软化水系统自动控制系统分析与改进

杨涛，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油厂，新疆 鄯善 838202）

软化水系统自动控制系统分析与改进

杨涛，程鑫

（吐哈油田公司鄯善采油厂，新疆 鄯善 838202）

轻烃回收过程中，冷却用水的需求量极大。水的品质直接影响了水泵、换热器等设备和水管线的使用寿命以及天然气加工过程的高效、安全。软化水系统高效运行是冷却水品质的重要保障。针对天然气处理装置软化水系统使用过程中控制系统存在的问题进行分析研究，并提出改进建议。

软化水系统；控制；PLC

1 软化水系统对轻烃回收的意义

天然气处理过程中的冷却水循环系统为保证产品质量和产量发挥了重要作用。用水作为冷却剂成本低，效果好，并且不会造成环境污染。但是，由于水中含有杂质、氧气以及Ca2+等其他离子，会使以钢铁为材料的管线、空冷器、换热器等出现腐蚀、结垢、粘泥垢问题。从表1中可以看出原水和水箱循环水中造成腐蚀、结垢和粘泥垢的物质含量均比软化水中的含量高。软化水系统正常高效运行，有效减少了腐蚀、结垢等问题的发生，降低换热设备的水流阻力和水泵的电耗，提高传热效率，是正常生产工艺条件的保证。

2 软化水系统简介

（1）系统组成。软化水系统由预处理、主机、控制柜等部分组成。①预处理部分。预处理部分包括原水罐、原水泵、多介质过滤器和活性炭过滤器。预处理部分主要去除原水中20μm以上的泥沙、铁锈等颗粒及色素、异味、大量生化有机物，降低水的余氯值和其它污染物。预处理系统累计产水时间到8小时将自动对多介质过滤器和活性炭过滤器自动进行反冲洗、正冲洗等操作，保证设备产水质量，延长设备使用寿命。②主机部分。主机部分由精密过滤器、高压泵、进水慢开门、RO主机、浓水调节阀、膜冲洗电磁阀、纯水流量计和浓水流量计、压力开关等组成。精密过滤器可有效的去除前处理系统未去除干净的大于5μm的物质，保护RO膜不受或少受污染。立式多级离心高压泵保证了输向RO膜的水源压力。③纯水输出部分。这一部分由纯水箱、纯水泵和水位开关等组成。纯水箱顶部安装有水位开关。水位开关是靠浮球控制弹片微动开关，它是两个触点，通常无水时常闭，水满后浮球起，弹片断开。④控制系统。该软化水控制系统核心为欧姆龙（OMRON）的CPM1A-30CDRA-VL型号的PLC。软化水系统的压力、液位等各路信息经过PLC的处理后，PLC输出相应控制信号控制继电器的动作，进而实现对软化水处理系统的控制。

（2）系统工艺流程。该软化水系处理系统采用多次处理的方式去除原水中的杂质和有害离子、降低原水的硬度。软化水系统的工艺流程如图1所示。

图1 软化水系统工艺流程

3 软化水系统存在的问题分析

从软化水系统工艺流程图（见图1）可以看出，循环水储罐和纯水箱的水位信息没有反馈到PLC。因此需要在人员确定循环水储罐液位的高低后决定软化水系统开启与否；而是否开启纯水泵向循环水储罐补水也需要人员确定纯水箱的液位后才能决定。一旦软化水处理系统和纯水泵均开启后，循环水储罐和纯水箱的液位反馈任务仍然由人工完成。所以，液位反馈远落后于系统需要。在巡检人员较忙的情况下，若循环水储罐已满而系统仍然运行，或者纯水箱已满而纯水泵未能及时开启，就会造成大量的浪费，从而增加成本；若纯水罐已被抽空（纯水泵的排量为8t/h，而目前软化水处理量只有3～4t/h），则可能使得纯水泵空转而导致烧泵。所以，该软化水处理系统若长期在这样的状态下运行，不但增加了成本，而且加大了操作人员的劳动强度。

表1 水质分析表

4 软化水系统改进方案

从上面的分析可以看出，解决上述问题需要在纯水箱和循环水储罐中安装液位开关，以反馈液位信号。同时，通过在纯水出口管线上安装止回阀解决软化水回流问题，可有效降低操作人员开关出口闸阀的劳动强度。改进后，软化水系统的工艺流程如图2所示。改进后软化水系统中增加了液位和泵之间的连锁关系，因而需要调整PLC控制程序以及部分线路。

图2 改进后软化水系统工艺流程

（1）CPM1A-30CDRA-VL PLC简介。CPM1A-30CDRA-VL PLC（Programmable Logic Controller）是日本欧姆龙（OMRON）的产品。它具有30个输入输出端子（输入端子18个，输出端子12个），使用交流电源，输出为继电器输出。扩展连接器可以连接扩展I/O模块，增加输入输出端子。CPM1A系列PLC输入输出端子一体化，维护简单，具有实现平稳输入输出动作的输入滤波器、外部输入终端、快速响应输入、间隔定时器中断、高速计数器、模拟设定电位器、上位链接通信等功能。

（2）控制系统分析。为实现软化水系统和纯水泵的自动开停，需要增加四路反馈信号，即循环水储罐的满液位和低液位信号与纯水箱的满液位和低液位信号。因而，需要增加四个输入端子。另外，要控制纯水泵的启动和停止，需要一路输出信号，即增加一个输出端子。同时，需要在循环水储罐和纯水箱上安装水位开关以获得反馈信号。现有控制系统核心CPM1A-30CDRAVL PLC的18个输入端子和12个输出端子均已使用。循环水储罐液位反馈信号也已经具备。因此，为实现上述控制功能需要在纯水箱安装水位开关；更换现有的30个输入输出端子的PLC为40个输入输出端子的PLC或者增加扩展I/O单元。为了降低改造成本，充分利用当前已建控制系统，增加一台I/O扩展单元CPM1A-20EDR，以满足控制系统输入输出端子的需求。

5 控制系统的程序实现

（1）CPM1A编程基础。CPM1A系列PLC的区域可以分为输入继电器区、输出继电器区、内部辅助继电器区、特殊辅助继电器区、暂存继电器区（TR）、保持继电器区（HR）、辅助记忆继电器区（AR）、链接继电器区（LR）、定时/计数器区和数据存储器区（DM）。每个继电器区都有自己的通道号和继电器地址，PLC的编程便是以这些地址为基础的。

（2）系统输入输出信号继电器地址分配。按照CPM1A PLC的继电器地址分配规则，为输入输出信号分配输入输出端子。液位反馈、原水泵、纯水泵等输入输出信号的继电器地址进行分配、编号见表2。原有控制系统的输入/输出信号继电器地址分配保持不变。

表2 输入输出信号继电器地址分配表

（3）控制程序。改进后控制系统增加部分的电气控制原理如图3所示。其中，KH1和KH2为辅助继电器，其继电器地址分别设为23111和23112。程序以梯形图形式给出，如图4所示。图4中虚线所示为启动后续流程所需的程序，即原系统中的自动控制程序，在此就不赘述了。C1PM1A系列PLC的程序录入可以通过手持编程器或者计算机程序实现。

图3 电器控制原理图

图4 控制程序

[1]10T/H全自动反渗透软化水系统操作，2006．10．

[2]CPM1A可编程控制器操作手册，1997．2．

TM621.2

A

1671-0711（2017）09（上）-0095-02