低温多效蒸馏海水淡化系统中的自动控制

低温多效蒸馏海水淡化系统中的自动控制

窦建伟

北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部窦建伟

摘要：介绍通过西门子414H冗余控制系统作为低温多效海水淡化的控制系统。通过在控制回路中使用PID调节方法来实现如蒸汽量、海水补给水量以及浓盐水温度和液位等主要控制回路中的自动控制系统的温度运行。以保证生产的正常稳定运行。

关键词：低温多效；海水淡化；PID调节自动控制1、前言海水淡化的基本过程是利用水的沸点和它所受到的压力有关，压力越低，水的沸点就越低的原理。让海水在真空下的蒸馏（低温蒸发），蒸发器内换热管束水平布置，蒸汽在管内冷凝放热，进料海水喷淋至管束顶部，呈膜状向下流动并吸热部分蒸发，因此装置称为低温多效蒸发器。装置中低温蒸发独立发生的一段称为一效，共七效，第1效蒸发海水所得的蒸汽可以用作第2效的热源。第2效的沸点温度和压力比第1效低，效与效之间的热量再生利用可以重复数次。供给蒸发器的热量只需在第1效中将海水补给水加热汽化，通过多次的蒸发和冷凝，得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。蒸发器内第七效后为管式冷凝器，其中海水走管内升温但不产生蒸发，蒸汽走管外发生冷凝。运行时进入装置介质为蒸汽、海水，系统排出介质为浓盐水、冷凝水及成品水。

2、控制系统控制系统是以海水淡化工艺特点和应用要求为主要依据，本着从满足生产的实际需要出发，我们立足于建设高度集成自动化系统的宗旨，在带热蒸汽压缩低温多效海水淡化生产过程自动化系统中，按照可靠性、通用性、实用性等原则采用了西门子414H的冗余控制系统。

2.1软件及硬件海水淡化采用现今较先进的S7-400系列中的414H，搭配ET200M和Y-LINK组成了主体的自控系统。监控软件采用WINCC6.0，编程软件采用STEP7V5.4。配有工控机三台，两台操作员站，一台工程师站。

西门子PLC以其与同类产品相比所具有的如下特点，在首钢京唐公司各生产厂中得到广泛的应用，其主要优点如下：广泛适用于过程工业和制造业、大数据量的处理能力、协调整个生产系统、支持等时模式、灵活和自由的系统扩展、支持带电热插拔、不停机添加/修改分布式I/O。

3、控制内容海水淡化主要的产水区域在装置的前七效，前七效的控制主要涉及蒸汽量、海水补给水量的控制、浓盐水温度和液位的控制及与之相关的连锁报警等。

3.1蒸汽量的控制蒸汽量的控制涉及热压缩器的控制以及真空喷射器的控制。蒸汽经过减温减压之后变为温度和压力都恒定的稳定蒸汽，此蒸汽通过热压缩器控制阀WM10V1和WM11V1混合第八效的剩余蒸汽通过热压缩器加压进入第一效进行换热蒸发，图中的红色区域，此处设置两块压力变送器WM10P2和WM11P1用于控制WM10V1和WM11V1的开度，应用了PID调节，压力设定值均为0.2Mpa。图1中的蓝色区域为维持真空的真空喷射器，此处设置了一个温度测点WM30T1用于监视蒸汽的温度，通过PID调节控制WC60V1减温水阀门来保持这个温度稳定，若温度高于设定的高高限制就会连锁关闭热压缩器的蒸汽进口阀门WM10V1和WM11V1停止生产。

3.2浓盐水液位的控制海水补给水回路主要包括：一台海水补给水升压泵WS30D1，一个流量测量回路WS40F1，一台海水补给水流量控制气动调节阀WS40V1，一套至蒸发器各效的海水分配系统。

海水经由海水升压泵被分配到蒸发器各效，每效的流量均为247t/h，再通过在各效内安装的多组喷嘴进行每一效内部的主热交换器的分布喷淋。海水补给水在流经以下设备时被加热：一台补给水加热器WQ30B1；一套由两台喷射冷凝器WQ01B1/WQ02B1组成的加热器（即“二级”补给水加热器）。此回路中，流量测量装置与海水补给水流量控制调节阀组成控制调节回路，为保证每一效海水喷淋的充分设定海水补给水的流量为1720t/h，通过调节阀门的开度控制其流量，设定了极低流量报警值（大约为900t/h），海水补给水极低流量WS40F1ZLL触发后将会进行以下动作：关闭1号热压缩器低压LP蒸汽压力调节阀WM10V1；关闭2号热压缩器低压LP蒸汽压力调节阀WM11V1；关闭低低压LLP蒸汽进汽阀WL10V1；关闭低压LP蒸汽至真空喷射器阀门WM30V1；关闭低压LP蒸汽至减压站隔离阀00WM01V1或00WM02V1；停止阻垢剂和消泡剂加药泵。

3.3浓盐水温度的控制浓盐水的温度可实时的显示出主体装置的真空情况和海水补给水的喷淋情况，温度高则说明真空环境不好或喷淋不充分，在淡化主体设置了第一效和第七效两个测点，若温度超出第1效浓盐水极高温度WE01T3AZHH的设定值将会：关闭1号热压缩器低压LP蒸汽压力调节阀WM10V1；关闭2号热压缩器低压LP蒸汽压力调节阀WM11V1；关闭低低压LLP蒸汽进汽阀WL10V1；关闭低压LP蒸汽至减压站隔离阀00WM01V1或00WM02V1；第7效浓盐水的温度由海水排放调节阀WS20V1和海水进水调节阀WS10V4控制，此温度不会影响其他设备。

4、结束语海水淡化控制系统是一个涉及设备较多控制系统，在自动控制回路运用了PID调节实现对整个海水淡化生产过程的高度集成自动化控制。自从投入使用以来，生产运行平稳可靠，自动化控制效果良好，提高了生产效率、降低运行成本和劳动强度，取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献：[1]陈章平.西门子S7-300/400PLC控制系统设计与应用[M]，北京：清华大学出版社2008，46-58.[2]胡寿松.自动控制原理，科学出版社，第5版[3]吴礼云、马露露等.首钢京唐公司海水淡化全流程技术优化，首钢科技