软化水处理系统的设计策略

陶秀琴(青海黄河水电公司新能源分公司，青海 西宁 810000)

0 引言

随着工业污染问题的不断加剧，水处理工作也面临着前所未有的挑战，在此态势下，如何实现水处理工艺的最佳效果成为诸多企业所关注的重点问题。与此同时，随着我国科技的发展，软化水处理系统也逐步向自动化控制的方向发展，对此，本文主要以天然气处理装置中的软化水系统为例，研究软化水处理系统的自动化控制设计以及优化策略。

1 软化水系统简介

1.1 软化水系统对轻烃回收的意义

软化水系统对于轻烃回收有着重要意义[1-2]。在天然气处理工作中，只有控制好循环冷却水的质量，才能够确保天然气处理工作的整体效率。而冷却用水作为其中的关键介质，其质量也将直接影响到天然气处理的整体质量。在传统冷却用水工艺中，往往选择采用一些化学物质，包括冷却剂、净水剂等物质，实现水体净化的效果，而且此种方法并不会对周边环境造成污染。但应用此种方法进行水资源的处理工作，水体中所含有的一些杂质难以量化的去除，而且水体中还含有Ca2+、CO2等物质[3]，这些材料附着在水体中，遇到一些铁、钢等材料，将会产生化学反应。若将这种经过处理后的水体应用到工业用水中，遇到钢铁管材，则会产生腐蚀、结垢等问题，为后续设备的正常运行带来不利影响。为了有效的解决此种影响，软化水处理系统应运而生。此种水处理系统在实际运行过程中，能够良好的解决上述锈蚀问题。

1.2 软化水处理系统概述

本文中所提到的软化水处理系统主要可分为四部分：预处理、主机、输出以及控制部分[4]。其中预处理部分主要包括软化水处理系统内部的原水泵、水罐、活性炭过滤器、介质过滤器等。此部分主要是起到基础过滤作用，包括对水体中所含有的泥沙、颗粒、色素、味道等有机物质进行过滤，将这些水体中所含有的杂质滤除，从而达到降低水的余氯值的最终效果。借助该部分的活性炭过滤器，可以有效的将水体中的一些杂质过滤掉，介质过滤器可以实现反复冲洗的操作，确保这一阶段过后，水体中的一些泥沙、色素、异味能够被有效消除。主机部分主要包括一些精密过滤设备、RO主机、进水慢开门、膜冲洗电磁阀、立式多级离心高压泵等，其中，通过该部分中的精密过滤设备，能够将水体中5μm以上的物质全部滤除，从而进一步的对水体进行净化处理，并且还可以对RO主机中的RO膜进行保护，避免受到水体中杂质的污染。立式多级离心高压泵可以为软化水处理系统提供强有力的水源压力支持，保证水体能够源源不断的输向RO膜，从而起到一个循环的效果。输出部分主要是指经过前两个部分的过滤，从而输出纯水。该部分主要包括纯水泵、水位开关、纯水箱等。其中，水位开关一般安装在纯水箱的顶部，并且由浮球对其进行控制。当达到一定的水位时，浮球上浮，触动与之相连的弹片，进而接触到触点，此时弹片断开，则进水口关闭。控制系统主要对整个软化水处理系统的运行状态进行控制。本文中所提到的软化水处理系统中选择英语型号为CPM1A-30CDRA-VL的PLC控制系统。该系统主要对软化水处理系统的压力、液位等信息进行采集，经过PLC终端进行处理后，输出到相应控制信号，对其进行控制。本文中所提到的软化水处理系统在进行水体处理时，主要采取重复过滤、多次处理的方式，达到将原水中的有害离子、杂质进行全面消除，并且能够在一定程度上降低水体硬度，达到软化的效果。图1为软化水处理系统工艺流程图。

1.3 软化水处理系统问题分析

在软化水处理工艺执行过程中，有两个设备的水位信息并没有集中反馈到控制部分，造成控制部分无法对系统进行全部控制。在后续优化设计中，需要将纯水箱的水位信息以及循环水储罐的水位信息统统反馈到控制部分。本文中采取的控制方式并未能实现系统的自动化控制，在实际运行过程中，需要由相关的技术人员根据循环水储罐液位的实际情况，综合考虑后再确定是否对软化水系统进行开启。软化水处理系统操作繁琐，并且需要大量的人力资源，才能够确保软化水处理系统正常运行。如果相关技术人员管理不到位，就容易出现故障问题，造成纯水箱存水过量，进而造成水资源的浪费情况，对企业而言，则会进一步增加成本投入。在实际运行过程中，若纯水罐已被抽空，而在此状态下，缺乏相应的技术人员关闭纯水泵的运行开关，则会造成空罐状态下纯水泵的异常运行，容易出现烧泵的情况，严重影响到软化水处理的整体质量以及效率，更会给相应的操作人员的人身安全带来威胁。因此，需要对软化水处理系统进行优化设计，尽可能的实现自动化控制。

图1 软化水处理系统工艺流程图

2 软化水系统改进设计方案

2.1 软化水处理系统的总体改进思路

上文中已经提到，为了使软化水处理系统更具自动化、智能化，需要对其进行改进。一方面，需要解决纯水箱液位得控制问题，可以通过在纯水箱以及循环水储罐中安装液位开关，从而及时的反馈液位实际情况，便于执行下一步操作。与此同时，为了能够进一步解放人工，尽可能的采取自动化控制，还需加装一个止回阀。通过对软化水处理系统进行改进设计，并且在系统总增加水泵、控制部分与液位之间的联系，能够有效的软化水处理系统的运行效率。想要实现这一点，需要对PLC控制程序进行调整。图2为改进设计的软化水处理系统工艺。

针对控制部分，选择应用型号为CPM1A-30CDRA-VL PLC控制系统。该系统内部包括12个输出端子、18个输入端子，主要使用交流电源进行运作，继电器输出。与此同时，借助扩展连接起，能够对系统内部的子模块进行延伸，可以连接扩展I/O模块。这样，就能够增加系统末端的输出端子，便于对其进行全面的管理和控制。PLC输入/输出端子一体化，便于后续正式投入使用后，相关技术人员对其进行维护，同时还能够实现系统的稳定输入/输出，控制部分能够将收集到的信号数据进行准确捕捉、迅速响应，提升软化水处理系统的响应速度以及整体运行效率。通过设置定时器，能够更加精准的对其运行时间进行控制，间隔定时器中断，系统的运行更具保障。

2.2 控制系统分析

软化水处理系统的控制部分作为整个系统中最为重要的部分，想要实现软化水系统、纯水泵自动控制，需要增加纯水泵的反馈信号，同时也需要适当的 增加软化水系统的反馈信号搜集设备。也就是说，需要在系统内部加设满液位/低液位信号(循环水储罐)、满液位和低液位信号(纯水箱)共两组，反馈信号增加4路，才能够有效的实现系统的自动化控制。除此之外，考虑到还需对系统内部的纯水泵启动/停止进行有效控制，则还需要在此基础上，增加1路专门控制系统内部纯水泵启停的输出端子，便于对系统的纯水泵进行控制。通过安装水位开关以及液位信号，能够有效的实现对软化水处理系统运行状态的控制。在纯水箱安装水位开关，并且在输出端子PLC上增加一个扩展I/O单元，就可以对整个软化水处理系统的运行进行有效的控制，从而最大程度地解放人工，实现系统的自动化控制，满足控制系统输入输出端子的实际要求。表1为水质分析一览表。

图2 改进设计的软化水处理系统工艺

表1 水质分析一览表

2.3 控制系统的程序实现

控制系统的程序实现主要包括三个部分。首先，CPM1A的编程部分。编程作为控制部分实现自动化控制的关键基础，对于系统的运行有着直接影响。本文中选择CPM1A系列 PLC系统，将之划分为9个区域，即：输入/输出继电器区域、特殊辅助继电器区域、内部继电器区域、TR继电器区域、AR记忆继电器区域、LR链接继电器区域、HR继电器区域、计数器控制区域以及数据存储区域。在正常运行过程中，每一个划分的区域都有着单独的通道号以及继电器地址。第二个部分为信号输出/输入部分，该部分主要是对输出/输入的信号进行传送，根据信号的来源以及匹配地址，能够自动的对其进行传输，实现信号交换、信号控制的目标。在实际传输过程中，主要借助PLC继电器地址传输分配原则，将搜集到的信号输出为端子，将不同来源的信号根据继电器地址，对其进行分类，传输到对应的区域。第三借助编程器对其程序进行编程，增加两个辅助继电器设备K1、K2，并且将对应的继电器地址进行设计，能够实现系统对各个子系统的自动化控制，具有良好的控制效果。

3 结语

本文主要论述了软化水处理系统的优化设计，以天然气处理装置软化水系统作为研究对象，针对软化水处理系统中存在的一些问题进行分析，最终提出相应的改进方案，有效地实现了软化水处理系统的高效运行。