水质硬度自动监测系统在油田锅炉水处理设备上的应用.pdf

第25卷 第3期 2006年3月 国 外 电 子 测 量 技 术 Foreign Electronic Measurement Technology Vol. 25 , No. 3 Mar. , 2006 作者简介 龚 毅1981 - ,男,硕士研究生,主要研究方向为智能控制系统,DSP控制系统的开发和应用,OPC技术的开发、 应用。 胡 泽1966 - ,男,博士,副教授,副院长,主要从事电子信息工程和油气田开发工程研究。 应用天地 水质硬度自动监控系统在油田注汽锅炉水 处理设备上的应用 龚毅胡 泽李婷婷 西南石油学院 四川 成都610500 摘要水质硬度自动在线监控系统是在生产实践中逐步发展和完善的自动化控制系统。它由上 位机系统、 硬度检测、 控制系统三大部分组成,具有实时监控、 在线检测等功能,精度高、 功能强大,用 户界面友好。本文阐述了该系统的硬件组成结构和系统功能,分析了系统的工作原理。在实际应用 中,系统运行稳定、 减少了值班人员的工作量,降低了水处理的单耗,经济效益明显。 关键词水质硬度在线检测智能控制器硬度分析仪 中图分类号 TP273. 5 TK223. 513 Application of automatic monitoring system of the hardness of w ater quality on the steam boiler ’s water treatment equipment on the oil field Gong YiHu ZeLi Tingting Southwest Petroleum Institute Sichuan ChengDu610500 Abstract The automatic online monitoring system of the hardness of water quality is a automatic control system which has been developed and perfected progressively in the production practice. It is made up of three major parts computer system , hardness measuring and control system. It also has many advantages such as online control , online measurement , high precision , more powerful and friendly interface. This paper explained the hardware structure of this system , system function and the operation principle of the system. In the practical application , the system is operated stab2 ly , having reduced attendants ’ load and the unit consumption of water. Consequently , the economic benefits are obvious. Keywords Hardness of water quality , online measurement , intelligent controller , hardness analyzer. 0 引言 油田注汽锅炉是为注蒸汽热采而专门设计的一 种新型工业锅炉,为直流式高压锅炉,即一次强制循 环锅炉。由于进入直流锅炉的给水在受热面中一次 蒸发完毕,导致给水中的盐分无别的去路,都将沉积 在锅炉受热面上或随汽带给采油队,因此直流锅炉 对给水水质的要求非常高。传统上锅炉水质采用了 传统的化学分析方法。这种方法,受化学药品使用 期限、 贮存条件、 采样方法及人员技术熟练程度等因 素的影响,会造成滴定误差。加上,供热站水处理设 备再生频繁 12 小时/次 , 点炉越多,人工测试的强 度越大,产生误差的几率也越大,迫切需要设计自动 化程度高的设备系统来满足生产需要。 1 硬度仪检测原理 在线硬度仪对水质硬度的检测采用分光比色原 理,取样液的硬度值是通过样液和钙镁指示剂反应 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 64 国 外 电 子 测 量 技 术第25卷 比色来测定。在无硬度时,钙镁指示剂呈紫色,当样 液硬度增加时,它就变成红色。准确的硬度测量方 法是加入MgEDTA络合样品中的钙,它会被样品 中等当量的Ca2 或其它二价阳离子置换出Mg2 , 样品中原有的Mg2 与置换出Mg2 会同钙镁指示 剂反应生成红色的复合物。 然后用520nm波长的光源,射向光电检测器, 由于通过有颜色的样品,因此光波被部分吸收,透过 的光波被光电检测器检测,检测到的光强度根据 LBDL定律及仪器内置数据,经计算可得样液的硬 度值。 XYAPA6000硬度分析仪可以连续地采集多组 给水样,分析所测给水的硬度,当硬度超标时仪器就 会发出控制信号,启动PLC实现装置的再生,软化 装置再生过程由PLC控制实现。 图1注汽锅炉水处理硬度自动监测系统框图 2 系统组成 如图1所示,注汽锅炉水处理硬度自动监测系 统是由上位机及智能控制器构成的二级监测系统。 上位机位于操作人员办公室,智能控制器即硬度检 测装置则位于水处理现场。上位机通过RS485通 讯口分别实现与智能控制器通讯,上位机通过通讯 寻址的方式与智能控制器进行数据交换。智能控制 器通过输入、 输出口与软化器的PLC、 采样阀、 关断 阀及硬度分析仪连接。 操作人员不必去现场,在上位机上就可以观察 到软化器的运行情况及各个软化罐的硬度值,并且 可以设置软化器的工作状态,从而大大降低人员的 工作强度。 智能控制器通过与软化器的PLC的联接,控制 采样、 关断阀组的工作,并实时地采样由XYA2 PA6000检测输出的运行罐的硬度值,并将硬度值 及软化器的工作情况上传至上位机进行集中显示。 2. 1 硬件结构及功能分析 1上位机 上位机位于整个控制系统的最高层,是控制体 统的核心,它位于操作人员办公室,是高性能的计算 机,通常是双机冗余。在上位机中装有硬度分析的 系统软件和组态软件。在上位机上,操作人员可以 观察到软化器的运行情况、 各个软化罐的硬度值,并 且可以设置软化器的工作状态。同时通过上位机将 水处理的运行情况打印,或以软盘方式提交管理部 门汇总存档。 图2上位机和智能控制器的连接示意图 2主要功能 a.计算机以图形的方式显示,包括 1系统实时运行状况; 2系统配置图及其运行情况; 3主机运行监视状态下数据管理。 b.上位机图形用户界面显示 1水处理一、 二级罐的即时刷新硬度值; 2水处理间的设备布置; 3水处理间的设备流程和各台水处理的流程; 4各台设备的工作状态,分为运行、 非运行、 停 运; 5设备在运行状态时,泵和流程具有动画显示 功能; 6历史记录表格形式和曲线形式并存 , 内容 包括 ① 硬度;②工作状态;③再生次数;④报警;⑤ 日、 月、 年累积记录; c.事故报警处理 ① 所有报警均登记于报警表中,可即时在报警 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006年第3期龚毅 等水质硬度自动监控系统在油田注汽锅炉水处理设备上的应用65 图3上位机工作界面图 行中显示; ② 具有实时报警功能并显示; ③ 实时报警可消除,历史记录不可消除; ④ 一级报警出现时,上位机提供间断提示音,以 提醒操作人员注意,间断提示音的间隔时间长短,可 根据水处理实际运行台数分别设置; ⑤ 在水处理运行时间少于8小时时,上位机提 示报警,由操作人员自行选择是停运或继续运行; d.安全授权 ⑴ 系统必须具有安全管理机制; ⑵ 安全级别分为三级系统管理员、 操作员、 一 般用户。 2. 2 硬度检测装置构成 硬度检测装置由硬度分析仪、 智能控制器、 关断 阀组、 采样阀组及控制柜组成。如图4所示 图4硬度检测、 控制系统装置示意图 1注汽锅炉软化装置为了适应连续供水的目 的,做成两组,每组又由一、 二级罐组成,因此样液分 别取自软化装置的一、 二级的出口。 2一级罐的硬度值作为参考,二级罐硬度值作 为本组运行是否正常的标志;当二级罐硬度值超限 时,仪器发出报警信号,由硬度分析装置中的智能控 制器分析判断是哪台装置哪一组的硬度值超标,再 由智能控制器发出再生信号,控制软化装置中的 PLC对该组进行再生运行。 3取自检测点的样液,先经开关阀组,再到采 样阀组,然后进入仪器中的样品池。 4开启开关阀组后,智能控制器打开采样阀, 定时地将样液送至仪器内的样液池中进行分析比较 及计算,当样液在非采样周期时,关闭的采样阀组, 其样液由阀组的另一端自流,从而保证了采样到的 样液能真正反应软化水的硬度值。 5在上位机上可设置软化装置的工作类型,其 目的是为了保证采样的正确性及软化装置正常运 行,软化装置的工作状态为一用一备和同时供水两 种状态。 3 结束语 在水处理上采用水质硬度自动监测系统,增强 了在线监控水质硬度的能力,保证了锅炉给水质量 的合格率,有利于锅炉的安全运行;同时降低了员工 的劳动强度。它还减少了水处理单耗,在节能方面 起到一定作用。在新疆油田分公司采油一厂供汽公 司实际运行期间,通过了检验,能够满足生产的需 要,是一套自动化程度高、 安全、 稳定的系统。 参考文献 [ 1 ]夏扬.计算机控制技术[ M ].北京机械工业出版社, 2004. [ 2 ]邱公伟.多级分布式计算机控制系统[ M].北京机械 工业出版社,2000. [ 3 ]王兆明.电气控制与PLC技术[M].北京清华大学出 版社,2005. [ 4 ]孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京清华大学出 版社,1997. [ 5 ]马国华.监控组态软件及应用[M].北京清华大学出 版社,2001. 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.