自動(dòng)化設(shè)備在水處理系統(tǒng)中有哪些應(yīng)用呢？

一首先說(shuō)下自動(dòng)化儀表在水處理系統(tǒng)中的重要地位

在現(xiàn)代化的凈水廠中，每一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程總是與相應(yīng)的儀表及自控技術(shù)有關(guān)。儀表能連續(xù)檢測(cè)各工藝參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，從而協(xié)調(diào)供需之間、系統(tǒng)各組成部分之間、各水處理工藝之間的關(guān)系，以便使各種設(shè)備與設(shè)施得到更充分、合理的使用。同時(shí)，由于檢測(cè)儀表測(cè)定的數(shù)值與設(shè)定值可連續(xù)進(jìn)行比較，發(fā)生偏差時(shí)，立即進(jìn)行調(diào)整，從而保證水處理質(zhì)量。根據(jù)儀表檢測(cè)的參數(shù)，能進(jìn)一步自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制藥劑投加量，保證水泵機(jī)組的合理運(yùn)行，使管理更加科學(xué)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。由于儀表具有連續(xù)檢測(cè)、越限報(bào)警的功能，便于及時(shí)處理事故。儀表還是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的前提條件。所以在*水處理系統(tǒng)中，自動(dòng)化儀表具有非常重要的作用。

二 水處理系統(tǒng)常用儀表的分類

給水工程所用儀表大致可分為兩大類：一類屬于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程物理參數(shù)的儀表，如檢測(cè)溫度、壓力、液位、流量等。這類儀表采用國(guó)產(chǎn)表，其性能和質(zhì)量基本能滿足要求。另一類屬于檢測(cè)水質(zhì)的分析儀表，如檢測(cè)水的濁度、pH值、溶氧含量、余氯、SCD值等。這些儀表在我國(guó)發(fā)展比較晚，因此，通常選用*產(chǎn)品，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看是比較經(jīng)濟(jì)、可靠的。

檢測(cè)儀表的好壞直接關(guān)系到給水自動(dòng)化的效果。在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，從儀表的性能、質(zhì)量、價(jià)格、備件情況、售后服務(wù)等方面進(jìn)行反復(fù)比較，我們一般采用進(jìn)口儀表和國(guó)產(chǎn)儀表相結(jié)合的方法。

三 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)及構(gòu)成模式

1. 凈水廠監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式

凈水廠的監(jiān)控系統(tǒng)一般由水廠管理層和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層兩級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成，按集中管理、分散控制的原則進(jìn)行監(jiān)控。在工程設(shè)計(jì)中，將廠級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即主站）設(shè)在水廠中心控制室，各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站（即分站）的數(shù)量和位置按工藝流程及構(gòu)筑物的位置、分散程度來(lái)定。一般地表水廠現(xiàn)場(chǎng)分站的設(shè)置是：進(jìn)水泵房分站、反應(yīng)沉淀與加氯加藥分站、過(guò)濾分站、送水泵房及變配電室分站、污泥處理分站。各監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)均送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可在監(jiān)控站的工控機(jī)上顯示、控制并打印、記錄、報(bào)警。

2. 各分站監(jiān)測(cè)參數(shù)

a. 進(jìn)水泵房分站監(jiān)測(cè)參數(shù)

水質(zhì)參數(shù)：源水濁度、pH值、水溫、溶解氧等。

運(yùn)行參數(shù)：調(diào)節(jié)池水位、吸水井水位、源水流量、泵機(jī)分電量、泵站總電量等。

b. 反應(yīng)沉淀、加氯加藥分站

水質(zhì)參數(shù)：沉淀池出口濁度、濾后余氯、SCD值。

運(yùn)行參數(shù)：沉淀池水位、沉淀前流量、攪拌罐液位、藥池液位、藥液濃度、沉淀池泥位。

c. 過(guò)濾分站

水質(zhì)參數(shù)：濾后水濁度、余氯。

運(yùn)行參數(shù)：濾池水位、水頭損失、反沖洗水流量、沖洗水箱水位。

d. 送水泵房及變配電室分站

水質(zhì)參數(shù)：出廠水流量、余氯。

運(yùn)行參數(shù)：出廠水壓力、流量、清水池水位、吸水井水位、交流電壓、交流電流、電量等。

e. 污泥處理分站

運(yùn)行參數(shù)：回流池水位、水量、濃縮池水位、回流水濁度。

四 水處理系統(tǒng)常用儀表在選型及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

1. 儀表選配的一般要求

（1） 響應(yīng)時(shí)間：當(dāng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表指示值總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能顯示出來(lái)，這段時(shí)間即為儀表的響應(yīng)時(shí)間。一只儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的情況，是很重要的指標(biāo)。對(duì)水質(zhì)分析儀表要求的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不超過(guò)3min。

（2） 度：是指在正常使用條件下，儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，誤差越小，度越高。

生產(chǎn)過(guò)程物理檢測(cè)儀表的度為±1%，水質(zhì)分析儀表的精1f77確度為±2%（測(cè)高濁水的濁度儀的度為±5%）。

 （3）輸出信號(hào)：儀表的模擬輸出應(yīng)是4~20mA DC信號(hào)，負(fù)載能力不小于600Ω。

（4）儀表的防護(hù)等級(jí)應(yīng)滿足所在環(huán)境的要求，一般應(yīng)不低于IP65，用于藥劑投加系統(tǒng)的檢測(cè)儀表要求能耐腐蝕。

（5）四線制的儀表電源多為220V AC、50Hz，兩線制的儀表電源為24V DC。

（6）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表宜選用數(shù)顯儀。

（7） 為使計(jì)算機(jī)能檢測(cè)到電壓互感器和電流互感器的異常信號(hào)并報(bào)警，設(shè)計(jì)選配的電壓及電流變送器的輸入信號(hào)應(yīng)比電流及電壓互感器大，即分別為0~6A及0~120V。

 （8） 儀表的工作電源應(yīng)獨(dú)立，不應(yīng)和計(jì)算機(jī)共用電源，以保證發(fā)生故障和檢修時(shí)電源互不干擾，使各自都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

（9）應(yīng)選擇能夠提供可靠服務(wù)和有豐富經(jīng)驗(yàn)的儀表生產(chǎn)廠商。

2. 水位測(cè)量

選擇液位計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：（1）測(cè)量對(duì)象，如被測(cè)介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及工作壓力和溫度、安裝條件、液位變化的速度等；（2）測(cè)量和控制要求，如測(cè)量范圍、測(cè)量（或控制）度、顯示方式、現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)距離指示、與計(jì)算機(jī)的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。

給水工程中常用的液位計(jì)及選型要點(diǎn)如下：

a. 超聲液位計(jì)

超聲液位計(jì)的傳感器由一對(duì)發(fā)射、接收換能器組成。發(fā)射換能器面對(duì)液面發(fā)射超聲波脈沖，超聲波脈沖從液面上反射回來(lái)，被接收換能器接收。根據(jù)發(fā)射至接收的時(shí)間可確定傳感器與液面之間的距離，即可換算成液位。其度為±0.5%。

這種液位計(jì)無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，可靠性高，安裝簡(jiǎn)單、方便，屬于非接觸測(cè)量，且不受液體的粘度、密度等影響，因此多用于藥池、藥罐、排泥水池等的液位測(cè)量。但此種方法有一定的盲區(qū)，且價(jià)格較貴。

b. 浮球式液位計(jì)

在液體中放入一個(gè)空心的浮球，當(dāng)液位變化時(shí)，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移。可用機(jī)械或電的方法來(lái)測(cè)得浮球的位移，其度為±（1~2）%，這種液位計(jì)不適用于高粘度的液體，其輸出端有開(kāi)關(guān)控制和連續(xù)輸出。

在凈水廠的設(shè)計(jì)中，多將此種液位計(jì)用于集水井的液位測(cè)量以控制排水泵的自動(dòng)開(kāi)停。

c. 電容式液位計(jì)

在容器內(nèi)插入電極，當(dāng)液位變化時(shí)，電極內(nèi)部介質(zhì)改變，電極間（或電極與容器壁之間）的電容也隨之變化，該電容量的變化再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的直流電信號(hào)。其度為±（0.5~1.5）%。

電容式液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳感器無(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；度高；檢測(cè)端消耗電能小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是被測(cè)液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差。電容式液位計(jì)一般用于調(diào)節(jié)池、清水池等的液位測(cè)量。

當(dāng)測(cè)量范圍不超過(guò)2m時(shí)，采用棒狀、板狀、同軸電極；當(dāng)超過(guò)2m時(shí)，采用纜式電極。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)為水時(shí)，采用帶絕緣層（可用聚乙烯）的電極。

d. 靜壓（或差壓）式液位計(jì)

由于液柱的靜壓與液位成正比，因此利用壓力表測(cè)量基準(zhǔn)面上液柱的靜壓就可測(cè)得液位。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的密度及液體測(cè)量范圍計(jì)算出壓力或壓差范圍，再選用量程、度等性能合適的壓力表或差壓表。這種液位計(jì)的度為±（0.5~2）%。

3. 流量測(cè)量

流量測(cè)量分為兩種，一種用于流量檢測(cè)，參與過(guò)程控制，以達(dá)到提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，改善生產(chǎn)工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。另一種用于流量的計(jì)量，不僅計(jì)量產(chǎn)品的產(chǎn)量，還是供水企業(yè)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算的依據(jù)。在供水企業(yè)zui主要的8項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中，有3項(xiàng)指標(biāo)是以流量計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。

流量計(jì)的選型應(yīng)考慮以下因素：

（1）任何型號(hào)的流量計(jì)都必須有國(guó)家計(jì)量部門(mén)檢定的證書(shū)方可選用。

（2）流量計(jì)本身的壓力損失要小。

（3）根據(jù)行業(yè)要求，流量計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于2.5級(jí)。

（4）安裝現(xiàn)場(chǎng)條件應(yīng)滿足所選流量計(jì)對(duì)直管段的要求。

（5）所選流量計(jì)應(yīng)能適應(yīng)安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件如溫度、濕度、電磁干擾等。

（6）所選流量計(jì)應(yīng)能適用于待測(cè)的液體介質(zhì)。

目前，在給水工程設(shè)計(jì)中，采用zui多的是電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。

a. 電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)的原理是應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)定律，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。

在測(cè)量中，液體本身為導(dǎo)體，磁場(chǎng)通過(guò)安裝在管路中的兩個(gè)線圈產(chǎn)生。線圈由交流或直流電源勵(lì)磁，磁場(chǎng)作用于管道內(nèi)流動(dòng)的液體，在管道中產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)流體平均流速V相對(duì)應(yīng)的電壓，且該電壓與流體的流速分布無(wú)關(guān)。

與管道絕緣的兩個(gè)電極監(jiān)測(cè)液體的感應(yīng)電壓。磁場(chǎng)方向、流體流向及兩個(gè)檢測(cè)電極的相對(duì)位置三者互相垂直。

電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量不受被測(cè)液體的溫度、壓力或粘度的影響。

（2）沒(méi)有壓力損失。

（3）能連續(xù)測(cè)量，測(cè)量度高。

（4）口徑范圍和測(cè)量范圍大，測(cè)量范圍連續(xù)可調(diào)。

（5）與流速分布無(wú)關(guān)。

（6）前后直管段較短，前置直管段為5D（D為儀表的直徑），后置直管段為3D。

（7）穩(wěn)定性好，輸出為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。

（8）變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性。

（9）轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)觀察。

應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多選用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性。安裝時(shí)應(yīng)注意遠(yuǎn)離外界的電磁場(chǎng)源，以免影響傳感器的工作磁場(chǎng)及流量信號(hào)，傳感器水平安裝時(shí)，要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。測(cè)量管內(nèi)應(yīng)為滿管，不允許大量氣泡通過(guò)傳感器，當(dāng)不能滿足條件時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施。

為使儀表可靠地工作，提高測(cè)量度，不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線，且接地電阻應(yīng)小于10Ω，尤其是安裝在陰極保護(hù)管道上時(shí)。如在天津水源廠出廠干管上安裝的電磁流量計(jì)，由于管道采用了陰極保護(hù)，防護(hù)電解腐蝕的管道內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的，被測(cè)介質(zhì)沒(méi)有接地電位，所以，將傳感器接地環(huán)裝在傳感器的兩個(gè)端面上，與連接管道的法蘭絕緣。傳感器與接地環(huán)用接地線相連，并引至接地極。管道法蘭之間用電纜相連但不連到傳感器上。法蘭連接螺栓用絕緣襯套和墊圈隔離。該電磁流量計(jì)自投產(chǎn)使用以來(lái)，效果一直較好。

轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝在符合其防護(hù)等級(jí)要求的場(chǎng)所，在滿足安裝環(huán)境、使用要求的前提下，轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好，以節(jié)約投資，減少可能產(chǎn)生的強(qiáng)電信號(hào)的干擾。

b. 超聲流量計(jì)

zui近十幾年來(lái)，由于電子技術(shù)的發(fā)展，超聲流量計(jì)才得以應(yīng)用于流量測(cè)量。利用超聲流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的方法有很多種，其中較為典型的是時(shí)差法和多普勒法。凈水廠多選用時(shí)差法流量計(jì)，其方法是在測(cè)量管道上安裝兩個(gè)換能器，因順流與逆流流速差別的影響，測(cè)量從發(fā)射到接收而產(chǎn)生的時(shí)間差，據(jù)此測(cè)出流速。

超聲流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）安裝維護(hù)方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用，在安裝和維護(hù)超聲流量計(jì)時(shí)不需在管道上打孔或切斷流量，就可在已存在的應(yīng)用場(chǎng)合很方便地進(jìn)行安裝，尤其適用于大口徑管道檢測(cè)系統(tǒng)。

（2）口徑范圍大，且價(jià)格不受管徑影響。

（3）測(cè)量可靠性高。

（4）無(wú)壓力損失。

（5）不受流體參數(shù)影響。

（6）輸出標(biāo)準(zhǔn)化直流信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)。

選用超聲流量計(jì)要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內(nèi)壁結(jié)垢、防腐層均勻與否，這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。另?yè)?jù)超聲流量計(jì)的測(cè)量原理，只有流速分布均勻時(shí)才能保證測(cè)量的度，所以在流量計(jì)的上下游要有足夠的直管段，參考各種資料及流量計(jì)的使用手冊(cè)，要求上游zui少不小于10D，下游大于5D。

由于自來(lái)水行業(yè)為連續(xù)生產(chǎn)，進(jìn)行不間斷計(jì)量是極為重要的，所以一般安裝于管道上的流量計(jì)不能經(jīng)常拆卸送檢，一般做法是采用度較高的便攜式超聲流量計(jì)，按周期送國(guó)家認(rèn)證單位進(jìn)行校準(zhǔn)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)器具，再用比對(duì)的方式定期檢測(cè)在線流量計(jì)。這需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用單位要求，考慮將來(lái)生產(chǎn)管理的需要，預(yù)留出比對(duì)測(cè)量的空間，以方便用戶，即將流量計(jì)井做得稍大一些，除安裝固定式流量計(jì)外，還應(yīng)如圖1所示預(yù)留出便攜式流量計(jì)測(cè)量的空間。