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腐蚀在线监测与自动加药系统
信息来源:武汉科思特仪器股份有限公司 发布时间:2017-09-22 15:12:33 浏览次数:
    胜利油田大多数污水处理厂由于污水矿化度高,流速快,往往造成站内管线的严重腐蚀穿孔,现有的腐蚀评价大都采用传统的失重挂片腐蚀监测方法,其存在的主要问题有:数据获得周期长(超过一个月)、劳动强度大、测量成本高、测量结果误差大等缺点。由于来水水质变化快的特点,其腐蚀性在较短时间内就会发生较大变化,而人工获取腐蚀速率的周期太长,导致相应的加药程序变更严重滞后,完全来不及反映现场腐蚀速率的快速变化。
     采用电化学方法(如交流阻抗技术)监测污水的腐蚀速率,具有响应速率快(<10min)、抗干扰能力强、测量误差低和自动化程度高等特点。将电化学腐蚀监测与缓蚀剂加药系统组成自动反馈系统,将有利于根据来水腐蚀速率的快速变化,迅速调节缓蚀剂加注量,使管线腐蚀速率始终控制在规定的范围内(如0.076mm/a),有效降低腐蚀管理成本,实现管线安全运行与缓蚀剂加药成本的最优化。
1. 加药系统现状
     2015年元月13日,我们通过现场调查发现,孤岛污六站的加药装置管路安装不规范,采用的是PVC管,受热容易变形泄露,如图1和图2。孤岛肯西和胜利坨三、坨六以及宁海等污水站虽然加药罐、管路和计量泵比较规范,但所有加药点的缓蚀剂加入流量均是人工预置的,无法根据水质变化来快速调节缓蚀剂的加注量,存在着腐蚀管理上的滞后性。
     调查还发现,各污水站普遍采用的是44L/L或125L/H的隔膜计量泵,电压为380V,泵速为144min-1,排出压力为0.6MPa。所配电机为防爆型(EXd IIBT4)三相异步电动机,电机转速为1390r/min,电压为380V,功率0.55 kW ~ 1 KW,如图3。由于现有加药系统普遍采用普通异步电机,无法直接与变频器连接,无法实现电机大范围调速和自动控制计量泵的加药速率,因此必须将现有异步电动机改为专用的变频调速电机。

 图1. 孤六污水站加药系统采用的PVC管线易变形泄露

图2. 孤六污水站加药系统密封不良造成的药剂泄露

 图3.坨三污水站手动加药装置(无变频器)
      2. 腐蚀监测与缓蚀剂智能加药装置
      基于现有设备的不足,我们基于自动控制理论,提出了一套腐蚀在线监测与缓蚀剂智能加注系统设计方案。
缓蚀剂智能加注装置由加药罐、液位计、进水管、出液管、溢流管、计量泵、搅拌器,脉冲阻尼器、Y型过滤器、压力表和阀门等组成,其主要部件见图4。而加药系统的控制部分则由电源、GPRS无线收发器、PLC控制器和变频器等组成。自动加注装置适用于各种缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂、絮凝剂、分散剂等水处理药剂的投加。加药桶一般采用玻璃钢塑料复合材料,它具有强度高、重量轻、防老化、耐酸碱腐蚀性强等优点,可用于室内外环境中安装使用。
      缓蚀剂智能加注装置适用于污水站来水缓蚀剂加药量的自动调节,使污水外输管线的腐蚀速率保持在一定安全范围内,从而防止因来水水质的变化造成的腐蚀穿孔,使污水管线工作在最佳状态,延长管线的使用寿命;同时通过自适应调节缓蚀剂加注量,也可以防止过度投加缓蚀剂造成的水处理成本过高。智能缓蚀剂加药装置适用于<=10000方/天的污水站缓蚀剂加注,一般需设两台加药泵,其中一台为备用。

图4. 缓蚀剂智能加药装置系统主要组成
      2.1 加药流程的设计
      由于缓蚀剂在金属管道内表面的吸附平衡需要一个较长的时间,加上污水站内的管路较长,从污水分离罐到外输管线,总管线长度可超过500米,这些差异导致不同管段的腐蚀速率变动较大,为此必须在站内安装多个腐蚀监测点,以便比较缓蚀剂加药前后腐蚀速率的变化和缓蚀剂在管道内的吸附平衡差异。
      根据项目安排,拟在污水分离罐(加药前)、污水储罐(加药后)和外输管污水等三处安装腐蚀监测传感器,如图5。三个腐蚀监测传感器测量的腐蚀速率通过GPRS无线收发器传送到服务器,然后由服务器根据三个腐蚀监测点的权重值和一套模糊算法进行逻辑运算,计算出加药泵的加药流量。加药流量数字信号通过无线收发器发送到现场无线接收器,由接收器将其转换为 4-20mA或RS485标准信号输出至 PLC 可编程序控制器。PLC程序控制器输出相对应的 4-20mA 电流控制变频器改变加药泵电机的转速,进而达到控制加药量的要求,从而使腐蚀速率控制在最佳范围。
      该系统还设有保护功能:当药箱液位为低液位时,有低液位接点信号送至PLC,PLC将不启动加药泵。当加药管道的压力高时,有压力高信号接点送至PLC,PLC 将不启动药泵。

 图5. 缓蚀剂智能加药装置系统主要组成
     2.2 腐蚀监测方法的选择
      污水管线腐蚀监测采用CST1810快速腐蚀在线测试仪进行,该仪器采用交流阻抗测量原理和相关积分算法,具有测量结果稳定、抗干扰能力强等特点。仪器可以准确地测量工作电极与参比电极间的油污电阻Rs,并自动从极化电阻Rp中减掉介质电阻RS,从而获得准确的腐蚀速率,尤其适用于介质电阻较高的腐蚀环境,如含油污水、土壤或混凝土体系。
      CST1810快速腐蚀测试仪通过485或232端口与CST610 GPRS数据发送接收端相连,测量数据则传输到服务器进行处理。收发器、腐蚀监测仪和太阳能控制器安装在一个户外防护箱中,这个监测子系统全部由30W太阳能电池供电。
      考虑到现场各监测点距离较远,不方便铺设电缆,需要每个测量点安装单独的太阳能供电板和无线收发器。

图6.CST1810腐蚀监测仪
      2.3 腐蚀监测位置的确立
      腐蚀监测点的位置确立,需要根据缓蚀剂与污水的混溶度、污水管径、流速和水温等确立,根据现场调查,拟采用加药点前、加药点后和外输管等三个位置安装腐蚀监测探头,如 图7。探头则采用图8所示的NPT/1英寸三电极极化探针,带压拆卸装置采用1“低压球阀装置 。所有腐蚀监测探头应逆流插入污水管内直经3/4处,探头底部应安装有带孔的防护罩。防止高流速损坏三电极。

 图7. 加药前后腐蚀监测点的选取


 

图8.NPT三电极电化学极化探针
 
     2.4 智能加药装置的安装
    1.加药管的管口要逆流方向且管口需插到污水管道的中心线位置。加药管最好采用F20mm不绣钢管,在管子端头附件四周均匀开10个左右 2mm小孔;
    2.加药口与腐蚀监测点的距离不小于10米为宜。
    3.控制柜应选择清洁明亮无腐蚀性气体远离强磁场的地方,温度小于45度,湿度小于85%;
    4.缓蚀剂储罐安装应使出药口高于加药泵的进药口。
    2.5 智能加药装置的运行
    1. 合上变频器开关;
    2. 合上仪表电源开关;
    3. 按自动按钮,系统投入自动运行;
    系统上电后,自动将加药量调整到一个原先确立的默认值(如50L/h),之后服务器通过对三个监测点腐蚀速率的分析,自动调节电极频率,改变电机转速,在保证腐蚀速率达标前提下,最大限度节省缓蚀剂添加量和电能。
    2.6 智能加药装置的维护
    1. 根据腐蚀监测探头的腐蚀量,定期更换腐蚀监测探头(一般6-12月);
    2. 缓蚀剂储罐的液位应保证加药泵不会打空泵;
    3. 定期检查加药泵的工作情况。
    2.7 智能加药装置的特点
    1.三组腐蚀监测传感器,更为准确地确定缓蚀剂加注量;
    2.控制器为 PLC 可编程序控制器,具有灵活稳定的特点;
    3. 变频调速电机,精确调整加药量;
    4. 药剂加入量采用SIMLink或模糊控制方式,快速跟踪水质腐蚀速率的变化;
    5.腐蚀监测与自动加药全部远程控制,所有数据自动保存到服务器数据库中;
    6.缓蚀剂加药量节约>30%;
    2.8 主要技术参数
    1. 腐蚀监测仪:交流阻抗腐蚀监测仪,采用同材质三电极探头,正弦波频率10 KHz~ 0.001 Hz,幅值:5~50mV;
    2. 可编程序控制器:Siemens S40M或其它;
    3. 加药泵:隔膜式计量泵,流量40~100L/h, 电压380V,泵速144min-1,压力0.6Mpa;
    4. 变频器:功率2KW,频率控制范围1~50Hz,支持隔离型RS485或4~20mA协议;
    5. 控制柜:内置自动和手动切换开关:自动和手动切换,急停,停止,运行等。
    6. 用电要求:AC220/380V±10,50±1Hz
    7. 环境温度:小于45℃3.
    3. 服务器软件设计
    基于无线通讯的分布式腐蚀监控系统,可极大地提高腐蚀监测自动化水平。通过对油气管线、输水管线等设施的腐蚀与防护状态进行实时监测,管理人员足不出户就可以随时从监控中心了解到设备腐蚀状况。
    由于无线监测无需沿线铺设电缆,只需要安装一台GPRS无线数据收发器(如图10),即可实现数据远传远控,相比传统网络在设备添加、升级、扩展上具有更大的开放性和灵活性,可大幅度减少施工费用,降低监测成本。基于无线商用网络(GSM/GPRS或CDMA)建立的远程监测系统无需组建专用网络,借助于成熟的商用无线网络,即可实施可靠的数据通讯,因而具有极大的优势,特别适用于作业点分散于野外,环境恶劣,需要无人值守远传控制的地区,监控中心系统主要有服务器、路由器、防火墙和集线器组成,用户通过任意终端即可实时访问现场腐蚀测量数据。
    监控中心由服务器(也可以是PC机)、数据库和监控服务软件组成,软件架构为Browser/Server模式,支持Internet网络访问。客户端采用基于Web方式进行数据库访问,授权用户无论何时何地均可以通过Internet网或局域网来显示、编辑或下载监测数据或曲线,高级用户还可以修改测量参数等。监控软件界面如下图11,软件的主要功能包括:备添加删除、用户注册、参数设置、系统登录等。

图9.CST610无线数据收发器


 
图10. 基于远程访问的腐蚀监测服务器组件
      本项目中客户端界面采用基于站点的页面索引,页面分左右两部分,左边标记五个站点(孤岛污六、孤岛垦西、胜利坨三、胜利坨六、胜利宁海)的地理位置图,右边显示一副模拟的站内布局图,并在图中画出加药间和三个监测点的位置,共四个热点。用户只需用鼠标点击热点,既可以显示当前测量数据或者加药流量。
图11. 基于远程访问的腐蚀监测与加药控制客户端
       客户端根据用户授权登记的差别,可以显示每个站点的腐蚀参数,包括三个监测点的腐蚀速率、水质电导率和总腐蚀量时间曲线。同时显示各计量泵的加药流量和当天/当月累计总加药量。当腐蚀速率超过设定阈值后,通过短信或者屏幕给出警告等。高级用户可以修改腐蚀监测点的测量参数和各加药点的控制参数。
    3.1 腐蚀监测软件
    集输管网腐蚀监测软件采用B/S架构,基于GPRS无线网络,来进行腐蚀速率和缓蚀剂加注的远程监控,从而实现了无人值守下的全自动腐蚀监测与故障预警。该监控软件采用浏览器访问方式,授权用户从任何接入互联网的终端上均可以访问本监控系统,不同等级的授权用户具有不同的权限,系统管理员可以对一级的用户进行授权管理。
    软件主要功能:
    腐蚀速率实时监控 历史数据查询
    缓蚀剂自动加药控制, 变频器指令查询,
    腐蚀速率超标报警 报警信息查询、处理
    故障信息管理 报警流程处理、报警条件设置(管理、通知设置)。
    用户权限管理
 
 图12.腐蚀监测软件网站访问登陆页面截图
图13. 腐蚀监测软件网站显示页面(显示实时腐蚀速率和加药量变化)截图
图14.腐蚀监测软件网站显示缓蚀剂加注浓度的截图
   图15.腐蚀监测软件网站变频器管理页面
                                                         图16.宁海站外输管腐蚀监测现场安装图                           图17. 坨六站外输管线腐蚀监测现场安装图
                                                     图18.坨六站远程自动加药装置                                                   图19.远程智能加药装置内部结构图





 

 
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