1 概述

撫順乙烯化工有限公司乙烯裝置廢堿氧化系統(tǒng)排放的廢堿液、急冷系統(tǒng)排污水、儲運排污水、丁烯裝置排放生產廢水及乙烯化學池排放的廢堿液進入中和池后，通過pH值自動監(jiān)測儀表對廢水的pH值進行監(jiān)測，并通過控制系統(tǒng)由注酸泵自動向中和池中注酸，控制污水pH值6～9，然后流入調節(jié)池中與含油污水混合，經導流池后進入隔油池，采用API方式除油，廢油裝桶外售，除油后的污水進入提升池，通過提升泵送到污水場進行生化處理。原設計處理能力30噸/小時，14萬噸/年乙烯裝置擴能改造后，預處理單元處理能力擴到60噸/小時。

由于生產狀況不同，排放污水的流量和含堿量有較大的波動，尤其在化學池污水大量排放時對控制系統(tǒng)的沖擊很大。

2 原控制系統(tǒng)狀況和存在的問題

2.1 原控制系統(tǒng)的狀況

我車間中和池外排污水pH值原控制系統(tǒng)為結點控制。即在2＃中和池中有一臺pH檢測儀，其信號送入操作室，通過接點控制器控制P4注酸泵啟停電機。操作工可根據(jù)外排污水pH值情況，設定啟停的pH值，當外排污水pH值漲到設定pH值時，P4泵啟動開始注酸，當外排污水pH值降到設定pH值時，P4泵關閉停止注酸。P3泵為手動啟停泵，作為應急備用。

2.2 存在的問題：

1）由于排入的污水含有堿性和油脂，造成探頭腐蝕和污染， pH值傳感器壽命短，成本高，精度差
2）外排污水pH值波動大，常在5～11之間波動，經常出現(xiàn)污水排放超標的現(xiàn)象。
3）當大的干擾出現(xiàn)時（化學池污水大量排放時）現(xiàn)有控制系統(tǒng)無法控制pH值，需要操作工現(xiàn)場手動啟動備用泵（P3泵），若發(fā)現(xiàn)不及時，將導致污水排放超標。

3 控制改造的方案

3.1 原控制系統(tǒng)問題分析和選型

3.1.1 pH值傳感器

改造前的pH值傳感器采用旋轉式清洗刷清洗探頭附著污物造成探頭磨損，同時使檢測信號產生不確定的漂移。傳感器密封不嚴，導致電路部分被堿性氣體腐蝕，變送器信號不穩(wěn)定。改造選用的pH值傳感器由德國Endrss+Hauser公司生產，原裝進口的成熟技術產品。該傳感器抗污染，易清洗（能自動清洗），工作穩(wěn)定可靠，壽命長，易損配件便宜；探頭帶有憎污PTFE隔膜專利產品，可消毒，防止阻塞；清洗頭能完成清洗過程，保證探頭不受污染；加長參比腔可以加長使用壽命，確保長期穩(wěn)定性。采用專用電纜，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；變送器直接掛墻，操作簡單、使用安全，防爆。

3.1.2 控制器

接點控制方式無法滿足使用需要，改造后采用連續(xù)調節(jié)控制的方式。pH值的連續(xù)調節(jié)控制在傳統(tǒng)控制方法中一直是一個難題。pH值自身的非線性特征與中和過程的大滯后疊加，使連續(xù)控制更加困難。應該采用先進調節(jié)控制器。為了保證調節(jié)效果，方案使用了無模型自適應(MFA)控制技術。

原現(xiàn)場采用分離儀表控制，因此方案選擇的CyboCon CE，是美國博軟公司將強大的無模型自適應（MFA）控制技術與Microsoft Windows CE實時操作系統(tǒng)結合起來，嵌入GEFanuc公司的FC2000工業(yè)平臺，是一種即插即用式、功能強大的一體化先進控制器�？梢酝ㄟ^其自帶的I/O通道直接與一次儀表連接；觸摸屏顯示器完成控制組態(tài)和調節(jié)趨勢顯示；內置的控制邏輯算法實現(xiàn)連續(xù)、間歇控制邏輯的組態(tài)。MFA控制算法可以有效地解決pH值控制問題，特別是可以解決pH+大滯后控制難題，同時由于MFA控制算法的強制在線自學習的特征，使控制改造可以在不影響生產的條件下直接調試和投運。

為了實現(xiàn)P3泵連續(xù)調節(jié)控制，加裝變頻調速器作為調節(jié)執(zhí)行器，通過調整P3泵的轉速實現(xiàn)加酸量的控制。

3.1.3 控制邏輯

應考慮將P3泵的連續(xù)控制與P4泵的接點控制形成自動連鎖。

考慮到污水處理過程中污水的堿性和流量有較大的變化，而變頻調速技術有其應用的限制，即當輸出頻率低于工頻的20%時，電機較易發(fā)熱，這就意味著最大與最小處理能力的比值不能超過5。但現(xiàn)場工況的考察結果表明，這樣的處理能力是遠遠不夠的。方案選擇了雙泵工作方案，即P4泵作常穩(wěn)態(tài)的連續(xù)調節(jié)，并限制其不在工頻的20%以下工作，必要時可關閉該泵；P3泵作為P4泵的補充，在P4泵的能力不夠時開啟。

設計中必須考慮通過一套控制邏輯實現(xiàn)上述目的。初步設計利用CyboCon CE的邏輯模塊組成控制邏輯，其主要原理是：在設定值的上下各設一個帶，形成pH值的上下限，上限與變頻器輸出頻率構成邏輯控制P3泵的啟停，下限與變頻器輸出頻率構成邏輯控制P4泵的啟停。中間作為連續(xù)調節(jié)區(qū)。

3.2 改造方案

P4加酸泵、pH傳感器、變頻調速器和CyboCon CE的MFA先進調節(jié)器共同構成pH值控制回路，對污水pH值進行連續(xù)調節(jié)。MFA先進調節(jié)器的應用，可以克服控制系統(tǒng)中的大滯后和非線性。當P4泵接近滿量程工作狀態(tài)時，自動啟動P3加酸泵作為補充。

4 改造的效果

按照上述方案在不影響正常生產的條件下實施，控制系統(tǒng)經簡單在線調試后，即達到如下效果：
1）采用新型pH傳感器探頭后，測量準確，長時間使用測量值未發(fā)生漂移，探頭成本低、壽命長。
2）污水實現(xiàn)全部達標排放：正常工況的波動中，系統(tǒng)實現(xiàn)了連續(xù)排放，排放值為pH=設定值±0.15；在化學池污水大量排放時，P4泵與P3泵實現(xiàn)聯(lián)鎖控制達到工藝要求的排放指標。

5 改造的意義

應該看到，對于pH值的控制不僅是污水排放的需要，在大量的化工生產裝置中pH值是否穩(wěn)定直接影響裝置的安全生產和設備腐蝕（如乙烯裝置的急冷注堿單元），因此，有效地控制pH值有著較大的經濟效益。

通過本次改造,解決了該廠污水排放pH值超標問題，同時，為解決長期困擾化工企業(yè)的pH值無法在滿足工藝要求的情況下實現(xiàn)連續(xù)自動調節(jié)問題提供了一種切實可行的方法.

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