煉油廠產(chǎn)生的廢水主要包括油廢水、堿廢水、硫廢水、鹽廢水、酚廢水和生活廢水等。其污染物種類繁多，密度高，是比較難處理的工業(yè)廢水。我國水資源嚴(yán)重不足，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，煉油廠需要不斷提高污水處理技術(shù)，保證符合工業(yè)污水國家排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，中國煉油廠污水處理自動化技術(shù)的水平和應(yīng)用范圍大大提高，特別是近年來，隨著檢測技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一系列技術(shù)的快速發(fā)展和先進(jìn)控制理論的提出和普及，DCS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于煉油廠污水處理自動化生產(chǎn)。過去用的污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，使用時間長容易出故障，需要工藝人員手動才能完成。而DCS系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于分散控制，對污水處理的每個過程分別控制，由控制中心集中操作修改設(shè)定值，整個生產(chǎn)過程形成大的串級控制系統(tǒng)。因此，使用DCS系統(tǒng)不僅可以提高控制效率，節(jié)省人力，還可以克服過程中的干擾，提高系統(tǒng)的魯棒性，提高生產(chǎn)效率。

2污水處理工藝流程

我的煉油廠污水處理采用自流式水力流程，污水經(jīng)調(diào)節(jié)配水、中和、浮選、均質(zhì)、水解、生化處理后，合格水經(jīng)原污水管道排入長江，整個工藝復(fù)雜，自動化程度高。整個污水處理工藝主要由以下工序組成。

2.1污水處理部分

2.1.1調(diào)節(jié)配水

調(diào)節(jié)配水環(huán)節(jié)是將預(yù)處理后的含油、含堿、大排水溝污水通過管道送入計量配水槽，通過電磁流量計量，重力流入中和池。

2.1.2中和

中和池采用機(jī)械攪拌混合反應(yīng)，依據(jù)PH值在線儀顯示值自動控制酸堿泵投加酸堿，調(diào)節(jié)中和池出水PH值在給定的范圍內(nèi)。

2.1.3一、二級浮選

中和后的污水，首先進(jìn)入一級浮選(浮選機(jī))，去除污水中的浮油、乳化油和部分浮選固體、膠體狀物質(zhì)。然后浮選機(jī)的出水通過浮選池的井進(jìn)入二級浮選(浮選池)。浮選池采用部分回流加壓溶解氣浮，浮選池的出水部分通過回流泵的加壓進(jìn)入溶解氣罐作為溶解氣水。

2.1.4均質(zhì)與水解

煉油污水經(jīng)浮選處理后，流入均質(zhì)池，通過潛水?dāng)嚢铏C(jī)的攪拌，在池內(nèi)與氧化溝的剩余活性污泥充分混合，混合液流入水解池，進(jìn)行厭氧生物處理。水解池出水進(jìn)入氧化溝配水井，通過電磁流量計計量后，流入氧化溝。

2.1.5氧化和二沉

氧化溝轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)，氧化溝出水設(shè)有調(diào)節(jié)堰板，調(diào)節(jié)池液位，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤浸沒深度。

污水經(jīng)氧化溝處理后，流入二沉池進(jìn)行重力分離。池內(nèi)設(shè)有刮水吸泥機(jī)，連續(xù)吸收上層活性好的污泥和下層活性差的污泥，用靜水壓力分別吸收回流污泥池井。

2.1.6后過濾和排放

二沉池出水流入待過濾池，合格水通過泵上升沿原直徑820*10管線排放到長江，不合格水流入調(diào)節(jié)池。部分水經(jīng)核桃殼過濾器處理，其出水仍返回待過濾池，核桃殼過濾器反沖水進(jìn)入調(diào)節(jié)池。

2.2污泥處理部分

污泥進(jìn)入污泥濃縮池后，通過濃縮減小體積，濃縮后的污泥排入濃縮污泥池，上清液流入排水池。供給泵將濃縮污泥從濃縮污泥池提升到帶式過濾器脫水，脫水的泥餅從螺旋輸送機(jī)送到污泥堆積場，過濾液流入排水池。

排水池設(shè)有液位控制系統(tǒng)，排水池中的污水由排水泵自動送入調(diào)節(jié)池。

2.3生活給水部分

新鮮水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計測量后，進(jìn)入凈水器混凝池，充分反應(yīng)后，流入沉淀池，沉淀的污泥從底部排泥閥排入污水池，上清液流入過濾池，最后流入清水池，消毒后，恒壓給水裝置

污水池設(shè)有液位控制系統(tǒng)，污水泵自動將污水送入氧化槽配水井。

2.4鍋爐

來自給排水間的生活水經(jīng)浮動床進(jìn)行離子交換后，進(jìn)入軟化水箱，通過泵2801＃或2802＃，間斷補(bǔ)水至鍋爐進(jìn)水管。從鍋爐出來的熱水通過配管送到各供暖包和氧化二沉區(qū)、中和浮選區(qū)的下水道頂部。

3污水處理的控制系統(tǒng)

根據(jù)污水處理站工藝流程比較復(fù)雜的特點(diǎn)，我們采用直流S系統(tǒng)自動控制污水處理流程。DCS系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級控制系統(tǒng)，由過程控制級和過程監(jiān)控級組成，整合了計算機(jī)、通信、顯示和控制技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理，具有高可靠性、開放性、安全性和易操作性。

3.1DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由工程師站、操作員站、I/O站和過程控制網(wǎng)組成，通過以太坊與管理計算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢監(jiān)控。工程師站內(nèi)設(shè)有組織軟件平臺，修改過程參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)的操作員站內(nèi)操作員監(jiān)視生產(chǎn)過程的I/O站監(jiān)視整個工業(yè)過程，由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡、供電單元等構(gòu)成。為了確保系統(tǒng)的可靠性，主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡是冗馀配置。

3.3系統(tǒng)功能

DCS系統(tǒng)簡化整個控制系統(tǒng)，操作人員在控制中心操作即可。因此，需要友好、功能豐富的人機(jī)界面作為交互，大幅度提高效率，降低對操作者的要求，節(jié)約人工費(fèi)。接口的具體功能如下:

1)顯示整個處理過程的過程圖和各具體過程的控制過程圖，以此為中心顯示現(xiàn)場參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)等，便于查詢。

2）可以根據(jù)調(diào)度要求以及現(xiàn)場情況方便對過程設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整或直接對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作。

3）顯示報警信息以及具體的報警位置、狀態(tài)等。

3.3.2數(shù)據(jù)記錄與分析

建立歷史數(shù)據(jù)庫，記錄生產(chǎn)中一些重要的過程數(shù)據(jù)、報警信息和操作人員的操作記錄，作為今后進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化和控制系統(tǒng)改造的重要依據(jù)，有利于分析生產(chǎn)過程中存在的漏洞，及時修正。

3.3.3通信功能

通信包括與各種現(xiàn)場設(shè)備、控制器之間的通信，以及管理系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)之間的通信。與現(xiàn)場設(shè)備之間一般采用4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號通信，與管理系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的通信可通過TCP/IP協(xié)議通過有線或無線的方式在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

3.3.4工藝控制功能

這是DCS最重要的功能，整套DCS解決方案需要構(gòu)建整個生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各種設(shè)備的監(jiān)控和操作。根據(jù)工藝要求，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別監(jiān)控和控制。

3.4控制過程

3.4.1液位控制

如圖為液位控制的控制流程圖，使用差壓變送器測量容器中的液位，進(jìn)入控制器與設(shè)定值的偏差為e，使用PID算法根據(jù)偏差計算控制器輸出，控制出口閥的開度，控制液位。

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????通過Kp、Ki和Kd三個參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。其計算公式如下:

(理想PID)

(工業(yè)PID)

其特點(diǎn)是能更好地控制振動，原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是魯棒性不強(qiáng)，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)整理控制器，隨著設(shè)備老化和系統(tǒng)變化，控制系統(tǒng)的特性也發(fā)生變化，PID控制器的工作性能受到影響。此外，PID控制器不適用于滯后較大的系統(tǒng)，如加藥量控制。污水處理DCS系統(tǒng)內(nèi)置有PID控制模塊，易于實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定，主要應(yīng)用于液位控制、流量控制和水壓控制。

3.4.2PH控制

如圖為PH控制流程圖，主要通過加酸和加堿量來調(diào)節(jié)PH值，一方面考慮當(dāng)前PH值的大小，另一方面考慮進(jìn)水和出水的流量，需要保證下一個流程的設(shè)計流量。因此，中和池的控制也包括流量控制、液位控制等，是一個強(qiáng)耦合的過程，即一個輸入量同時影響多個輸出量，導(dǎo)致過程的難控性。普通的PID方法一般超調(diào)大，控制效果差，系統(tǒng)不穩(wěn)定。在這種情況下，使用耦合控制方法，將強(qiáng)耦合過程在控制過程中耦合，分別控制輸出變量，同樣使用PID控制器控制各控制回路。解耦后，控制效果大大提高，過程控制穩(wěn)定可靠。

3.5溫度控制

如圖為溫度控制流程圖，根據(jù)鍋爐加熱的情況，為了保證鍋爐內(nèi)的溫度在設(shè)定值，必須使用溫度變送器(熱電偶)來測量鍋爐內(nèi)的溫度和出口液體的溫度，進(jìn)入控制器后調(diào)節(jié)燃料氣的進(jìn)口閥。燃料氣源壓力不穩(wěn)定，氣閥具有一定的非線性，因此使用普通單回路PID控制時控制效果差，會產(chǎn)生很多振動。

串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)節(jié)器的輸出輸送到調(diào)節(jié)閥。控制系統(tǒng)包括兩個控制電路、主電路和副電路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副工藝組成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副工藝和主工藝組成。

串行控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):1、改善過程動態(tài)特性，提高系統(tǒng)控制性能2、能夠迅速克服進(jìn)入副回路的二次干擾3、提高系統(tǒng)工作頻率4、對負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)5、能夠克服控制過程的非線性。主要用于滯后大的液位控制、克服閥門的非線性等。從控制系統(tǒng)的角度來看，DCS系統(tǒng)是一個大串聯(lián)控制系統(tǒng)。

4結(jié)語

DCS系統(tǒng)融合了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，在生產(chǎn)中充分體現(xiàn)了其優(yōu)勢，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性、規(guī)范性。在未來的發(fā)展中，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和控制理論的進(jìn)步，DCS系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位將進(jìn)一步提高，其性能也將進(jìn)一步提高。