試談自來水廠加氯消毒系統(tǒng)的設(shè)計

1、 HYPERLINK HYPERLINK 自來水廠加加氯消毒系系統(tǒng)的設(shè)計計姓名：王琦琦班級：自動動化064學(xué)號：2000602220633指導(dǎo)教師：閆華成績：自來水廠加加氯消毒系系統(tǒng)的設(shè)計計1. 工藝藝簡介自來水凈化化一般是使使用氯氣，而而殘留的余余氯在加熱熱的過程中中會生成三三鹵甲烷這這種致癌物物，長期飲飲用會對人人體造成非非常大的危危害。尤其其是近年來來水源污染染越發(fā)的嚴(yán)嚴(yán)重，直接接導(dǎo)致自來來水中余氯氯含量的增增加。所以以直接飲用用自來水燒燒的開水也也不是健康康的選擇，對對自來水進(jìn)進(jìn)行再凈化化是關(guān)鍵。經(jīng)過凈水水設(shè)備凈化化后的自來來水稱為直直飲水，在在保留對人人體有益的的礦物質(zhì)的的基礎(chǔ)上吸吸

2、附自來水水中的余氯氯和其他有有害物質(zhì)，是是真正健康康的水。水水健康不容容忽視。2. 系統(tǒng)統(tǒng)整體設(shè)計計2.1 控控制對象的的分析自來水加氯氯消毒起源源于19世紀(jì)90年代，時時至今日，這這種方法仍仍在沿用。消毒時氯氯濃度介于于0.3mmg/L和0.5mmg/L之間，消消毒后剩余余氯濃度應(yīng)應(yīng)介于0.055mg/LL和0.5mmg/L。自來水水廠將自來來水供給用用戶之前，必必須進(jìn)行消消毒處理，氯氯氣是常用用的消毒劑劑。氯氣具具有很強(qiáng)的的殺菌能力力，但如果果用量太少少，則達(dá)不不到滅菌的的作用，而而用量太多多，則會對對人們飲用用帶來副作作用。給水處理中中的加氯工工藝是一個個較難控制制的環(huán)節(jié)?？紤]到加加氯系

3、統(tǒng)消消毒時氯濃濃度介于0.3mmg/L和0.5mmg/L之間，消消毒后剩余余氯濃度應(yīng)應(yīng)介于0.055mg/LL和0.5mmg/L。采用比值值控制結(jié)構(gòu)；針對系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)變化化較大和儀儀表漂移，采采用自校正正控制。在在對自來水水廠加氯系系統(tǒng)的實(shí)際際改造中，通通過建立清清水池進(jìn)、出口余氯氯的動態(tài)模模型和使用用基于自適適應(yīng)的單閉閉環(huán)比值控控制方案，取取得了良好好的控制效效果。2.2 被被控量、控控制量的確確定為了使氣化化器出口處處的壓力恒恒定和內(nèi)部部溫度恒定定，防止發(fā)發(fā)生事故，應(yīng)應(yīng)對氣化器器的內(nèi)部的的壓力和溫溫度施以控控制，其中中對其影響響最大的兩兩個因素是是液氯輸入入量和加熱熱溫度。在在溫度不變變的前

4、提下下，當(dāng)液氯氯輸入量增增加，氣化化器內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生的氯氣氣就增加，出出口的壓力力將上升。同樣，在在液氯輸入入量不變的的情況下，蒸蒸汽的輸入入量增加，氣氣化器的內(nèi)內(nèi)的氯氣會會變得更加加的活躍，出出口處的壓壓力和溫度度同樣會升升高。因此此選擇氣化化器內(nèi)部的的壓力和溫溫度兩個量量為被控參參數(shù)。由圖一的系系統(tǒng)框圖可可看出，氣氣化器內(nèi)部部的壓力和和溫度分別別選取液氯氯的流量和和蒸汽流量量為控制參參數(shù)。2.3 系系統(tǒng)方案論論證本設(shè)計采用用單閉環(huán)比比值控制系系統(tǒng)，原理理方框圖如如下。液氯儲槽冷凝水蒸汽凈化水Q2Q1氯氣氣化器PT21FC11FC 12PC21FT11FT 12TT31TC31圖一 自來來水消毒

5、比比值控制消毒是自來來水處理工工藝中最重重要的環(huán)節(jié)節(jié)之一。在在我國當(dāng)前前水處理行行業(yè)中,使用氯氣氣消毒是最最常用的消消毒方法。水廠加氯氯系統(tǒng)的主主要任務(wù),就是通過過控制氯氣氣投加量(簡稱加氯氯量) ,使得出廠廠水中的余余氯含量在在規(guī)定范圍圍之內(nèi)。再再通過真空空調(diào)節(jié)器送送入加氯機(jī)機(jī),利用加氯氯機(jī)中的水水射器在投投加點(diǎn)處進(jìn)進(jìn)行氯氣投投加。氯氣氣投加量的的多少通過過改變加氯氯機(jī)閥門開開度來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。系統(tǒng)方框圖圖如下：圖二 單閉閉環(huán)比值控控制方框圖圖單閉環(huán)比值值控制能使使自來水量量和氯氣的的流量間的的比值較精精確、方案案實(shí)現(xiàn)起來來方便，僅僅用一只比比值器或比比例調(diào)節(jié)器器即可。在在自來水消消毒控制系系統(tǒng)中

6、要求求兩者流量量之比一定定，而且對對總流量變變化無要求求，所以適適合選用此此控制方案案。FC11FC12FT11FT12Q1Q2圖三 單閉閉環(huán)比值控控制流程圖圖3. 器件件選型3.1 傳傳感器與變變送器的選選擇流量的測量量包括自來來水流量和和氯氣流量量兩個部分分。LXW旋渦渦式流量計計具有測量量管內(nèi)無可可動部件，工工作可靠，壓壓力損失也也比較?。s約為孔板流流量計壓力力損失的1/41/2）；測量量精度高；測量范圍圍大；其讀讀數(shù)不受流流體物理狀狀態(tài)如溫度度、壓力、密度及組組成成分的的影響，一一次標(biāo)定后后，無須再再修正或換換算等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。對于水水量的檢測測，由于水水流量在010000t/h間，且腐腐

7、蝕性很小小，可以采采用旋渦時時流量計。對于氯氣流流量的檢測測，由于氯氯氣具有腐腐蝕性，且且氯氣所需需的最大流流量僅有0.155/h，所以要要求流量計計具有較高高的靈敏度度，以保證證測量精度度。目前在在工業(yè)上和和實(shí)驗(yàn)室里里常用轉(zhuǎn)子子流量計來來測量小流流量。天津津流量儀表表有限公司司的LZB系列玻璃璃轉(zhuǎn)子流量量計轉(zhuǎn)子流流量計特別別適用于測測量管徑在在50mm以下管道道的流量。由于材質(zhì)質(zhì)為玻璃，所所以可以使使用于氯氣氣流量的測測量。因此此選擇LZB-轉(zhuǎn)子流量量計對氯氣氣進(jìn)行測量量。儀表可將被被測溫度,被測介質(zhì)的的差壓、壓壓力、負(fù)壓壓力、流量量、被測介介質(zhì)的液位位、比重、密度或兩兩種不同比比重液體的的

8、界面等參參數(shù)轉(zhuǎn)換成成統(tǒng)一的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)信號輸輸出。主要技術(shù)特特性：輸出出信號：0-100mADCC(型)；4-200mADCC或1-5VVDC(型)。精度：0.5、1、1.5級。供電電電源：220VVAC 550Hz(型)；24VDDC(型)。工作條條件：環(huán)境境溫度：現(xiàn)現(xiàn)場儀表-25 +60；室內(nèi)儀儀表0-500?？諝庀嘞鄬穸龋含F(xiàn)場儀表表95%；室內(nèi)儀儀表85%。工作振振動：頻率率25Hz，全振幅0.2mmm。周圍空空氣中不得得有與鉻、鎳鍍層，有有色金屬及及其合金起起腐蝕作用用的介質(zhì)。3.2 調(diào)調(diào)節(jié)閥的選選擇考慮到自來來水消毒系系統(tǒng)，在未未投入運(yùn)行行前，氣化化器內(nèi)應(yīng)是是空的，自自來水管道道是關(guān)閉的

9、的，而且考考慮到液氯氯具有強(qiáng)的的腐蝕性，釋釋放到空氣氣中會造成成污染，故故選擇液氯氯管道閥門門、自來水水管道閥門門和氣態(tài)氯氯管道閥門門全部為氣氣開閥。調(diào)節(jié)閥具體體型號的選選擇自來水的最最大體積流流量為10000/h時對應(yīng)的的氯氣體積積流量為0.155/h,氯氣的密密度為3.211Kg/，氯氣的的流體重度度為0.0331MPaa，閥門上的的壓差為0.2MMPa，根據(jù)流流通能力公公式得：C=Q=00.15=0.0058查各種尺寸寸調(diào)節(jié)閥的的流通能力力表，查得得，應(yīng)選閥閥座直徑dg為8mm，公稱直直徑Dg為的單座閥閥。此時C值為0.80，這樣在在最大流量量時尚有一一定的余地地。氯氣調(diào)調(diào)節(jié)閥的主主要干

10、擾來來源為調(diào)節(jié)節(jié)閥壓差，由由調(diào)節(jié)閥工工作流量特特性選擇表表查得，工工作流量特特性選擇對對數(shù)特性較較合適。由由于工作在在自來水廠廠，所以直直接選用武武漢韋納機(jī)機(jī)電設(shè)備有有限公司的的動態(tài)流量量電動調(diào)節(jié)節(jié)閥，在實(shí)際的的水系統(tǒng)中中，管路水水壓力是波波動變化的的。動態(tài)平平衡電動調(diào)調(diào)節(jié)閥能夠夠動態(tài)的平平衡系統(tǒng)的的壓力變化化，使閥門門在工作時時的流量特特性曲線與與理想的流流量特性曲曲線保持一一致，沒有有設(shè)計偏差差。特殊的的設(shè)計保證證了它的調(diào)調(diào)節(jié)只受控控于控制信信號，而不不受系統(tǒng)壓壓力波動的的影響，當(dāng)當(dāng)對應(yīng)一個個固定開度度時，其流流量都是唯唯一和恒定定的，因此此動態(tài)平衡衡電動調(diào)節(jié)節(jié)閥在任一一調(diào)節(jié)位置置輸送量都

11、都是穩(wěn)定的的。韋納WPCCV系列動動態(tài)流量平平衡電動調(diào)調(diào)節(jié)閥采用用了全新的的設(shè)計理念念，特別適適用于系統(tǒng)統(tǒng)負(fù)荷變化化較大的變變流量系統(tǒng)統(tǒng)中，具有有抗壓力干干擾，工作作狀態(tài)穩(wěn)定定，調(diào)節(jié)精精度高和節(jié)節(jié)約能源的的顯著特點(diǎn)點(diǎn)。3.3 調(diào)調(diào)節(jié)器的選選擇本系統(tǒng)采用用的是單閉閉環(huán)比值控控制控制方方案，如圖圖二所示。在穩(wěn)態(tài)時時，能滿足足主、副流流量的工藝藝比值要求求，即。當(dāng)當(dāng)主流量不不變，而副副流量受到到擾動時，則則可通過副副流量的閉閉合回路進(jìn)進(jìn)行定值控控制。當(dāng)主主流量受到到擾動時，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使其輸出成比例變化，即改變的給定值，根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令，以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量跟隨而變化，

12、從而保證原設(shè)定的比值關(guān)系。僅接收自來水主流量（自來水流量）的測量信號，僅起比值計算作用，故選P控制規(guī)律；起比值控制作用和使副流量（氯氣流量）相對穩(wěn)定，故應(yīng)選PI控制規(guī)律；在副回路中，考慮到氯氣的腐蝕性和和成本，閥門應(yīng)選用氣開閥，當(dāng)閥門的開度增大，則氯氣的流量加大，所以對象為正作用。測量變送環(huán)節(jié)也為正作用。為了使副回路的穩(wěn)定性，副回路調(diào)節(jié)器應(yīng)選負(fù)作用。在調(diào)節(jié)器的的選擇上，目目前在工業(yè)業(yè)領(lǐng)域被廣廣泛采用的的是DDZ-型儀表。由于DDZ-型儀表采采用了線性性集成電路路，進(jìn)一步步提高了儀儀表在長期期運(yùn)行中的的穩(wěn)定性和和可靠性，從從而擴(kuò)大了了調(diào)節(jié)器的的功能，易易于組成各各種變型調(diào)調(diào)節(jié)器，更更好地滿足足生

13、產(chǎn)過程程自動化的的需要。它它接受來自自變送器或或轉(zhuǎn)換器的的15VDC測量信號號作為輸入入，與15VDC給定信號號進(jìn)行比較較，然后對對其偏差進(jìn)進(jìn)行PID運(yùn)算，輸輸出420mAADC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一一信號。SSR90是日本島島電公司2002年的最新新技術(shù)產(chǎn)品品，它高度度總結(jié)了SR60到SR70系列的應(yīng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)更更突出高性性能和高可可靠的設(shè)計計思想。具具有自由輸輸入，手動動輸出，調(diào)調(diào)節(jié)輸出限限幅，雙設(shè)設(shè)定值，雙雙調(diào)節(jié)輸出出，模擬變變送輸出，數(shù)數(shù)字通訊功功能，前面面板符合IP66級的防護(hù)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，使使用該表完完全滿足要要求。4. 參數(shù)數(shù)整定1.5 比比值系數(shù)的的確定在設(shè)計要求求中，分析析可知系統(tǒng)統(tǒng)要求氯氣氣的濃

14、度在在混合前介介于0.33mg/LL和0.5mmg/L之間。這這里為了方方便系統(tǒng)參參數(shù)的整定定和提高系系統(tǒng)抗擾動動能力，選選其濃度為為0.4mmg/L。（氯氣氣的密度為為3.211Kg/）故故消毒工藝藝要求 K=11.2自來水的最最大流量為為10000/h,氯氣最大大流量為0.155/h。將工藝比值值折算為儀儀表的比值值系數(shù)為 =0.881.6 系系統(tǒng)參數(shù)的的整定單閉環(huán)比值值系統(tǒng)實(shí)質(zhì)質(zhì)上是隨動動系統(tǒng)。一一般要求副副流量能快快速、正確確地跟隨主主流量變化化，不宜有有超調(diào)。不不能按一般般定值控制制系統(tǒng)4：1衰減過程程的要求進(jìn)進(jìn)行副流量量回路參數(shù)數(shù)整定，而而應(yīng)當(dāng)將副副流量的過過渡過程整整定為振蕩蕩與

15、不振蕩蕩的邊界為為佳，這時時過渡過程程既不振蕩蕩而反應(yīng)又又快。1.7 工工作原理根據(jù)設(shè)計要要求需要設(shè)設(shè)計一自來來水消毒系系統(tǒng)，使氯氯氣注入到到自來水中中的量合適適，必須使使氯氣注入入量與自來來水量成一一定的比值值關(guān)系。加氯控制系系統(tǒng)的指標(biāo)標(biāo)是出廠水水余氯含量量,控制量是是加氯量,如果將系系統(tǒng)的輸入入量選為氯氯氣投加濃濃度,那么系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就就是一個比比值控制系系統(tǒng),需按濾后后水流量進(jìn)進(jìn)行比例投投加。其投投加公式為為:u = kk (11)式中: uu為加氯量量; 為濾后后水流量; k為比比例投加系系數(shù)(即氯氣投投加濃度) 。在各種復(fù)復(fù)雜控制系系統(tǒng)中選擇擇比值控制制系統(tǒng)最為為合適。對于此消毒毒系

16、統(tǒng)，純純凈的自來來水是其產(chǎn)產(chǎn)品，應(yīng)作作為主物料料，其流量量為主流量量，用表示示。而氯氣氣流量需要要根隨自來來水流量的的變化而變變化，選其其作為副物物料，其流流量就是副副流量，用用表示。5. 設(shè)計計總結(jié)在我國當(dāng)前前水處理行行業(yè)中,使用氯氣氣消毒是最最常用的消消毒方法。本文介紹紹了自來水水消毒比值值控制系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計過過程。使用用了較普遍遍的單閉環(huán)環(huán)比值控制制系統(tǒng)，實(shí)實(shí)現(xiàn)自來水水投氯系統(tǒng)統(tǒng)得自動化化控制過程程，本系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單單明了，實(shí)實(shí)現(xiàn)方便，無無需特殊的的設(shè)備便可可組成系統(tǒng)統(tǒng)。通過這次課課程設(shè)計，我我發(fā)現(xiàn)很多多的問題，自己的理論與實(shí)際的聯(lián)系問題。即使有些東西你明白，但不一定能做好。我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識用到實(shí)際當(dāng)中，在實(shí)踐中檢驗(yàn)自己鍛煉自己！參考文獻(xiàn)1 過過程控制系系統(tǒng)與儀表表/王再英等等編著.北京：機(jī)機(jī)械工業(yè)出