水处理技术问答[M]. 第 3 版. 北京：化学 工业出版社，2006，10：600-604. [2] 周本省.工业水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2000，4（4）： 147-148，392-393. [3] 唐受印，戴友芝，等. 工业循环冷却水处理[M].北京：化学工业出 版社，2007，1：390-391. [4] 祁鲁梁，李本高. 冷却水处理技术问答[M].北京： 中国石化出版社， 2003，4（5）：24-27.
情况
腐蚀速率/mm·a 0.022 0.017 0.041 0.020 0.016 0.011 0.021 0.015
－1
总磷合格率/% 86.44 100 92.47 100 93.55 100 91.73 100
黏泥量/mL·m 1.52 0.93 0.67 0.47 0.93 0.53 1.13 0.67
（1） 通过智能复合控制技术解决常规循环水加 药方法需要操作人员经常调整、参数修正困难、运 行不易稳定和操作繁琐复杂等问题。 （2） 通过电导率、 补水量在线检测和总磷预估 技术解决了循环水加药控制过程中控制特征辨识所 需激励信号不能满足系统平稳运行要求的矛盾以及 系统检测滞后的问题。 （3） 通过自动修正模型参数解决了总磷预估模 型与实际循环水处理过程不匹配而导致的闭环控制 系统失控的问题以及实际应用中系统稳定性无法保 证的问题。 （4） 利用智能加药系统中的在线自动酸碱中和 智能非线性控制功能在全量程范围内有效地控制 pH 值中和过程， 从而实现关键质量控制指标——变 量酸碱度的自动控制。
85.94 t，而改造后 2009 年同期的药耗为 64.46 t，相 比减少 21.48 t，药耗降低 25%左右。 （5）实现循环水系统启、停同步跟踪监测。由 于智能加药技术实现了对循环冷却水系统在线监 测，因此当循环冷却水系统停运时，智能加药系统 自动进入关闭状态，避免因循环水系统停工而造成 加药系统空负荷运行；并且同时，系统的手动操作 运行功能模式依然有效。
表1
循环水场 一循 时间 改造前 改造后 二循 改造前 改造后 三循 改造前 改造后 五循 改造前 改造后
排污量大小及排污时间向循环水系统自动加药，以 防止药剂浪费，实现加药前预排或加药后锁定排污 的性能；在春、秋、冬季，气温低蒸发损失小，把 补水量作为控制信号，控制加药系统向循环水场自 动加药。 （2 ）实现杀生剂独立控制间断轮换式自动投 加。智能加药技术将每种杀生剂设置成具有独立的 控制器，因此可独立设定投加次数、时间和投加量 循环，从而消除连续投加某种杀生剂而产生的抗药 性，有效地提高了杀生效果。 （3）实现水质合格率和稳定率大幅度提高。 智能加药技术所具有的加药及时性和对循环水关 键水质指标的在线时时监控效能，使循环水总磷、 腐蚀速率、黏泥量、沉积速率和异养菌等水质控制 和监测指标合格率大幅提高， 从而保证了循环水系 统长周期稳定运行。加药系统改造前后炼油厂 4 座循环水场水质控制和监测指标同期比较情况见 表 1。