摘要：水泥企业联合水泵房主要供生产线设备循环冷却用水、余热发电用水及厂区生活消防用水，功能包含取水、制水、供水，其中制水是非常关键的一个环节。本文详细介绍了对无人值守水泵房自动加药系统改造实施情况。
关键词：DCS；无人值守；自动加药；监控
1、项目提出
水泥企业联合水泵房主要供生产线设备循环冷却用水、余热发电用水及厂区生活消防用水，水泵房的正常运行，关系着厂内生产及生活消防用水安全，而制水又是水泵房运行中非常关键的一个环节。现各水泥企业水泵房泵类设备及冷却塔都会接入生产线DCS系统，实现远程控制或者低水位自动取水、恒压供水等PID自动控制，但往往企业都会为水泵房安排专职或者兼职的水处理工，主要是对制水加药过程，未能完全实现自动控制。
华润水泥（武宣）有限公司水泵房有3台取水泵、8台生产及生活消防供水泵、1座冷却塔、1套原水净化装置及1套CLO2发生器，原来都是现场控制，配置了4个水处理工，由于人员定编，需减去这4个水处理工岗位。前期通过改造，在水泵房新增一台DCS远程站，把水泵、冷却塔、阀门等设备信号引入DCS系统，实现了中控控制。但是原水沉淀净化装置及CLO2发生器改造后是否运行稳定，关系着全厂4百多员工的身体健康，改造中需解决设备运行稳定性及安全性问题。
2、实施内容
1）水泵房配置1套原水沉淀净化装置，包括聚氯化铝加药装置、机械混合反应池、斜管式沉淀池、汽浮移动罩滤池，以上设备信号全部引入DCS系统，实现中控控制，通过以下改造，实现无人值守状态下对设备运行状态进行自动控制及监控：
① 聚氯化铝加药装置原计量泵为手动调节流量，现改为变频控制，通过变频器调节计量泵转速来控制聚氯化铝加药量，并在出口安装1个耐腐蚀电磁流量计，监控加药装置运行状态，并在后端入水池管道上安装在线浊度检测仪，通过检测处理后的水体浊度自动调节聚氯化铝加入量；
② 斜管式沉淀池排污通过DCS程序改为定时自动排污，程序上按工作8小时排污15分钟设定；
③ 汽浮移动罩滤池反冲洗通过DCS程序实现自动反冲洗，不按原来的每工作8小时反冲洗一次设定，改为根据处理后的水体浊度不达标及汽浮移动罩滤池发生溢流情况下再进行反冲洗，可有效节约耗水量并保证水质达标；
④ 后续需要更加直观的监控设备的运行情况，可在三个水池上方安装监控摄像头进行监控。
2）水泵房配置1台化学法CLO2发生器，规格为100g/h，通过HCl与NaClO3反应，产生CLO2加入水池用于杀毒。
化学反应方程式为：
5NaClO2＋4HCl＝4ClO2↑＋5NaCl＋2H2O
存在的主要问题是：
① CLO2发生器型号太小，根据国家标准《二氧化氯消毒剂卫生标准》（GB 26366-2010），饮用水CLO2添加量为1-2mg/h，水泵房处理能力为200t/h，即正常运行状况下，每小时需CLO2投加量为200-400g，现配置的CLO2发生器为100g/h，无法满足要求，故重新选型更换成400g/h的CLO2发生器；
② 因化学法CLO2发生器使用的原料为盐酸（HCl）及氯酸钠（NaClO2），两种原料都是有毒化学品，原料在运输、贮存及使用过程中均需采取安全措施，否则极易发生安全事故（14年7月，华润水泥（武宣）有限公司就因为NaClO2原料存放不当，发生加药间起火事故）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水泵房改为无人值守后，缺少专人负责原材料的保管及设备运行监护，原材料储存及设备运行安全更难得到保障，因此CLO2发生器选型时选择电解法CLO2发生器设备。电解法CLO2发生器经十多年的发展，技术上已非常成熟，发生器以氯化钠（食盐）为原料，电解饱和氯化钠水溶液产生CLO2、O3、CL2、H2O2等多种复合消毒剂。设备运行绝对安全，即使误操作或发生极端情况，都不会发生危险，因此在无人值守水泵房推荐选用电解法CLO2发生器，电解饱和食盐水溶液时电极反应：
阳极反应：
2Cl-－2e⇄Cl2 φe=1.36V
4OH-－4e⇄2H2O＋O2 φe=0.41V
O2+2OH-－2e⇄O3＋H2O φe=1.24V
2H2O－2e⇄H2O2＋2H+ φe=1.77V
Cl2＋4OH-－2e⇄2ClO-＋2H2O φe=0.42V
ClO-＋2OH-－2e⇄ClO2 ＋H2O φe=0.66V
ClO2-－e⇄ClO2 φe=0.95V
阴极反应为：
2H2O＋2e⇄2OH-+H2 φe=-0.828V
③在2个水池上各安装1套在线余氯检测仪，用于检测水体余氯含量，并把信号引入DCS系统，用于控制CLO2发生器工作，并选用的电解法CLO2发生器要求具有远程启停功能，即当水体余氯含量低于设定值时自动开启CLO2发生器，往水池内添加CLO2，当水体中氯含量高于设定值时，关闭CLO2发生器，停止往水体内添加CLO2。根据国家标准，饮用水中CLO2含量≥0.1mg/L，极限值0.8mg/L，管网末梢水中余量≥0.02 mg/L，与水接触时间至少30min。因此余氯低值开启CLO2发生器按含量小于0.1 mg/L且水池在补水状态下设定，由于添加CLO2时都是在水池补水时进行，公司电解法CLO2发生器投入使用后，经过试验，设定CLO2含量≥1mg/L时停止CLO2发生器，可保证完成补水30min后余氯含量在0.2 mg/L左右，达到国家标准，不同的水体，对于CLO2的用量不一样，所以需要通过实际使用后才能摸索出一个较合理的设定值。
3、主要创新点
① 通过变频改造，把聚氯化铝加药装置的手动调节泵改为变频+电磁流量计调节，因为调节泵非常贵，此项改造节约了整个项目的改造费用，且现使用的手动调节泵损坏后可用普通泵替代，节约维护费用；
② 用电解法CLO2发生器替代化学法CLO2发生器，虽然化学法CLO2发生器采购价格较电解法的便宜，但是在无人值守且供应饮用水的泵房使用存在一定的危险性，目前多数水泥企业使用的都是化学法CLO2发生器，建议改为无人值守情况下选用电解法CLO2发生器；
③ 通过在线浊度仪、在线余氯检测仪控制加药装置自动加药，并与水池液位计、压力变送器等联锁控制，可实现水泵房自动取水、加药、供水PID控制。
4、社会、经济效益
① 由于系统是按无人值守的原则进行设计，改造后现场无需安排人值守，可减去4个水处理工岗位，每个员工的人工成本为3500元/月，每年可节约人工成本16.8万元；
② 电解法CLO2发生器消毒1千立方水的成本为4.8元左右（1.6Kg食盐+8Kwh电），化学法需40元左右，水泵房每年需处理70多万立方水，年可节约CLO2制造费2.5万元；
③ 提高了厂内饮用水水质，保证员工身体健康；
④ 该加药控制系统可为水泥企业无人值守水泵房技改提供方案参考，降低企业人工成本。
5、结语
在DCS控制系统的基础上，通过把加药装置控制信号引入DCS系统，采用在线浊度仪、在线余氯检测仪对水质进行检测，并使用电解法CLO2发生器，根据我厂的改造使用情况，可实现水泵房在无人值守情况下安全稳定运行，因此是目前水泥企业水泵房无人值守改造的有效方案之一。
参考文献：
[1] 《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中华人民共和国卫生部 国家标准化管理委员会发布，2006
[2] 《二氧化氯消毒剂卫生标准》（GB 26366-2010）中华人民共和国卫生部 国家标准化管理委员会发布，2011
论文作者:郭宁怎
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/9/28
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