塔西南石化厂地处塔里木盆地西南部,循环水补充水为高硬、高碱(硬度280 mg/L、碱度180 mg/L)的地下水,在自然浓缩条件下,补充水质决定了循环水浓缩倍数最高只能控制在3倍左右,否则循环水系统“钙硬+碱度”(结垢性指标)超标,造成系统严重结垢,换热效率降低。我厂自1989年投产以来,循环水浓缩倍数一直在2~3倍,2006年采用人工加酸处理,循环水浓缩倍数控制在3.5~4倍。但人工加酸难以掌握合适的加酸量,既浪费大量的酸,造成系统腐蚀,又使pH值无法达到连续、合格,同时容易造成人员伤害,经济效益和社会效益较差。为了从根本上改变这种状况,2007年11月,塔西南石化厂与南京工业大学水处理研究所针对我厂循环水现场控制的实际特点和需求,研制了双路全自动加酸及监控系统,2008年5月设备安装完毕并投用,使用情况良好。
系统流程浓度为98%的硫酸由槽车卸至硫酸罐中,卸酸采用快装接头以防止酸液飞溅伤人,加酸控制器将测定的循环水pH值(两路信号,循环回水信号pH1、循环水泵出水信号pH2的加权平均值参与控制,当系统pH超过设定值时,发出报警信号)与设定值进行比较后,信息传送给计量泵控制加入循环水系统的硫酸量,调节循环水的pH值。
设备组成加酸系统主要由卸酸设施、加酸罐、加酸控制装置、加酸泵、相关管线等组成。监测系统主要由监测换热器、腐蚀检测仪、浊度仪、ORP仪等在线仪表组成。控制装置由现场传感器、仪表、泵、测控柜(西门子S7200 PLC) 以及监控计算机组成。测控柜采集来自温度、流量、液位、pH、电导率、浊度等传感器信号,自动控制加酸量,并通过RS485现场通讯总线与监控计算机实现信息交互,完成循环水的自动加酸控制和腐蚀、结垢状态监测。现场数据采集由2个现场数据采集柜和1台工控机组成,现场数据采集柜包括1个换热器采集柜和1个加酸控制柜。加酸现场柜核心采用西门子S7200 XP224 CPU,以及ORP、浊度仪等仪表组成。换热器采集柜由合成与尿素两套采集装置组成,每套有1台换热器采集仪和1台腐蚀仪。柜前面板有若干显示仪表、控制开关和指示灯。通过控制开关可设定系统的工作方式以及了解系统的工作情况。在加酸控制柜上可以根据情况选择“加酸手动和自动”控制方式。
控制原理采用先进的PID调节技术,通过在线仪表自动测量系统的pH值,由软件程序自动控制酸泵的启动和开度,循环水的pH值将严格控制在设定的范围内,使pH控制更加平稳,操作更加安全;计量泵带有4~20 mA信号输出,具备自动及手动双重控制自动加酸;根据人工设定的pH值调节加酸量,使给、回水的综合 pH值等于人工设定值;给、回水pH分别设置权值。当回路处于自动控制方式时,如果给水或回水pH值达到下下限时,系统强制切断加酸泵电源,直至给水和回水pH值同时回升到各自的下限为止;当酸罐液位低于液位下限值
运行条件加酸运行系统对日常控制条件要求较高,因此最好具备自动加酸系统,以保证系统pH 值的稳定并减少人员的操作量,加酸时要避免局部pH过高或过低;选择稳定性好、缓蚀性好的水稳剂;加酸运行一旦发生异常,需要强大的技术力量做后盾,因此要求做好前期的各种试验,积累大量的基础数据,确保方案的可行性;另外,实验室的试验条件与现场实际有很大的出入,存在许多不确定因素,需要实验室不断试验和现场不断调整。
我厂采用自动加酸装置后,由于自动化程度高,自动记录数据,无人化管理,操作工的劳动强度大大降低,并消除了影响环境及员工安全、健康的隐患,控制安全、稳定;循环水浓缩倍数从3.5倍上升到5.0倍,节约了大量新鲜水;杀菌剂消耗量、缓蚀阻垢剂消耗量、工业硫酸消耗量等都有了明显的降低。