先进pH值控制系统在化工行业污水预处理单元上的应用
1 概述
抚顺乙烯化工有限公司乙烯装置废碱氧化系统排放的废碱液、急冷系统排污水、储运排污水、丁烯装置排放生产废水及乙烯化学池排放的废碱液进入中和池后，通过pH值自动监测仪表对废水的pH值进行监测，并通过控制系统由注酸泵自动向中和池中注酸，控制污水pH值6～9，然后流入调节池中与含油污水混合，经导流池后进入隔油池，采用API方式除油，废油装桶外售，除油后的污水进入提升池，通过提升泵送到污水场进行生化处理。原设计处理能力30吨/小时，14万吨/年乙烯装置扩能改造后，预处理单元处理能力扩到60吨/小时。
由于生产状况不同，排放污水的流量和含碱量有较大的波动，尤其在化学池污水大量排放时对控制系统的冲击很大。
2 原控制系统状况和存在的问题
2.1 原控制系统的状况
我车间中和池外排污水pH值原控制系统为结点控制。即在2＃中和池中有一台pH检测仪，其信号送入操作室，通过接点控制器控制P4注酸泵启停电机。操作工可根据外排污水pH值情况，设定启停的pH值，当外排污水pH值涨到设定pH值时，P4泵启动开始注酸，当外排污水pH值降到设定pH值时，P4泵关闭停止注酸。P3泵为手动启停泵，作为应急备用。
2.2 存在的问题：
1）由于排入的污水含有碱性和油脂，造成探头腐蚀和污染， pH值传感器寿命短，成本高，精度差
2）外排污水pH值波动大，常在5～11之间波动，经常出现污水排放超标的现象。
3）当大的干扰出现时（化学池污水大量排放时）现有控制系统无法控制pH值，需要操作工现场手动启动备用泵（P3泵），若发现不及时，将导致污水排放超标。
3 控制改造的方案
3.1 原控制系统问题分析和选型
3.1.1 pH值传感器
改造前的pH值传感器采用旋转式清洗刷清洗探头附着污物造成探头磨损，同时使检测信号产生不确定的漂移。传感器密封不严，导致电路部分被碱性气体腐蚀，变送器信号不稳定。改造选用的pH值传感器由德国Endrss+Hauser公司生产，原装进口的成熟技术产品。该传感器抗污染，易清洗（能自动清洗），工作稳定可靠，寿命长，易损配件便宜；探头带有憎污PTFE隔膜专利产品，可消毒，防止阻塞；清洗头能完成清洗过程，保证探头不受污染；加长参比腔可以加长使用寿命，确保长期稳定性。采用专用电缆，确保数据稳定可靠；变送器直接挂墙，操作简单、使用安全，防爆。
3.1.2 控制器
接点控制方式无法满足使用需要，改造后采用连续调节控制的方式。pH值的连续调节控制在传统控制方法中一直是一个难题。pH值自身的非线性特征与中和过程的大滞后叠加，使连续控制更加困难。应该采用先进调节控制器。为了保证调节效果，方案使用了无模型自适应(MFA)控制技术。
原现场采用分离仪表控制，因此方案选择的CyboCon CE，是美国博软公司将强大的无模型自适应（MFA）控制技术与Microsoft Windows CE实时操作系统结合起来，嵌入GEFanuc公司的FC2000工业平台，是一种即插即用式、功能强大的一体化先进控制器。可以通过其自带的I/O通道直接与一次仪表连接；触摸屏显示器完成控制组态和调节趋势显示；内置的控制逻辑算法实现连续、间歇控制逻辑的组态。MFA控制算法可以有效地解决pH值控制问题，特别是可以解决pH+大滞后控制难题，同时由于MFA控制算法的强制在线自学习的特征，使控制改造可以在不影响生产的条件下直接调试和投运。
为了实现P3泵连续调节控制，加装变频调速器作为调节执行器，通过调整P3泵的转速实现加酸量的控制。
3.1.3 控制逻辑
应考虑将P3泵的连续控制与P4泵的接点控制形成自动连锁。
考虑到污水处理过程中污水的碱性和流量有较大的变化，而变频调速技术有其应用的限制，即当输出频率低于工频的20%时，电机较易发热，这就意味着最大与最小处理能力的比值不能超过5。但现场工况的考察结果表明，这样的处理能力是远远不够的。方案选择了双泵工作方案，即P4泵作常稳态的连续调节，并限制其不在工频的20%以下工作，必要时可关闭该泵；P3泵作为P4泵的补充，在P4泵的能力不够时开启。
设计中必须考虑通过一套控制逻辑实现上述目的。初步设计利用CyboCon CE的逻辑模块组成控制逻辑，其主要原理是：在设定值的上下各设一个带，形成pH值的上下限，上限与变频器输出频率构成逻辑控制P3泵的启停，下限与变频器输出频率构成逻辑控制P4泵的启停。中间作为连续调节区。
3.2 改造方案
P4加酸泵、pH传感器、变频调速器和CyboCon CE的MFA先进调节器共同构成pH值控制回路，对污水pH值进行连续调节。MFA先进调节器的应用，可以克服控制系统中的大滞后和非线性。当P4泵接近满量程工作状态时，自动启动P3加酸泵作为补充。
4 改造的效果
按照上述方案在不影响正常生产的条件下实施，控制系统经简单在线调试后，即达到如下效果：
1）采用新型pH传感器探头后，测量准确，长时间使用测量值未发生漂移，探头成本低、寿命长。
2）污水实现全部达标排放：正常工况的波动中，系统实现了连续排放，排放值为pH=设定值±0.15；在化学池污水大量排放时，P4泵与P3泵实现联锁控制达到工艺要求的排放指标。
5 改造的意义
应该看到，对于pH值的控制不仅是污水排放的需要，在大量的化工生产装置中pH值是否稳定直接影响装置的安全生产和设备腐蚀（如乙烯装置的急冷注碱单元），因此，有效地控制pH值有着较大的经济效益。
通过本次改造,解决了该厂污水排放pH值超标问题，同时，为解决长期困扰化工企业的pH值无法在满足工艺要求的情况下实现连续自动调节问题提供了一种切实可行的方法.
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