试谈自来水厂加氯消毒系统的设计

1、 HYPERLINK HYPERLINK 自来水厂加加氯消毒系系统的设计计姓名：王琦琦班级：自动动化064学号：2000602220633指导教师：闫华成绩：自来水厂加加氯消毒系系统的设计计1. 工艺艺简介自来水净化化一般是使使用氯气，而而残留的余余氯在加热热的过程中中会生成三三卤甲烷这这种致癌物物，长期饮饮用会对人人体造成非非常大的危危害。尤其其是近年来来水源污染染越发的严严重，直接接导致自来来水中余氯氯含量的增增加。所以以直接饮用用自来水烧烧的开水也也不是健康康的选择，对对自来水进进行再净化化是关键。经过净水水设备净化化后的自来来水称为直直饮水，在在保留对人人体有益的的矿物质的的基础上吸吸

2、附自来水水中的余氯氯和其他有有害物质，是是真正健康康的水。水水健康不容容忽视。2. 系统统整体设计计2.1 控控制对象的的分析自来水加氯氯消毒起源源于19世纪90年代，时时至今日，这这种方法仍仍在沿用。消毒时氯氯浓度介于于0.3mmg/L和0.5mmg/L之间，消消毒后剩余余氯浓度应应介于0.055mg/LL和0.5mmg/L。自来水水厂将自来来水供给用用户之前，必必须进行消消毒处理，氯氯气是常用用的消毒剂剂。氯气具具有很强的的杀菌能力力，但如果果用量太少少，则达不不到灭菌的的作用，而而用量太多多，则会对对人们饮用用带来副作作用。给水处理中中的加氯工工艺是一个个较难控制制的环节。考虑到加加氯系

3、统消消毒时氯浓浓度介于0.3mmg/L和0.5mmg/L之间，消消毒后剩余余氯浓度应应介于0.055mg/LL和0.5mmg/L。采用比值值控制结构；针对系统统参数变化化较大和仪仪表漂移，采采用自校正正控制。在在对自来水水厂加氯系系统的实际际改造中，通通过建立清清水池进、出口余氯氯的动态模模型和使用用基于自适适应的单闭闭环比值控控制方案，取取得了良好好的控制效效果。2.2 被被控量、控控制量的确确定为了使气化化器出口处处的压力恒恒定和内部部温度恒定定，防止发发生事故，应应对气化器器的内部的的压力和温温度施以控控制，其中中对其影响响最大的两两个因素是是液氯输入入量和加热热温度。在在温度不变变的前

4、提下下，当液氯氯输入量增增加，气化化器内部产产生的氯气气就增加，出出口的压力力将上升。同样，在在液氯输入入量不变的的情况下，蒸蒸汽的输入入量增加，气气化器的内内的氯气会会变得更加加的活跃，出出口处的压压力和温度度同样会升升高。因此此选择气化化器内部的的压力和温温度两个量量为被控参参数。由图一的系系统框图可可看出，气气化器内部部的压力和和温度分别别选取液氯氯的流量和和蒸汽流量量为控制参参数。2.3 系系统方案论论证本设计采用用单闭环比比值控制系系统，原理理方框图如如下。液氯储槽冷凝水蒸汽净化水Q2Q1氯气气化器PT21FC11FC 12PC21FT11FT 12TT31TC31图一 自来来水消毒

5、比比值控制消毒是自来来水处理工工艺中最重重要的环节节之一。在在我国当前前水处理行行业中,使用氯气气消毒是最最常用的消消毒方法。水厂加氯氯系统的主主要任务,就是通过过控制氯气气投加量(简称加氯氯量) ,使得出厂厂水中的余余氯含量在在规定范围围之内。再再通过真空空调节器送送入加氯机机,利用加氯氯机中的水水射器在投投加点处进进行氯气投投加。氯气气投加量的的多少通过过改变加氯氯机阀门开开度来实现现。系统方框图图如下：图二 单闭闭环比值控控制方框图图单闭环比值值控制能使使自来水量量和氯气的的流量间的的比值较精精确、方案案实现起来来方便，仅仅用一只比比值器或比比例调节器器即可。在在自来水消消毒控制系系统中

6、要求求两者流量量之比一定定，而且对对总流量变变化无要求求，所以适适合选用此此控制方案案。FC11FC12FT11FT12Q1Q2图三 单闭闭环比值控控制流程图图3. 器件件选型3.1 传传感器与变变送器的选选择流量的测量量包括自来来水流量和和氯气流量量两个部分分。LXW旋涡涡式流量计计具有测量量管内无可可动部件，工工作可靠，压压力损失也也比较小（约约为孔板流流量计压力力损失的1/41/2）；测量量精度高；测量范围围大；其读读数不受流流体物理状状态如温度度、压力、密度及组组成成分的的影响，一一次标定后后，无须再再修正或换换算等优点点。对于水水量的检测测，由于水水流量在010000t/h间，且腐腐

7、蚀性很小小，可以采采用旋涡时时流量计。对于氯气流流量的检测测，由于氯氯气具有腐腐蚀性，且且氯气所需需的最大流流量仅有0.155/h，所以要要求流量计计具有较高高的灵敏度度，以保证证测量精度度。目前在在工业上和和实验室里里常用转子子流量计来来测量小流流量。天津津流量仪表表有限公司司的LZB系列玻璃璃转子流量量计转子流流量计特别别适用于测测量管径在在50mm以下管道道的流量。由于材质质为玻璃，所所以可以使使用于氯气气流量的测测量。因此此选择LZB-转子流量量计对氯气气进行测量量。仪表可将被被测温度,被测介质的的差压、压压力、负压压力、流量量、被测介介质的液位位、比重、密度或两两种不同比比重液体的的

8、界面等参参数转换成成统一的标标准信号输输出。主要技术特特性：输出出信号：0-100mADCC(型)；4-200mADCC或1-5VVDC(型)。精度：0.5、1、1.5级。供电电电源：220VVAC 550Hz(型)；24VDDC(型)。工作条条件：环境境温度：现现场仪表-25 +60；室内仪仪表0-500。空气相相对湿度：现场仪表表95%；室内仪仪表85%。工作振振动：频率率25Hz，全振幅0.2mmm。周围空空气中不得得有与铬、镍镀层，有有色金属及及其合金起起腐蚀作用用的介质。3.2 调调节阀的选选择考虑到自来来水消毒系系统，在未未投入运行行前，气化化器内应是是空的，自自来水管道道是关闭的

9、的，而且考考虑到液氯氯具有强的的腐蚀性，释释放到空气气中会造成成污染，故故选择液氯氯管道阀门门、自来水水管道阀门门和气态氯氯管道阀门门全部为气气开阀。调节阀具体体型号的选选择自来水的最最大体积流流量为10000/h时对应的的氯气体积积流量为0.155/h,氯气的密密度为3.211Kg/，氯气的的流体重度度为0.0331MPaa，阀门上的的压差为0.2MMPa，根据流流通能力公公式得：C=Q=00.15=0.0058查各种尺寸寸调节阀的的流通能力力表，查得得，应选阀阀座直径dg为8mm，公称直直径Dg为的单座阀阀。此时C值为0.80，这样在在最大流量量时尚有一一定的余地地。氯气调调节阀的主主要干

10、扰来来源为调节节阀压差，由由调节阀工工作流量特特性选择表表查得，工工作流量特特性选择对对数特性较较合适。由由于工作在在自来水厂厂，所以直直接选用武武汉韦纳机机电设备有有限公司的的动态流量量电动调节节阀，在实际的的水系统中中，管路水水压力是波波动变化的的。动态平平衡电动调调节阀能够够动态的平平衡系统的的压力变化化，使阀门门在工作时时的流量特特性曲线与与理想的流流量特性曲曲线保持一一致，没有有设计偏差差。特殊的的设计保证证了它的调调节只受控控于控制信信号，而不不受系统压压力波动的的影响，当当对应一个个固定开度度时，其流流量都是唯唯一和恒定定的，因此此动态平衡衡电动调节节阀在任一一调节位置置输送量都

11、都是稳定的的。韦纳WPCCV系列动动态流量平平衡电动调调节阀采用用了全新的的设计理念念，特别适适用于系统统负荷变化化较大的变变流量系统统中，具有有抗压力干干扰，工作作状态稳定定，调节精精度高和节节约能源的的显著特点点。3.3 调调节器的选选择本系统采用用的是单闭闭环比值控控制控制方方案，如图图二所示。在稳态时时，能满足足主、副流流量的工艺艺比值要求求，即。当当主流量不不变，而副副流量受到到扰动时，则则可通过副副流量的闭闭合回路进进行定值控控制。当主主流量受到到扰动时，则按预先设置好的比值使其输出成比例变化，即改变的给定值，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副流量跟随而变化，

12、从而保证原设定的比值关系。仅接收自来水主流量（自来水流量）的测量信号，仅起比值计算作用，故选P控制规律；起比值控制作用和使副流量（氯气流量）相对稳定，故应选PI控制规律；在副回路中，考虑到氯气的腐蚀性和和成本，阀门应选用气开阀，当阀门的开度增大，则氯气的流量加大，所以对象为正作用。测量变送环节也为正作用。为了使副回路的稳定性，副回路调节器应选负作用。在调节器的的选择上，目目前在工业业领域被广广泛采用的的是DDZ-型仪表。由于DDZ-型仪表采采用了线性性集成电路路，进一步步提高了仪仪表在长期期运行中的的稳定性和和可靠性，从从而扩大了了调节器的的功能，易易于组成各各种变型调调节器，更更好地满足足生

13、产过程程自动化的的需要。它它接受来自自变送器或或转换器的的15VDC测量信号号作为输入入，与15VDC给定信号号进行比较较，然后对对其偏差进进行PID运算，输输出420mAADC标准统一一信号。SSR90是日本岛岛电公司2002年的最新新技术产品品，它高度度总结了SR60到SR70系列的应应用经验更更突出高性性能和高可可靠的设计计思想。具具有自由输输入，手动动输出，调调节输出限限幅，双设设定值，双双调节输出出，模拟变变送输出，数数字通讯功功能，前面面板符合IP66级的防护护标准，使使用该表完完全满足要要求。4. 参数数整定1.5 比比值系数的的确定在设计要求求中，分析析可知系统统要求氯气气的浓

14、度在在混合前介介于0.33mg/LL和0.5mmg/L之间。这这里为了方方便系统参参数的整定定和提高系系统抗扰动动能力，选选其浓度为为0.4mmg/L。（氯气气的密度为为3.211Kg/）故故消毒工艺艺要求 K=11.2自来水的最最大流量为为10000/h,氯气最大大流量为0.155/h。将工艺比值值折算为仪仪表的比值值系数为 =0.881.6 系系统参数的的整定单闭环比值值系统实质质上是随动动系统。一一般要求副副流量能快快速、正确确地跟随主主流量变化化，不宜有有超调。不不能按一般般定值控制制系统4：1衰减过程程的要求进进行副流量量回路参数数整定，而而应当将副副流量的过过渡过程整整定为振荡荡与

15、不振荡荡的边界为为佳，这时时过渡过程程既不振荡荡而反应又又快。1.7 工工作原理根据设计要要求需要设设计一自来来水消毒系系统，使氯氯气注入到到自来水中中的量合适适，必须使使氯气注入入量与自来来水量成一一定的比值值关系。加氯控制系系统的指标标是出厂水水余氯含量量,控制量是是加氯量,如果将系系统的输入入量选为氯氯气投加浓浓度,那么系统统实质上就就是一个比比值控制系系统,需按滤后后水流量进进行比例投投加。其投投加公式为为:u = kk (11)式中: uu为加氯量量; 为滤后后水流量; k为比比例投加系系数(即氯气投投加浓度) 。在各种复复杂控制系系统中选择择比值控制制系统最为为合适。对于此消毒毒系

16、统，纯纯净的自来来水是其产产品，应作作为主物料料，其流量量为主流量量，用表示示。而氯气气流量需要要根随自来来水流量的的变化而变变化，选其其作为副物物料，其流流量就是副副流量，用用表示。5. 设计计总结在我国当前前水处理行行业中,使用氯气气消毒是最最常用的消消毒方法。本文介绍绍了自来水水消毒比值值控制系统统的设计过过程。使用用了较普遍遍的单闭环环比值控制制系统，实实现自来水水投氯系统统得自动化化控制过程程，本系统统结构简单单明了，实实现方便，无无需特殊的的设备便可可组成系统统。通过这次课课程设计，我我发现很多多的问题，自己的理论与实际的联系问题。即使有些东西你明白，但不一定能做好。我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，在实践中检验自己锻炼自己！参考文献1 过过程控制系系统与仪表表/王再英等等编著.北京：机机械工业出