试谈自来水厂加氯消毒系统的设计44321.docx

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1、自来水厂加氯消消毒系统的设设计姓名：王琦班级：自动化0064学号：200660220663指导教师：闫华华成绩：自来水厂加氯消消毒系统的设设计1. 工艺简介介自来水净化一般般是使用氯气气，而残留的的余氯在加热热的过程中会会生成三卤甲甲烷这种致癌癌物，长期饮饮用会对人体体造成非常大大的危害。尤尤其是近年来来水源污染越越发的严重，直直接导致自来来水中余氯含含量的增加。所所以直接饮用用自来水烧的的开水也不是是健康的选择择，对自来水水进行再净化化是关键。经经过净水设备备净化后的自自来水称为直直饮水，在保保留对人体有有益的矿物质质的基础上吸吸附自来水中中的余氯和其其他有害物质质，是真正健健康的水。水水健

2、康不容忽忽视。2. 系统整体体设计2.1 控制对对象的分析自来水加氯消毒毒起源于19世纪90年代，时至至今日，这种种方法仍在沿沿用。消毒时时氯浓度介于于0.3mgg/L和0.5mgg/L之间，消毒毒后剩余氯浓浓度应介于0.05mmg/L和0.5mgg/L。自来水厂厂将自来水供供给用户之前前，必须进行行消毒处理，氯氯气是常用的的消毒剂。氯氯气具有很强强的杀菌能力力，但如果用用量太少，则则达不到灭菌菌的作用，而而用量太多，则则会对人们饮饮用带来副作作用。给水处理中的加加氯工艺是一一个较难控制制的环节。考考虑到加氯系系统消毒时氯氯浓度介于0.3mgg/L和0.5mgg/L之间，消毒毒后剩余氯浓浓度应

3、介于0.05mmg/L和0.5mgg/L。采用比值控制结构；针针对系统参数数变化较大和和仪表漂移，采采用自校正控控制。在对自自来水厂加氯氯系统的实际际改造中，通通过建立清水水池进、出口口余氯的动态态模型和使用用基于自适应应的单闭环比比值控制方案案，取得了良良好的控制效效果。2.2 被控量量、控制量的的确定为了使气化器出出口处的压力力恒定和内部部温度恒定，防防止发生事故故，应对气化化器的内部的的压力和温度度施以控制，其其中对其影响响最大的两个个因素是液氯氯输入量和加加热温度。在在温度不变的的前提下，当当液氯输入量量增加，气化化器内部产生生的氯气就增增加，出口的的压力将上升升。同样，在在液氯输入量

4、量不变的情况况下，蒸汽的的输入量增加加，气化器的的内的氯气会会变得更加的的活跃，出口口处的压力和和温度同样会会升高。因此此选择气化器器内部的压力力和温度两个个量为被控参参数。由图一的系统框框图可看出，气气化器内部的的压力和温度度分别选取液液氯的流量和和蒸汽流量为为控制参数。2.3 系统方方案论证本设计采用单闭闭环比值控制制系统，原理理方框图如下下。液氯储槽冷凝水蒸汽净化水Q2Q1氯气气化器PT21FC11FC 12PC21FT11FT 12TT31TC31图一 自来水消消毒比值控制制消毒是自来水处处理工艺中最最重要的环节节之一。在我我国当前水处处理行业中,使用氯气消消毒是最常用用的消毒方法法。

5、水厂加氯氯系统的主要要任务,就是通过控控制氯气投加加量(简称加氯量量) ,使得出出厂水中的余余氯含量在规规定范围之内内。再通过真真空调节器送送入加氯机,利用加氯机机中的水射器器在投加点处处进行氯气投投加。氯气投投加量的多少少通过改变加加氯机阀门开开度来实现。系统方框图如下下：图二 单闭环比比值控制方框框图单闭环比值控制制能使自来水水量和氯气的的流量间的比比值较精确、方方案实现起来来方便，仅用用一只比值器器或比例调节节器即可。在在自来水消毒毒控制系统中中要求两者流流量之比一定定，而且对总总流量变化无无要求，所以以适合选用此此控制方案。FC11FC12FT11FT12Q1Q2图三 单闭环比比值控制

6、流程程图3. 器件选型型3.1 传感器器与变送器的的选择流量的测量包括括自来水流量量和氯气流量量两个部分。LXW旋涡式流流量计具有测测量管内无可可动部件，工工作可靠，压压力损失也比比较小（约为为孔板流量计计压力损失的的1/41/2）；测量精精度高；测量量范围大；其其读数不受流流体物理状态态如温度、压压力、密度及及组成成分的的影响，一次次标定后，无无须再修正或或换算等优点点。对于水量量的检测，由由于水流量在在01000tt/h间，且腐蚀蚀性很小，可可以采用旋涡涡时流量计。对于氯气流量的的检测，由于于氯气具有腐腐蚀性，且氯氯气所需的最最大流量仅有有0.15/h，所以要求求流量计具有有较高的灵敏敏度

7、，以保证证测量精度。目目前在工业上上和实验室里里常用转子流流量计来测量量小流量。天天津流量仪表表有限公司的的LZB系列玻璃转转子流量计转转子流量计特特别适用于测测量管径在50mm以下管道的的流量。由于于材质为玻璃璃，所以可以以使用于氯气气流量的测量量。因此选择择LZB-转子流量计计对氯气进行行测量。仪表可将被测温温度,被测介质的差差压、压力、负负压力、流量量、被测介质质的液位、比比重、密度或或两种不同比比重液体的界界面等参数转转换成统一的的标准信号输输出。主要技术特性性：输出信号号：0-10mmADC(型)；4-20mmADC或1-5VDDC(型)。精度：0.5、1、1.5级。供电电电源：22

8、0VAAC 50HHz(型)；24VDCC(型)。工作条件件：环境温度度：现场仪表表-25 +60；室内仪表0-50。空气相对对湿度：现场场仪表95%；室内仪表85%。工作振动动：频率25Hz，全振幅0.2mm。周围空气气中不得有与与铬、镍镀层层，有色金属属及其合金起起腐蚀作用的的介质。3.2 调节阀阀的选择考虑到自来水消消毒系统，在在未投入运行行前，气化器器内应是空的的，自来水管管道是关闭的的，而且考虑虑到液氯具有有强的腐蚀性性，释放到空空气中会造成成污染，故选选择液氯管道道阀门、自来来水管道阀门门和气态氯管管道阀门全部部为气开阀。调节阀具体型号号的选择自来水的最大体体积流量为1000/h时

9、对应的氯氯气体积流量量为0.15/hh,氯气的密度度为3.21KKg/，氯气的流流体重度为0.0311MPa，阀门上的压压差为0.2MPPa，根据流通通能力公式得得：C=Q=0.115=0.0558查各种尺寸调节节阀的流通能能力表，查得得，应选阀座座直径dg为8mm，公称直径Dg为的单座阀。此此时C值为0.80，这样在最最大流量时尚尚有一定的余余地。氯气调调节阀的主要要干扰来源为为调节阀压差差，由调节阀阀工作流量特特性选择表查查得，工作流流量特性选择择对数特性较较合适。由于于工作在自来来水厂，所以以直接选用武武汉韦纳机电电设备有限公公司的动态流量电电动调节阀，在实际的水水系统中，管管路水压力是

10、是波动变化的的。动态平衡衡电动调节阀阀能够动态的的平衡系统的的压力变化，使使阀门在工作作时的流量特特性曲线与理理想的流量特特性曲线保持持一致，没有有设计偏差。特特殊的设计保保证了它的调调节只受控于于控制信号，而而不受系统压压力波动的影影响，当对应应一个固定开开度时，其流流量都是唯一一和恒定的，因因此动态平衡衡电动调节阀阀在任一调节节位置输送量量都是稳定的的。韦纳WPCV系系列动态流量量平衡电动调调节阀采用了了全新的设计计理念，特别别适用于系统统负荷变化较较大的变流量量系统中，具具有抗压力干干扰，工作状状态稳定，调调节精度高和和节约能源的的显著特点。3.3 调节器器的选择本系统采用的是是单闭环比

11、值值控制控制方方案，如图二二所示。在稳稳态时，能满满足主、副流流量的工艺比比值要求，即即。当主流量量不变，而副副流量受到扰扰动时，则可可通过副流量量的闭合回路路进行定值控控制。当主流流量受到扰动动时，则按预预先设置好的的比值使其输输出成比例变变化，即改变变的给定值，根据给定定值的变化，发发出控制命令令，以改变调调节阀的开度度，使副流量量跟随而变化，从从而保证原设设定的比值关关系。仅接收自来水水主流量（自自来水流量）的的测量信号，仅仅起比值计算算作用，故选选P控制规律；起比值控制制作用和使副副流量（氯气气流量）相对对稳定，故应应选PI控制规律；在副回路中中，考虑到氯氯气的腐蚀性性和和成本，阀阀门

12、应选用气气开阀，当阀阀门的开度增增大，则氯气气的流量加大大，所以对象象为正作用。测测量变送环节节也为正作用用。为了使副副回路的稳定定性，副回路路调节器应选选负作用。在调节器的选择择上，目前在在工业领域被被广泛采用的的是DDZ-型仪表。由由于DDZ-型仪表采用用了线性集成成电路，进一一步提高了仪仪表在长期运运行中的稳定定性和可靠性性，从而扩大大了调节器的的功能，易于于组成各种变变型调节器，更更好地满足生生产过程自动动化的需要。它它接受来自变变送器或转换换器的15VDC测量信号作作为输入，与与15VDC给定信号进进行比较，然然后对其偏差差进行PID运算，输出420mADDC标准统一信信号。SR99

13、0是日本岛电电公司2002年的最新技技术产品，它它高度总结了了SR60到SR70系列的应用用经验更突出出高性能和高高可靠的设计计思想。具有有自由输入，手手动输出，调调节输出限幅幅，双设定值值，双调节输输出，模拟变变送输出，数数字通讯功能能，前面板符符合IP66级的防护标标准，使用该该表完全满足足要求。4. 参数整定定1.5 比值系系数的确定在设计要求中，分分析可知系统统要求氯气的的浓度在混合合前介于0.3mg/LL和0.5mgg/L之间。这里里为了方便系系统参数的整整定和提高系系统抗扰动能能力，选其浓浓度为0.4mg/L。（氯气的的密度为3.21KKg/）故消消毒工艺要求求 K=1.22自来水

14、的最大流流量为1000/hh,氯气最大流流量为0.15/h。将工艺比值折算算为仪表的比比值系数为 =0.81.6 系统参参数的整定单闭环比值系统统实质上是随随动系统。一一般要求副流流量能快速、正正确地跟随主主流量变化，不不宜有超调。不不能按一般定定值控制系统统4：1衰减过程的的要求进行副副流量回路参参数整定，而而应当将副流流量的过渡过过程整定为振振荡与不振荡荡的边界为佳佳，这时过渡渡过程既不振振荡而反应又又快。1.7 工作原原理根据设计要求需需要设计一自自来水消毒系系统，使氯气注入到到自来水中的的量合适，必必须使氯气注注入量与自来来水量成一定定的比值关系系。加氯控制系统的的指标是出厂厂水余氯含

15、量量,控制量是加加氯量,如果将系统统的输入量选选为氯气投加加浓度,那么系统实实质上就是一一个比值控制制系统,需按滤后水水流量进行比比例投加。其其投加公式为为:u = k (1)式中: u为加加氯量; 为滤后水水流量; kk为比例投加加系数(即氯气投加加浓度) 。在各种复杂杂控制系统中中选择比值控控制系统最为为合适。对于此消毒系统统，纯净的自自来水是其产产品，应作为为主物料，其其流量为主流流量，用表示示。而氯气流流量需要根随随自来水流量量的变化而变变化，选其作作为副物料，其其流量就是副副流量，用表表示。5. 设计总结结在我国当前水处处理行业中,使用氯气消消毒是最常用用的消毒方法法。本文介绍绍了自

16、来水消消毒比值控制制系统的设计计过程。使用用了较普遍的的单闭环比值值控制系统，实实现自来水投投氯系统得自自动化控制过过程，本系统统结构简单明明了，实现方方便，无需特特殊的设备便便可组成系统统。通过这次课程设设计，我发现现很多的问题题，自己的理论与与实际的联系系问题。即使使有些东西你你明白，但不不一定能做好好。我真真正正正的意识到到，在以后的的学习中，要要理论联系实实际，把我们们所学的理论论知识用到实实际当中，在在实践中检验验自己锻炼自自己！参考文献1 过程控控制系统与仪仪表/王再英等编编著.北京：机械械工业出版社社，2006.12 过程控控制及仪表/邵裕森主编 上海：上海海交通大学出出版社，1995.72 工业生生产过程控制制/何衍庆，俞俞金寿，蒋慰慰孙编著.北京：化学学工业出版社社，2004.25 张国雄雄/金篆芷 测控电路 北京.机械工业出出版社，2000.6 试析自自来水消毒过过程及建议 杨开 环境与健康康杂志19944.17 氯化消消毒饮用水的的致突变性研研究 预防医学文文献信息, 宋金林1996,038 自来水水系统综合自自动化解决方方案马正午 自动化博览览 2000年 S1期