热轧水处理浊环水系统节能减排改造

热轧水处理浊环水系统节能减排改造

摘要：本文主要论述了在热轧总厂二分厂水处理DC2和DC3浊环水系统新增一套PLC控制系统和12个远程调节阀及相关配套设备，分别对原有工艺控制参数进行优化，增加了调节、记录、报警等功能；大大提升水处理效率，避免能源浪费；稳定了供水的系统压力，减少了管线的故障。

一、现状及存在的问题

1.1 存在的问题

热轧总厂二分厂水处理的浊环水系统负责提供轧制线除磷工艺水以及辊道和轧机的工艺冷却水供水，并处理使用后的含大量氧化铁皮及油污的回水，经过水处理旋流沉淀池、平流沉淀池、过滤器、冷却塔等处理成净水，回到集中的吸水井，再由浊环水系统的12台泵加压到现场用户。DC2管网工作压力0.53～0.55Mpa，DC3管网工作压力1.12～1.2Mpa。

热轧轧制线除鳞水及大部分工艺冷却水随轧制节奏及工艺要求周期性间断喷射，所以浊环水系统管网压力一直处于波动状态，造成泵站电机和水泵长期不稳定运行，大大降低了电机和水泵使用寿命，频繁的压力波动造成多次水管爆裂事故。同时为保证工艺需求，浊环水系统一直按最大系统供水量运行，由于轧制线除鳞水及冷却水间断喷射，大约38%系统净水经管道安全阀直接溢流排入地沟，与污水混合进入循环处理过程，造成严重的能源浪费，同时大大增加了水处理负荷，增加了过滤塔滤芯备件及维护成本。

1.2 浊环水系统运行流程

红色为污水处理的进程，蓝色净水的工作流程

1.3 原因初步分析

浊环水DC2、DC3主管末端，阀门口径非常大，安全溢流阀调节精度差，压力波动大，从泵站到供水末端管网管线长，且走向非常复杂，弯头、三通、变径较多，净水在管线运行中压力损失达40%，而工艺要求供水末端压力稳定在1.12-1.2Mpa，所以实际运行中往往采取加大泵站供水流量，调低主管末端安全阀溢流值来保证末端供水压力稳定，造成泵站长期高负荷运行，泵站出口调节阀功能失效，根据现场流量计测定，工艺实际需求净水量仅为泵站供水量的38%以上，造成大量净水经安全阀直接排入地沟混合成污水进入循环处理过程，造成严重的能源浪费。

热轧轧制线除鳞水及大部分工艺冷却水随轧制节奏及工艺要求周期性间断喷射，所以浊环水系统DC2、DC3管网压力一直处于波动状态，造成泵站电机和水泵长期不稳定运行，降低了电机和水泵使用寿命，频繁的压力

波动使水管加剧磨损，造成多次管线爆裂轧制线停机事故。

二、 原因详细分析及改进措施

1、 浊环水系统结构改进措施

在浊环水系统DC2和DC3泵站出口管路上各安装一根回流管到浊环水吸水井，在每根回流管上安装一台气动薄膜调节阀及三台截止阀，并在每

至吸水井 至吸水井

根回流管上各安装一套压力检测设备形成调节单元。安装一套PLC控制系统，将现场的压力信号、调节阀的控制信号及阀位反馈信号接到PLC控制柜，控制现场的检测和调节设备。实际运行中DC2循环水系统和DC3循环水系统给水总管上的两台压力检测设备将检测到的总管压力信号发送到PLC控制系统，根据总管压力控制每台调节阀的开度。例如，当DC2的循环系统总管压力值高于设定压力时，计算机检测DC2支管上的电机运行状态，如果电机处于运行状态，计算机根据压力上升趋势，发出信号打开DC2循环水系统旁路支管上的气动调节阀，直到将总管压力降到工艺要求。如果DC2-PS1旁路调节阀已经全部打开，压力还是高于管网设定压力，则发出压力超出控制的报警信号，建议操作人员关闭其中一台电机，这时管网压力就会回到一个较低的压力值，PLC系统会根据压力值关闭调节阀，对管网压力进行控制。

2、浊环水系统电气改造措施

对DC2和DC3浊环循环水系统进行改造时，新增了12套气动调节阀门，并安装了相应的阀门开度仪，并在DC2和DC3出水管道上新增了压力传感器，电气改造时需要将上述控制I/O点接入PLC，因PLC备用点数远远不足，因此新增一套远程控制子站，并通过冗余的ControlNet控制网接入原控制系统，通过PLC编写修改控制程序，对操作站画面监控系统进行改造，实现了设备的远程检测和控制。以下为详细设计方案：

2.1硬件改造部分：

2.1.1通讯改造方案：

因改造设备均安装在集中泵站内，就地新增一套PLC远控子站PLC-12，

原系统PLC8站和PLC9站直接通过光纤连接，现更改通讯路径，将PLC12站安装在PLC8站和PLC9站之间，将8#站接往9#站的A\B两路光纤改接到12#站，将12#站A/B两路光纤再接到9#站，实现了新增12#站的硬件通讯至原PLC系统，通讯连接图见图一：

图一

（虚线框内为新增PLC12站）

2.1.2 新增PLC12站硬件配置：

本次改造新增14个模拟量输入点，新增12个模拟量输入点，同时为确保一定的预留量，设计如图二硬件配置图：

图二PLC12站硬件配置图

2.1.3 PLC硬件构成后，对PLC12#站设计并绘制图纸，

绘制相应的PLC光缆走向图，光纤网络接线图，PLC12站控制柜图，硬件配置图，电源供给图，DC24V阀电源图，以及输入输出模块接线图等，并根据图纸对控制柜配盘走线。设计时，考虑到防止输入输出点短路造成的子站电源系统故障，在数字量输入和输出点以及模拟量输入点+24V线路上均增加一个保险，为确保信号传输，在模拟量输入和输出点均增加隔离放大器。

2.1.4 敷设电缆以及光纤：

组织施工人员制作光纤头，按设计光纤网络接线图敷设光纤，同时对模拟量IO点均采用带屏蔽的信号电缆敷设，并按要求穿金属软管，做好相应的密封处理。将现场的压力信号和调节阀的控制信号和阀位反馈信号接

到PLC控制柜。

2.2软件改造部分：

2.2.1 控制改造原理：

在DC2循环水系统和DC3循环水系统的给水总管上安装两台压力检测设备，将检测到的DC2和DC3总管压力信号送到循环水站房的PLC控制系统，根据循环水总管压力控制每台调节阀的开度。当DC2的循环系统总管压力值高于设定压力时，PLC采用PID控制，根据压力上升趋势的反馈，发出信号打开DC2循环水系统的旁路支管上的气动调节阀，直到将总管压力降到工艺要求的范围内。

如果旁路调节阀已经全部打开，压力还是高于管网设定压力，则发出压力超出控制的报警信号，建议操作人员关闭其中一台电机，这时管网压力就会回到一个较低的压力值，PLC系统会根据压力值关闭调节阀，对管网压力进行控制。

该控制系统具有手动和自动两个功能，在操作人员将画面设定为手动时，PLC根据操作人员给定的开度将调节阀开到指定的开度；当系统设定为自动时，PLC根据操作人员设定的压力控制值，对调节阀进行自动调节，自动稳定管网的压力。

DC3循环水系统的控制原理和DC2相同。该系统的特点是检测、调节系统结构简单、实用、操作方便。通过工控信号转换、运算，提高了系统测量、控制精度，修改工艺控制方式灵活、可靠。

2.2.2 ControlLogix系统软件组态：

此次改造通过ControlNet控制网模块1756-CNBR,将新增机架与其他远程机架通讯连接在一起，打开原离线的RSLogix5000项目，在I/O组态下的控制网内新增1756-CNBR模块，将其命名为IM1201，地址设置为12，