变频加药装置的现场试验效果评价

司维

（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

1 概述

污水站每天加药量是根据处理量，手动操作控制，默认瞬时来水，加药量不能随着处理量的随时变化而进行及时调整，导致当天的加药量和处理量产生误差，造成药剂浪费，影响水质指标。综合所述现有工艺设施存在以下几点问题：当来液量突然增加时，加药量无法及时增加，导致水质不合格；当来液量突然减少时，会造成药剂的浪费，增加药剂成本；当液量发生变化时，电动机始终在一个功率数值上运转，无法及时进行合理调控，造成电量的浪费。

针对上述不足，为了解决精准加药，提升水质，在某站率先开展变频加药装置的现场试验效果跟踪。实现了在加药浓度不变的前提下，根据来液量合理调节加药泵电动机转速，达到智能变频调整加药量的目的。

2 工作原理

现场试验的智能变频加药调节装置，由变频器、信号隔离栅、PLC、开关电源等几部分组成。它是在原有流程中增加一系列的装置，实现将工频电源（50 Hz 或60 Hz）变换成各种频率的交流电源，通过旋转按钮调节输出频率的大小，实现对加药泵电动机变速运行的功能，其后控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电[1]。智能变频加药调节装置见图1。

图1 智能变频加药调节装置

2.1 参数采集与处理

每日来液量由流量计实时计量，计量数据转换输出为4～20 mA 信号，经信号隔离栅分配成2 路电流信号，一路到二次仪表在值班室仪表柜上显示流量计的数值；另一路到PLC 经内部编好的程序运算处理，并将处理后的电流信号输入给变频器，调整变频器输出频率，控制加药泵电动机转速[2]，从而达到通过来水流量变化随时跟踪调节加药量的目的。

智能变频加药调节装置现场采用一拖二的安装方式，当加药电动机运行频率到达50 Hz 时，装置可自动由变频状态切换到工频状态下运行[3]。

2.2 主要技术指标

该装置根据流量计变化输出4～20 mA 信号，通过安全栅，将信号传到PLC 可编程控制器；由PLC可编程控制器将4～20 mA 信号通过内部程序[4]运算转换成平均信号数值；再通过信号电缆输入到变频器电流信号端子，通过变频器输出的0～50 Hz 频率，来控制电动机0～1 440 r/min 转速的变化，实现智能合理加药的效果[4]。

3 现场试验

变频加药装置安装在某污水处理站，进行现场试验运行1 年时间，试验期间开展对水质指标的影响、药剂使用情况及适应性的监测。

3.1 水质指标监测

变频加药装置设计的首要目的就是提高药剂利用率，提升水质指标。在确保装置中各部件各项参数传递、计算准确的情况下，试验期间首先监测该装置的应用对外输水含油、外输水悬浮物两项指标的影响。

试验期间要求：操作人员不变；保持日常添加药剂的厂家、批号及加药浓度不变；反冲洗正常进行，时间、周期不变；来水阀门全部敞开，保证处理量呈自然波动状态。要求化验并详细记录，处理量、来水和外输水的两项水质指标评定数据。排除在试验过程中出现的外界影响因素，达到取样手法统一、操作步骤统一，减少人为因素对试验效果的影响[5]。从而保证实验数据的可比性，安装前、后水质指标数据见表1。

表1 安装前、后水质指标数据对比

从试验数据可见：安装前，当处理量上下波动时，外输水质两项指标主要因处理量变化而变化；安装后，当处理量上下波动时，外输水质两项指标不因处理量变化而变化，仅随来水指标变化而变化。安装前后，来水指标基本一致，安装该装置后，外输水含油量下降了20.38%，悬浮物下降11.35%，可见该装置有利于水质处理。

3.2 药剂指标监测

安装加药装置后的连续试验，从经济效益角度出发监测了装置应用后的药剂消耗情况，同时按原加药方法计算了相应的加药量（药剂用量=前一天处理量× 最佳加药浓度），安装前后加药量对比见表2。

表2 安装前后加药量对比

经分析可知，当加药浓度不变，处理量比较稳定时，经计算安装该装置后7 天即可节约药剂56 kg。

3.3 节电监测效果

单台加药泵在工频耗电功率为1.5 kW，频率50 Hz。试验后变频器频率当从50 Hz 降至45 Hz得，经计算耗电功率为1.09 kW，单台电动机节能0.41 kWh；单台年节电3 542.4 kWh；按电费0.45元/kWh计算，年节约共计1 594 元[6-7]。

3.4 适应性效果监测

3.4.1 稳定性效果

从两个阶段的实验数据可见，安装后的外输水含油、悬浮物对比见图2，指标稳定性相对较好。从图2 中安装前后数据比对可知，外输水含油指标下降2～4 mg/L，外输水悬浮物降低1～3 mg/L，水质两项重要指标均在20 mg/L 以下，满足外输要求且稳中有降。实验期间内，指标波动在6%～10%，较安装前波动范围减少16%左右，因此该装置使用效果较好，安装后设备在生产运行中平稳无异常，指标波动量更小[8]。

图2 安装前、后外输水含油、悬浮物对比

3.4.2 经济性效果

1）该装置可使注水水质含油量下降20%，减少原油回注量，改善无效循环，节约注采成本[9]。

2）制造成本：电源开关的价格230 元；PLC 可编程控制器CS7-200 价格1 350 元；信号隔离栅wp6047—EX 价格243 元；变频器价格1 250 元；信号电缆100 m 价格400 元；辅助电器1 227 元。总制造成本4 700 元。

直接经济效益：一年节省絮凝剂28 800 元；一年节省助凝剂99 900 元；一年节省杀菌剂70 200 元；一年节省助洗剂4 800 元；一年节省电费3 188 元。

总经济效益：应用智能变频加药装置年可创经济效益20.1 万元；在四座污水站实施应用将节省药剂费用80 万元以上。如果在油站推广，一年将节约上百万元。

4 结论及建议

1）由过去的阶梯调节加药泵排量改变成无极调节加药量，加药量随着处理量的改变能够进行合理自动调整，实现了药剂通过智能变频加药调节装置自动加药。

2）智能变频加药装置在生产中运行平稳，应用后外输水含油量下降20%，有利于水质提升，可减少原油回注量，改善无效循环，减少水质对地层开发的影响[10]，同时节约药剂投入成本，有助于企业降本增效。