（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司 江苏启东 226246）
摘要：本文介绍了化学制水系统设计优化后混床、反渗透、超滤系统顺控工艺流程。利用原有控制系统进行超滤反洗、混床再生的程控逻辑组态及控制画面编辑，实现化水混床再生系统的程控运行，提高超滤反洗效率；通过增加反渗透监测点，实现监测系统运行健康状态。化学制水系统整体优化后，减轻了运行人员的工作量，提高了设备可靠性，提升了制水的效率和质量；相关优化值得推广。
关键词：再生；程控；混床；逻辑；反渗透；超滤
0 引言
随着发电机组竞争发展的日趋激烈，供热系统相继投运，制水压力随之增加，电厂对化学水处理系统的安全性和稳定性标准逐步提高；化学水处理是发电机组的一个重要组成部分，吕四港电厂原化学水系统混床系统采用运行人员就地手动再生，无法保证再生的准确性，增加了运行人员的劳动强度，且存在人员误操作的可能。为了更加安全经济的运行，规范吕四港电厂化学水混床再生，并根据《DL/T5175-2003 火力发电厂热工控制系统设计技术规定》中相关要求：需经常进行有规律性操作的工艺系统需采用顺序控制，对吕四港电厂化学水混床系统再生进行程控改造。本文分析了原化学制水系统存在的问题，对混床再生系统的程控改造、超滤系统反洗优化、反渗透膜组件健康监控三部分内容详细论述，通过增加必要的现场设备，利用已有的控制系统，进行程控逻辑组态及控制画面编辑，通过化学制水系统综合设计优化，从而提高化学制水系统运行的效率和安全性，保障了设备安全健康运行。
1化学制水系统的重要性
江苏大唐国际吕四港电厂4×660MW超超临界机组，机组水质是发电厂一个非常重要的参数，外围化学水处理系统使用的是超滤、一二级反渗透、混床的处理系统，混床水处理后贮存入除盐水箱供机组使用，其中混床单元，即混合离子交换器单元，作为化学水处理系统的核心组成部分，其再生环节尤为重要，再生效果的好坏，关系制水水质是否合格，作为机组一级除盐水关系发电机组的安全正常运行。经过优化再生过程，以达到设备故障率低、出水水质稳定、运行周期长，年酸碱耗低等目标。为发电机组提供更加可靠、安全、高质量的除盐水。
超滤系统共设计3套×158m³/h的超滤膜组件，正常运行时两用一备，设置合理的周期按轮换运行，最大出力时三套同时运行。
超滤是一种纳米级薄膜分离技术，以中空纤维膜丝为过滤介质，以膜丝内外压差为驱动力，按一定的过滤孔径对溶液中的不同物理直径大小的物质进行分离的过程，以达到对溶液净化、分离、提纯、浓缩的目的。根据超滤膜元件的设计通量选择合理的膜数量，保证超滤膜元件正常运行和合理的反洗间隔和化学清洗周期，以尽可能提高系统的水的利用率。
混床包括混合离子交换器、离子交换树脂、压缩空气贮罐、除盐水泵、再生水泵，以及与此有关的材料性能匹配的全部附件、阀门、管道及其它安装材料等。混床为三组，正常处理时两用一备，按程序轮换运行，最大处理时三组全部投入运行。混合离子交换器出力：3台×80～120 m3/h，流速：32～47 m/h，单台混床出水正常出力80m3/h，最大出力120m3/h。
反渗透系统共设置3套出力为129m3/h的一级反渗透装置，3套出力为80m3/h的二级反渗透装置，一级及二级反渗透装置分别并联运行，运行时通过后续的水箱水位调节反渗透装置投运的套数。反渗透膜组件采用先进的复合膜，单根膜脱盐率达99.6%，三组反渗透膜组件，每组都能单独运行，也可同时运行。
混床运行方式采用就地控制柜操作和远方控制画面相应操作端手动操作，两种模式，运行人员通过观察出水电导率来判断制水质量，并制定相应周期进行混床手动再生。
化学混床运行再生尤其重要，但发电厂中运行方式仍手动再生居多，操作方式较为繁琐，增加了运行人员的劳动强度，效率较低，因此对化水混床再生系统进行程控改造。
2 原化学制水系统运行的问题及分析
2.1原超滤、反渗透系统存在的问题及分析
超滤系统部分膜件的断丝问题严重，导致超滤产水水质变差，影响了后续反渗透系统的正常运行。同时，由于膜丝表面污染严重，且无法通过反洗或化学清洗将污染物去除，导致系统压差升高很快，反洗恢复性差，化学清洗频繁。超滤系统目前制水时间设置偏短，反洗较频繁且由于系统设计缺陷导致反洗不充分，影响化学水制水效率。
反渗透装置有一段和二段反渗透膜组件，当某个反渗透膜发生堵塞时，无法准确判断具体堵塞位置，只能清理全部反渗透膜组件，工作量大且效率很低，易影响化水系统制水效率。
2.2原混床系统存在的问题及分析
混床本体包括进水阀、出水阀、反洗进水阀、反洗排水阀、进碱阀、进酸阀、正洗进水阀、中间排水阀、正洗排水阀、底部压缩空气进气阀、电导仪表阀、底部压缩空气排气阀共12个阀门，阀门控制就地配置有控制柜进行操作；同时配备2台再生泵，酸、碱喷射配套设备。如下图显示为三套混床系统结构图。如图1所示。
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图1 混床系统结构图
化水混床系统再生采用运行人员手动再生方式。当混合离子交换器出口水质超标，SiO2＞20ug/L时，Na+＞20ug/L，DD＞0.2us/cm时，停止混合离子交换器运行，只能进行手动再生。此时，现场电磁阀脱离PLC控制，运行值班员应加强对混床入口水，出口水PH值的化验，并注意监督混床出水导电度表指示值，以防再生时漏酸、碱。应及时监督中间水箱水位，并在交换器运行参数内调整至所需流量，在制除盐水情况下，要加强对混床水质的监督，防止混床失效，影响再生效果。另外每次混床再生工作量较大，操作过程较长，且机组自供热以来，需水量大，增加了再生次数，给运行人员带来较大的压力。
2.3 混床单套再生手动运行步骤
（1）接辅控长令：化学N号混床再生操作
（2）开启酸下料罐出口手动阀
（3）开启碱下料罐出口手动阀
（4）开启碱下料罐出口手动阀
（5）开启再生水泵出、入口手动阀
（6）关闭N号混床出、入口手动阀
（7）开启N号混床树脂捕捉器排污阀
（8）关闭除盐水箱出入口手动阀
（9）启动再生水泵
（10）开启N号混床反洗排水阀
（11）手动调节反洗进水阀使流量缓慢增大，使树脂缓慢上升，达到不跑树脂的最大流量
（12）N号混床反洗20min后缓慢关闭N号混床反洗进水阀。
（13）关闭N号混床排水气动阀、手动关闭反洗进水阀。
（14）停止再生水泵。
（15）N号混床树脂沉降5min
（16）开启N号混床进酸阀、进碱阀、中排阀。
（17）开启酸、碱喷射器进水阀。
（18）启动再生水泵。
（19）投运酸、碱浓度表，确认酸，碱浓度表有水样。
（20）开启酸、碱喷射器进酸、碱阀，调整进酸碱阀的开度，使酸液浓度为3-4％、碱液浓度 为3-4％，酸、碱再生液流量各为12m3/h。
（21）进酸35min关闭酸喷射器进酸阀。
（22）进碱40min后关闭碱喷射器进碱阀，
（23）关闭酸、碱下料罐出口手动阀。
（24）进行置换50min。
（25）停止再生泵。
（26）关闭N号混床进酸阀、进碱阀，关闭酸、碱喷射器进水阀，开启N号混床正洗进水阀。
（27）启动再生水泵，小正洗20min。
（28）开启N号混床正洗排水阀，关N号混床中排阀，进行正洗30min。
（29）停止再生水泵，关闭N号混床正洗进水阀。
（30）开启N号混床排气阀，将水排至树脂层上150mm的高度后关闭N号混床正洗排水阀。
（31）开启N号混床反洗排水阀及压缩空气进气阀，混合时间为8min。
（32）关闭N号混床反洗排水阀、N号混床进气阀。
（33）开启N号混床正洗排水阀，将水排至略低于树脂面。
（34）开启N号混床进口手动门。
（35）关闭N号混床正洗排水阀，启动二级反渗透产水泵，开启进水阀，给床体充水，充水至排气阀连续见水。
（36）开启N号混床正洗排水阀，关闭排气阀。
（37）开启电导率表取样气动门，正洗至出水导电度小于0.15us/cm，SiO2≤10ug/L。
（38）关闭树脂捕捉器排污门。
（39）开启N号混床出口手动门。
（40）开启N号混床出口气动门，关闭N号混床正洗排水门。
（41）投入N号混床运行60min后运行或备用。
（42）打开除盐水箱出入口手动门。
（43）操作完成，汇报主值。
（44）回检。
从手动运行步骤可得知，单套混床再生运行步骤较多，需开手动阀门较多，运行工作量较大，由于就地设备执行机构系统不具备流量调节功能，因此个别步骤需运行人员手动调节阀门流量，属粗放调节，根本不具备混床再生程控自动运行。
3 化学制水系统优化的提出及依据
为防止混合离子交换器出口水质超标而影响全厂机组安全经济运行，规范我厂化水混床再生程控，并根据《DL/T5175-2003火力发电厂热工控制系统设计技术规定》中6.2.1要求：需经常进行有规律性操作的工艺系统需采用顺序控制[1]，需对我厂化水混床再生系统进行改造。
鉴于化水3套混床因就地设备执行机构系统不具备流量调节功能，因此为了实现再生投自动后流量能够自动调节，在压缩空气再生气源管加装流量调节阀，在再生泵出口加装流量调节阀，使得在程控步序中反洗分层和混床混合树脂时能够按阀门指令的相应开度进行动作，阀门具体开度需调试时精确调整后进行预先设定。
通过预警机制，提前预判反渗透膜组件的运行状况，避免组件堵塞现象发生，设计增加远传监测测点，以满足机组健康监测功能。
在满足水质指标的前提下，优化超滤系统的反洗程序和运行周期，提高超滤系统制水能力。
综合上述问题，为了保证化学水系统的安全运行，使化学水制水系统整体效率提高，需要从多系统、多角度、多方面对化学水系统综合设计优化。
4现化学制水系统的改造及运行分析
4.1 混床系统改造
改造需增加2台气动调门及三台液位开关，可利用现有的化水控制系统的备用通道，将增加的信号引入PLC。热控专业负责完成上位机逻辑及画面组态。机务专业完成系统管道阀门的加装改造。
PLC柜内设反馈信号：开反馈、关反馈、远方、就地；控制信号：开门指令、关门指令。信号电缆选用计算机屏蔽电缆ZR-DJYP2VP2 2*2*1.0，就地设备敷设电缆至化水控制室，敷设镀锌管及气源管路，焊接制作相应固定支架。
在压缩空气再生气源母管加装气动调门，在再生泵出口母管加装气动调节门，每台气动调门提供气源接口，焊接气源一次阀门，在每套混床本体安装固定远传液位开关的吸合片。
目前化水系统已有一套PLC控制系统，采用施耐德67160控制器，可利用该套控制系统内原有的信号通道，不必再增加新的控制器，从而降低系统改造的工程费用。依据改造需要在压缩空气再生气源管加装气动调门，引入控制系统，实现再生用压缩空气流量的远程调节控制，在再生泵出口加装气动调节门，引入控制系统，实现再生除盐水流量的远程调节控制，并在混床本体上各安装一台液位开关，以实现再生串洗步序中间排水时液位监视控制。
根据优化后的混床再生系统组态新的上位机控制画面（见附图），在控制器内组态混床再生程控逻辑，具体包括程控模式和手动模式，在采用手动操作再生时，将程序控制盘上“手动/自动”开关拨至“手动”位置，此时，现场电磁阀脱离PLC控制，这时可通过画面或操作台下面的手动开关键直接操作电磁阀。选择程控模式时，运行人员只需点击“程控启动”按钮，混合离子交换器会自动按照步序程序进行再生，程控步序共分为九大步，混床反洗—混床静止沉降—混床预喷射—混床进酸碱再生—混床置换—混床串洗—混合树脂—混床注水—混床正洗；同时每步都嵌套各自的子步序，点击“程控停止”或“急停”按钮，控制程序按照程控停运再生自动步序[2]，通过控制逻辑可实现自动混床再生，从而规范了混床再生系统，减轻了运行人员工作量，提高了机组安全性和经济性。
由于程序较多，篇幅有限，着重介绍调阀控制逻辑设计，如下图5-1为气动调节阀的逻辑控制，难点在于三套混床共用一个调门，同时还要按程序控制预计开度指令进行控制。如图对气动调节阀使用逻辑选择模块SEL，在程控模式步序4时选择YS1CF1开度指令，在程控模式步序6时选择YS2CF1开度指令，已实现程控不同步序时调门开度；在3套混床均为手动模式时选择运行人员画面手动设定指令00GFQ08AP001XQ11_OUT；由于气动调节阀为3套混床公用设备，因此对调阀程控模式进行了3套混床程控并联处理；若3套混床均在手动模式时，使用RS触发器进行复位，调阀由运行人员手动控制。如图2所示。
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图2 气动调节阀逻辑控制图
4.2 反渗透、超滤系统改造
反渗透装置有一段和二段反渗透膜组件，当某个反渗透膜发生堵塞时，无法准确判断具体堵塞位置，只能清理全部反渗透膜组件，工作量大且效率很低，容易影响化水系统制水。如下图。
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图3 反渗透系统结构图
超滤系统目前制水时间设置偏短，反洗较频繁而且由于系统设计缺陷导致反洗不充分，影响化水制水效率。
4.2.1针对反渗透系统存在的问题制定的相应措施
据就地一、二级反渗透装置实际运行情况，增加段间压力和产水出口压力信号，从而实现一、二级反渗透段间差压信号远程监视功能，更有利于一、二级反渗透装置的维护、清理，可很大地提高化水系统制水效率，减少不必要的化学水损耗。如下图。
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图4 改造后反渗透段间及出口压力显示图
单套反渗透运行步骤：
1、反渗透启动冲洗
（1）开反渗透进口电动慢开门
（2）开反渗透浓水排放阀
（3）开反渗透产水排放阀
（4）开反渗透保安过滤器进水阀
（5）启动反渗透产水泵
（6）计时60秒
2、反渗透启动准备
（1）关反渗透进口电动慢开门
（2）启动反渗透加碱计量泵
（3）关反渗透浓水排放阀
3、反渗透启高压泵
（1）启动高压泵
（2）开反渗透进口电动慢开门
（3）计时60秒
（4）关反渗透产水排放阀
单套反渗透停运步骤：
1、反渗透停泵延时
（1）关反渗透进口电动慢开门
2、反渗透停高压泵
（1）停运反渗透高压泵
（2）停运反渗透加碱计量泵
（3）开反渗透产水排放阀
（4）开反渗透浓水排放阀
3、反渗透停泵冲洗
（1）开反渗透进口电动慢开门
（2）计时60秒
（3）停运反渗透产水泵
（4）关反渗透保安过滤器进水阀
（5）关反渗透浓水排放阀
（6）关反渗透产水排放阀
（7）关反渗透进口电动慢开门
4.2.2针对超滤系统存在的问题制定的相应措施
超滤膜采用中空纤维，过滤的截留分子量为不大于80，000道尔顿。超滤系统运行一段时间后，超滤膜组件需要反洗，以达到超滤膜组件的清洁干净。可由程序实现在线自动控制。
单套超滤系统由超滤膜组件、进水阀、出水阀、反洗进水阀、反洗上排水阀、反洗下排水阀组成。反洗时，只有反洗进水阀一路进水管，同时对超滤进行上反洗和下反洗。反洗存在清洁不彻底、反洗时间长、反洗排放量大等问题。
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图5 改造前超滤膜组件系统显示图
针对以上问题，单套超滤系统增加反洗进水阀2，使得反洗进水阀2和反洗下排水阀组合反洗，反洗进水阀1和反洗上排水阀组合反洗。上下反洗独立进行，超滤膜组件能够清洁彻底，降低反洗排放量，缩短了反洗时间。
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图6 改造后超滤膜组件系统显示图
单套超滤系统运行步骤：
1、超滤正冲
（1）开反洗下排水气动阀
（2）开超滤系统进水气动调节阀
（3）启动清水泵
（4）计时10秒
（5）开反洗上排水气动阀
（6）关反洗下排水气动阀
（7）计时10秒
2、超滤产水
（1）开产水气动阀
（2）关反洗上排水气动阀
（3）计时3600秒
3、超滤反洗准备
（1）开反洗上排水气动阀
（2）关产水气动阀
（3）计时10秒
4、超滤反洗-上反洗
（1）停清水泵
（2）关超滤进水气动调节阀
（3）开上反洗进水气动阀1
（4）启动超滤反洗泵变频器
（5）计时40秒
5、超滤反洗-下反洗
（1）开反洗下排水气动阀
（2）开下反洗进水气动阀2
（3）关上反洗进水气动阀1
（4）关反洗上排水气动阀
（5）计时40秒
（6）停超滤反洗泵变频器
（7）关下反洗进水气动阀2
（8）关反洗下排水气动门
通过增加反洗进水阀2，将系统重新整合，分组进行反洗，提高了反洗效率。同时合理设置超滤系统制水时间和反洗时间，有效减少反洗水排放量，在满足水质指标的前提下，最大化实现化学制水能力。节约了用水量。
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图7 化学制水超滤系统图
4.3改造后运行分析
改造实施后可使化学制水系统整体效率提高，减轻了运行人员工作量；规范了化学制水系统操作流程，提高设备运行可靠性；程控运行能够有效避免误操作情况的发生，此次改造是值得推广的。
1、改造后可实现化学水混床再生程控运行[2]，保障了化学水混床再生程控自动运行。
2、改造后可实现化学水反渗透安全经济运行，使机组具备健康监测功能。
3、改造后优化了超滤系统反洗程控[2]及制水周期，提高了化学水超滤系统制水能力。
4、通过化学水系统综合设计优化，从多方面提高了化学水整体制水能力，满足了机组用水及供热，实现了安全经济运行。
5 结论
利用原有控制系统进行混床再生系统的程控逻辑组态及控制画面编辑，实现化水混床再生系统的程控运行。不仅降低改造费用，而且提高了化学制水系统运行的准确性和安全性。本文详细介绍了混床再生程控、超滤反洗程控的改造方法，改造的成功提高了制水的效率，同时实现了系统健康监控的目的，为发电机组安全运行提供了保证。此次改造经验同时也供同类型机组设备参考应用。
参考文献：（范例：如左侧第3段中的文献标识如下）
[1]《DL/T5175-2003 火力发电厂热工控制系统设计技术规定》2003年第一版[Z].
[2]林云.《PLC 顺序控制系统程序设计探讨》[C].《机电技术》 2007年01期