废水处理装置的DCS控制系统设计

废水处理装置的 DCS控制系统设计
摘要：依据化工废水处理装置的设备结构、生产工艺原理及工艺流程，采用DCS控制系统，实现含盐废水系统的自动生产控制，对生产工艺的重要参数进行自控监视、控制、显示及在线修改等。

实现污水处理满足国家排放指标及降低消耗、安全的目的。

关键词：DCS控制系统、污水处理、安全
1概述
分散控制系统简称DCS，是以过程控制为主的过程控制系统。

它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。

其主要特征是集中管理和分散控制。

目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用[1]。

不达标的废水将对环境产生重大污染，本污水处理主要是针对4700吨/年六
废水进行处理。

废水中氟离子F-的浓度约3.5%~5%，氟磷酸锂生产装置的LIPF
6
氯离子的浓度约为5%，通过废水中的氟离子F-和氯离子Cl-与氢氧化钠进行中和反应，一级蒸发、除氟和二级蒸发使废水中的氟离子F-回收率达到76.5%，氯离子Cl-的回收率达到99%，得到氟化钠NaF和氯化钠NaCl副产品。

2生产工艺简介
本工艺技术主要是将废水中的氟离子F-和氯离子Cl-与氢氧化钠NAOH进行中和反应，得到氟化钠和氯化钠，再根据氟化钠和氯化钠的溶解度相差较大，进行分离，最后经浓缩结晶，分别得到氟化钠和氯化钠结晶体副产品，蒸发后的二次蒸汽冷凝水到废水处理站的放流池，监测合格后排放。

六氟磷酸锂LiPF
本生产废水处理生产线包括中和、一级蒸发、除氟和二级
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蒸发4个工序。

废水通过管输送的方式送到六氟磷酸锂收集池，中和工序主要是把收集池里的六氟磷酸锂，与一定浓度的氢氧化钠溶液发生中和反应。

充分反应
后将固液分离，得到副产品氟化钠NaF，液体进入收集池。

将进入收集池的废水通过预热后进入一级蒸发工序，通过1#和2#蒸发器，将进入收集池的液位强制蒸发浓缩，进入除氟工序。

除氟工序中加入氢氧化钠保持PH值为碱性，通过加
药装置加入CaCl
2,高分子凝聚剂能药物，产生主要成分为CaF
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的污泥排放厂区放
流池，另一副产物NaCl，实现废水利用。

3 DCS控制系统设计
3.1系统配置
本次设计结合废水工艺要求、生产特点及项目的规模等要素进行。

根据工艺要求，及国内外同行业的发展水平，采用国际知名品牌横河DCS控制系统。

污水处理DCS控制系统包含控制器、过程I/O 系统、操作站、工程师站、通信系统、其他外部设备等，废水处理系统做为整个生产车间的有机组成部分，工程师站利用工厂DCS系统的工程师站。

废水处理系统DCS I/O点统计如下：AI 55 点，AO23点，RTD 18点，DI 88点，DO 44点。

本系统中的脱水机、加药装置、过滤机、干燥机等为成套设备，共7套，需要与DCS系统通过RS485 Modbus通讯。

考虑预留20%的被用量，因此DCS控制系统主要控制器件选型如下。

冗余控制器AFV30D-S41252一台，带终端Node一个，不带终端Node一个。

型号AAI143的16通道AI卡件四个，AAI543的16通道AO 卡件两个，AAR145的16通道AI卡件两个，ADV151的32通道DI卡件四个,ADV551的32通道DO卡件两个,Modbus RTU通讯卡件ALR121（2端口）一个，Profibus DP通讯卡件ALP121型号一个。

废水处理系统的系统网络配置图下图2所示。

图2 系统网络配置图
3.2主要控制方案
1）废水池设有液位计，实现高低液位报警，及联锁停泵。

同时设PH计在线监测水池的酸碱度。

2）中和反应的2个反应釜设有热电偶温度计，实现高温报警功能。

液位计实现高低液位报警，设PH计可以在线监测溶液的酸碱度。

通过流量仪表监测流量，调节阀门开度，保持进料稳定。

3)NaF干燥系统设有温度计，调节蒸汽调节阀的开度。

4)氢氧化钠储罐设有液位计，实现高低液位报警及高高液位联锁停卸料泵的作用。

5)蒸发器系统设置液位计，调节阀门的开度，保持室内液位稳定。

设有压力变送器，当压力超压时开启阀门保持压力恒定。

6)平衡罐、接收罐主要仪表为液位计，根据液位调节出料调节阀的开度。

7）废水池设有液位、pH计、Cl-氯离子子在线分析仪等仪表，监测水质的液位高低、pH值，及氯离子含量。

3.3 主要控制要求
DCS系统依据主要工序，在操作站设主画面四幅，依次显示中和工序、一级蒸发工序、除氟工序和二级蒸发工序。

将系统温度、压力、液位、分析仪等报警联锁回路34路，用四幅主画面表示，每幅主画面可以细分画面显示更详细的内容。

横河DCS系统软件功能相当强大，首先将每个信号接入系统，然后根据物理地址将每个信号分配软件地址，调用相应的功能块，将变量分配给功能块，并将相关联仪表绑定在一起，可以很方便的读取、显示、联锁、控制等，实现各种功能。

每幅画面上，电机运行、故障、远程现场切换信息均可显示，并可在DCS上位机、现场操作柱远程现场两地控制电机启停功能。

温度、压力、液位、流量及分析仪等模拟量信号不仅显示实时数据，并显示报警联锁信息。

可在工程师站在
线设置修改模拟量信号的报警联锁值，对所有模拟量信号设置趋势，显示实时趋势及历史趋势。

根据温度、液位、压力及分析数据自动调节阀门的开度，联锁启停电机、打开或关闭开关阀。

无联锁功能的开关阀，能够在上位机手动打开或关闭，阀门开到位、关到位信息均可在上位机。

打开信号、关闭信号、不同状态反馈信号，以不同的颜色显示。

电机故障信号，模拟量高位、低位报警信号设声光报警，并生成报警记录表保存。

故障解除前，报警保持。

4结论
本设计根据废水处理工艺特点、生产流程的具体情况，以日本横河公司的DCS系统，设计了废水处理系统的DCS控制，通过对工业生产过程数据采集、控制和管理，极大程度的将生产过程过程处于最佳状态，不仅使污水处理达标，提高生产效率和副产品的产品数量，高度的自动化也缓解了现场工作人员的劳动强度。

参考文献：
1.
天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册第三版[M].北京：机械工业出版社.2011.。