【正文】 結(jié)構(gòu)圖③ 電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)如下:變送器的機(jī)構(gòu)簡單可靠，沒有可動(dòng)部分，也沒有阻礙被測介質(zhì)流動(dòng)的節(jié)流部件，不會(huì)發(fā)生堵塞問題；由于沒有節(jié)流部件，被測介質(zhì)在變送器的測量管內(nèi)流過時(shí)，幾乎沒有壓頭損失，僅僅只有這一段的很小的沿程阻力，因而可以忽略不計(jì)；電磁流量計(jì)是一種體積流量測量儀表，它不僅可以測量單相導(dǎo)電性液體的流量，也可以測量固液兩相介質(zhì)的流量，不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度、壓力以及電導(dǎo)率等物理參數(shù)變化的影響；電磁流量計(jì)量程范圍極寬，對(duì)于同一臺(tái)電磁流量計(jì)可達(dá)1：100，而且可以任意改變量程；電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，而且線性好，可以直接進(jìn)行等刻度；耐磨蝕性能好；使用維護(hù)方便，使用壽命長。⑷ 流量控制器流量控制器是典型的快過程，并且往往具有噪聲。對(duì)這種過程，宜用PI控制器，且比例度要大，積分時(shí)間可小。由于穩(wěn)定裕度小，因而所用比例度大，開環(huán)靜態(tài)增益小，不用積分會(huì)產(chǎn)生很大的余差。另外,由于滯后小，運(yùn)行周期短，積分時(shí)間可以取的很小。比例作用隨偏差的產(chǎn)生會(huì)瞬時(shí)變化，而積分作用總是有些滯后，所以用了積分作用并相應(yīng)地將比例作用調(diào)弱，還有利于減少高頻噪聲的影響。 加氯測控系統(tǒng)為了防止通過飲用水傳播疾病，在生活飲用水處理中，消毒是必不可少的。消毒并不是把水中的微生物全部消滅，只是要消除水中致病微生物的致病作用。水中的微生物往往會(huì)粘附在懸浮顆粒上，因此給水處理中的混凝沉淀和過濾在去除懸浮物、降低水的濁度的同時(shí)，也去除了大部分的微生物（也包括病原微生物）。但盡管如此，消毒還是不可缺少的，它是生活飲用水安全、衛(wèi)生的最后保障[16]。水的消毒方法很多，氯消毒是最經(jīng)濟(jì)有效、使用方便的，應(yīng)用歷史最久也最廣泛。氯過量會(huì)產(chǎn)生一些有害健康的副產(chǎn)品，因此人們重視了加強(qiáng)測控系統(tǒng)部分的研究。加氯是現(xiàn)行常規(guī)水處理過程中確保水質(zhì)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。水處理的氯氣投加分為前加氯和后加氯。前加氯在原水的管路上投加，其目的在于殺死原水中的微生物或氧化分解有機(jī)物；而后加氯則一般在濾后水的管路上投加，其目的主要是消毒的作用。正確選擇和使用可靠的加氯設(shè)備，是保證加氯安全和計(jì)量準(zhǔn)確的關(guān)鍵。為了滿足不斷提高的城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，提高加氯系統(tǒng)的安全可靠性，降低操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高水質(zhì)的余氯合格率，應(yīng)積極采用先進(jìn)的氯投設(shè)備和控制技術(shù)。在水處理過程中，一般采用液態(tài)氯作為消毒劑，氯氣的投加方式主要可分為兩種形式：即正壓投加和真空投加。傳統(tǒng)的加氯方式多采用正壓投加。采用正壓投加時(shí)，由于所有的投加管線都處于正壓狀態(tài)，一旦發(fā)生故障或者管線破裂，容易出現(xiàn)氯氣泄露事故，安全可靠性低、設(shè)備維護(hù)量大。同時(shí)，氯氣投加主要依靠經(jīng)驗(yàn)，精度不高，難以保證水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和余氯合格率，也難以滿足現(xiàn)代化水廠管理的要求。而真空投加，由于所有的投加管線處于真空狀態(tài)，即使管道出現(xiàn)破裂，也不會(huì)出現(xiàn)泄氯現(xiàn)象，具有很好的安全可靠性[21]。加氯控制系統(tǒng)包括前加氯和后加氯系統(tǒng)，以及其它的測控儀器和儀表。 氯消毒簡介 ⑴ 氯消毒所謂氯消毒包括液氯、漂白粉、次氯酸鈉等消毒劑，通過其氧化作用殺滅微生物。國內(nèi)外的水廠絕大多數(shù)采用液氯消毒，不同的微生物對(duì)氯的耐受能力不同。飲用水加氯消毒可以殺滅絕大部分的腸道細(xì)菌和腸道病毒，但有些病毒耐受能力要強(qiáng)一點(diǎn)，需要過濾才能把一部分病毒殺死[11]。氯有多種化學(xué)形式，對(duì)于不含氨的原水，加氯以后立即產(chǎn)生以下水解反應(yīng)，生成次氯酸（HOCL）Cl2+H2O=HCL+HCLO+CL－+H＋ （4—1）分子氯Cl2在水中存在的時(shí)間很短，而反應(yīng)產(chǎn)物次氯酸HOCL和CL－是主要的存在形式，相對(duì)來說,其中的CL－具有惰性，對(duì)消毒和后續(xù)的氧化反應(yīng)所起作用不大，而HCLO則起主要消毒作用，整體消毒效果和氯的反應(yīng)能力。實(shí)際上是氯的不同化學(xué)形式的組合效果。~，這時(shí)HOCL的含量較高，消毒效果較好。⑵ 加氯量加氯量的多少和水中消耗氯的物質(zhì)種類和數(shù)量有密切的關(guān)系，水中的有機(jī)物和還原性物質(zhì)多，加氯量也將增加。加氯量增加時(shí)，余氯量也會(huì)增加。但過量加氯，不僅增加成本，而且自來水中有氯的味道，影響水的使用。相反，如果加氯量少則達(dá)不到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，極有可能殘存的細(xì)菌和病毒導(dǎo)致事故。 江河水源難免會(huì)受到各種有機(jī)物和無機(jī)物的污染，因此加氯量中包括需氯量和余氯量，如果原水中沒有細(xì)菌、氨和有機(jī)物等時(shí)，需氯量為零，加氯量就是剩余氯量，但是天然水源中總有各種污染物，需要消耗一定的氯，水質(zhì)越差需氯量就越大。我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，出廠水的游離余氯， mg/L。水廠運(yùn)行時(shí)要采用剩余氯指標(biāo)而不用細(xì)菌學(xué)指標(biāo)。是因?yàn)闇y定微生物指標(biāo)，如細(xì)菌總數(shù)和總大腸菌群很花時(shí)間，需要24~48h的培養(yǎng)，等到檢驗(yàn)得出結(jié)果時(shí)，出廠水早已被用戶使用，這時(shí)已經(jīng)來不及調(diào)整加氯量。但是測定剩余氯非?？?，手續(xù)也簡便，幾分鐘便可以得到結(jié)果，可以及時(shí)調(diào)整加氯量。各地的水源水質(zhì)不相同，加氯量需按運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。在本次設(shè)計(jì)中采用了自動(dòng)加氯系統(tǒng)，配置有自動(dòng)真空加氯機(jī)和余氯儀等，將加氯分為兩步，前加氯根據(jù)進(jìn)水量按比例自動(dòng)調(diào)節(jié)氯量，后加氯量根據(jù)余氯信息反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)，不但水質(zhì)改善，而且氯耗有所下降。 一般加氯量隨原水水質(zhì)、水溫和其他氣候條件而有變化，經(jīng)過混凝、沉淀和過濾后的水，~；水質(zhì)較差時(shí)，~。 加氯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，整個(gè)加氯系統(tǒng)的投加工藝為：液氯分裝在8個(gè)大約半噸重的氯瓶中，分為兩組，每4個(gè)氯瓶連接成一組，一用一備，采用自然蒸發(fā)和電阻加熱絲輔助加熱的方式向系統(tǒng)供氣。在氯瓶的壓力下，氯由某一組工作氣源流出，流經(jīng)氯瓶的出口管道時(shí)，由管道上纏著的電阻加熱絲加熱，以提高液態(tài)氯氣化速度，然后經(jīng)過氣液分離器，將液氯中雜質(zhì)分離出來。加氯時(shí)，依靠水射器所產(chǎn)生的真空作用，氯氣通過真空調(diào)節(jié)器、自動(dòng)切換裝置進(jìn)入加氯機(jī)，加氯機(jī)控制器給出的控制信號(hào)調(diào)節(jié)輸氯量，使氯氣順著水射器形成的真空管路輸送到投加點(diǎn)，在投加點(diǎn)處與水形成氯溶液注入管道中[15]。當(dāng)工作氣源氣壓降低到一定程度時(shí)，自動(dòng)切換裝置動(dòng)作，同時(shí)關(guān)閉工作氣源，啟用備用氣源，以保證供氣的連續(xù)性。根據(jù)真空投加的原理，真空加氯機(jī)加氯系統(tǒng)由氣液分離器、真空調(diào)節(jié)器、加氯機(jī)、取樣泵、余氯分析儀、水射器、漏氯檢測儀等組成。⑴ 前加氯系統(tǒng)包頭附近的黃河水中由于泥沙等雜物比較多，加助凝劑能夠加快絮凝沉淀。助凝劑的投加點(diǎn)一般是在投加混凝劑經(jīng)過混合以后的5~10min內(nèi)投加到水中。前加氯采用了前饋控制方案，能及時(shí)的控制加氯量，對(duì)投加氯量的要求不是很高，并且要求要及時(shí)，因此也正好適合前饋控制方式。利用傳感器檢測的信號(hào)送給比值控制器，并且符合流量與加氯量的控制要求，把輸出信號(hào)送給加氯機(jī)，有加氯機(jī)來控制加氯量的多少。在加氯機(jī)的輸出端安裝了止回閥，以保證能正確地向管道加氯，不致于由于管道中的水流壓力作用反沖到加氯管道中，從而保證了加氯機(jī)的正確運(yùn)行。⑵ 系統(tǒng)方框圖。此系統(tǒng)采用了前饋控制，利用比值控制器，將流量和氯按一定比例結(jié)合起來，起到絮凝的作用。 前加氯系統(tǒng)方框圖前加氯主要用來助凝和殺藻。由于水中耗氯一般比較穩(wěn)定，且對(duì)前加氯的殘余氯要求不高，因此采用流量比例加氯。前加氯的投加量與源水流量的大小成正比。原水流量信號(hào)經(jīng)過流量比值控制器計(jì)算出加氯機(jī)的開度，然后控制加氯機(jī)的閥門，實(shí)時(shí)根據(jù)取水流量的大小，調(diào)節(jié)加氯量。其控制的數(shù)學(xué)模型如式所示： Ic=KfQs （4—2）式中: Ic——控制器輸出；Kf——比例系數(shù)；Qs——原水瞬時(shí)流量。比例系數(shù)Kf的設(shè)定根據(jù)水中需氯量的多少而定。比例系數(shù)Kf的設(shè)定值可通過在上位監(jiān)控機(jī)或觸摸屏上由操作工人根據(jù)工藝要求及濾前水中余氯值的大小進(jìn)行改變，要求達(dá)到既消毒又降低成本的目的[21]。后加氯系統(tǒng)主要目的是對(duì)水進(jìn)行消毒，并使管網(wǎng)水中保持一定的余氯量。氯加入水中生成次氯酸，次氯酸可以消毒?；瘜W(xué)方程式 ：Cl2+H2O=HCL+HCLO (HCLO是次氯酸） （4—3）這是保證出廠水滿足衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)要求的把關(guān)環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格控制。由于要求水中余氯值比較恒定，而濾后水的需氯量是個(gè)變值，采用流量比值控制很難達(dá)到控制要求。因此，可采用濾后水余氯簡單反饋控制、復(fù)合環(huán)控制等方式。 后加氯系統(tǒng)方框圖在濾后加氯中，由于清水池進(jìn)水量在變化，氯耗值也在變化，但是余氯值要求控制精度穩(wěn)定，因此要求采用前饋+余氯負(fù)反饋的復(fù)合控制。該方案是流量比值控制與余氯PID控制的有機(jī)結(jié)合。前饋比例調(diào)節(jié)可以迅速地調(diào)整，根據(jù)處理水量變化適時(shí)確定氯需求變化；反饋調(diào)節(jié)可以對(duì)余氯偏差進(jìn)行更精確的修正，調(diào)節(jié)特性較簡單反饋有所改善。在復(fù)合控制過程中，余氯分析儀的余氯信號(hào)作為一個(gè)過程變量輸入控制器，控制器通過比較過程變量與余氯設(shè)定值產(chǎn)生的偏差，有PID方程計(jì)算出單位投加量，再根據(jù)進(jìn)水量計(jì)算出加氯量，從而控制加氯機(jī)的閥門開度進(jìn)行投加。該控制方案能根據(jù)進(jìn)水量快速調(diào)節(jié)加氯機(jī)的開度，同時(shí)又能夠根據(jù)反饋的余氯值對(duì)加氯量進(jìn)行調(diào)整，具有響應(yīng)速度快和控制效果較好的特點(diǎn)[11]。在該系統(tǒng)方框圖中，Wm(s)為前饋控制器；Wf(s)為過程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)；Wo(s)為過程控制通道傳遞函數(shù)，主要是指清水池投加點(diǎn)到檢測點(diǎn)的通道；f(t)為可測不可控?cái)_動(dòng)，這里指清水池的進(jìn)水量；y(t)為被控參數(shù)，是指清水池入口處的余氯值。在擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)輸出為 Y(s)=Wf(s)F(s)+WM(s)Wo(s)F(s)Wc(s)Wo(s)Y(s) （4—4）擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響可表示為 （4—5）由不變性原理可知，要實(shí)現(xiàn)對(duì)饒動(dòng)的完全補(bǔ)償，必定存在 =0 （4—6）解上式的分子方程式，有 WM(m）=－ （4—8） 加氯測控設(shè)備選型⑴ 真空加氯機(jī)加氯機(jī)主要是對(duì)氯氣投加的流量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，氯氣流量大小的調(diào)節(jié)一般采用差動(dòng)調(diào)節(jié)方式。對(duì)水體進(jìn)行殺菌消毒，目前主要用液氧、二氧化碳、次氯酸納等來滅菌以提高水質(zhì)，受事物的雙重性所制，上述幾種消毒形式也都存有利弊?，F(xiàn)就液氯消毒過程中的加氯機(jī)做簡單介紹[11]：① 安全性：在加氯機(jī)的選擇時(shí)，首先要考慮的是機(jī)子的安全可靠性，目前，仍有不少用戶使用轉(zhuǎn)子式正壓加氯機(jī)，雖然它的價(jià)格較低，但它結(jié)構(gòu)簡單，材質(zhì)較差，停水停電時(shí)也無法控制氯氣的輸送，所以常常出現(xiàn)氯氣的泄漏，難以有效的保證人身財(cái)產(chǎn)的安全。近年來，通過引進(jìn)國外具有先進(jìn)技術(shù)的負(fù)壓真空加氯機(jī)，使加氯過程的安全性有了明顯提高，雖然購置成本高了些，但在安全性及耐用性方面，得到了用戶的認(rèn)同，因此，負(fù)壓真空加氯機(jī)已成為用戶的首選。 ② 規(guī)格的選擇：加氯機(jī)是有很多規(guī)格指標(biāo)的，一般為：每小時(shí)輸送液、氣的量。如：0~2Kg/h、0~5Kg/h、0~10Kg/h……選擇每小時(shí)加氯量為多少的加氯機(jī)更為適合，這主要取決于原水的水質(zhì)情況。 ③ 實(shí)用性：負(fù)壓真空加氯機(jī)有手動(dòng)控制，自動(dòng)控制之分，如何對(duì)手動(dòng)加氯機(jī)或自動(dòng)加氯機(jī)進(jìn)行選擇，這還要根據(jù)用戶的實(shí)際情況而定。一般中、小企業(yè)以手動(dòng)加氯機(jī)更為實(shí)用。它操作簡便，運(yùn)行安全可靠，很少維修，保養(yǎng)維修費(fèi)用低，購置成本較少，而自動(dòng)控制的加氯系統(tǒng)更加適合一些大中型企業(yè)，它的購置成本較高，技術(shù)含量也高了許多。⑵ 真空調(diào)節(jié)器真空調(diào)節(jié)器是一種由彈簧驅(qū)動(dòng)的裝置。其內(nèi)部的真空節(jié)流閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，將氣源送出的氯氣進(jìn)行由正壓到負(fù)壓的轉(zhuǎn)換，使氯氣在負(fù)壓的狀態(tài)下被安全輸送到投加點(diǎn)，并減少供氣管路中氯氣液化的可能性。根據(jù)氯氣液化的特性，液化要在溫度低于2℃時(shí)才發(fā)生。所以當(dāng)設(shè)備性能受氯氣壓力影響時(shí)，真空調(diào)節(jié)器將可以有效地達(dá)到減少液化結(jié)冰的目的。同時(shí)，真空調(diào)節(jié)器還具有一個(gè)電阻加熱器，可以對(duì)流入真空調(diào)節(jié)器的氯氣進(jìn)行加熱。使用和安裝時(shí)，真空調(diào)節(jié)器應(yīng)盡量靠近氣源，以對(duì)供氣管道提供最大量的保護(hù)。⑶ 自動(dòng)切換裝置 自動(dòng)切換裝置內(nèi)部由一個(gè)控制器、兩個(gè)隔膜壓力切換開關(guān)及兩個(gè)電動(dòng)球閥組成，可分為氣相控制和液相控制兩種方式。其主要作用是對(duì)氣源進(jìn)行自動(dòng)切換，保持氣源的連續(xù)供給，確保加氯機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)一組氣源用完時(shí)，氯氣壓力達(dá)到某一設(shè)定值，自動(dòng)切換裝置動(dòng)作，兩組氣源自動(dòng)切換，使用備用氣源為加氯機(jī)提供氯氣，以保持整個(gè)系統(tǒng)氯氣的連續(xù)供給，但兩組氣源不會(huì)同時(shí)供給。⑷ 水射器水射器用于為真空加氯機(jī)形成高真空，它們通過ABS工程塑料管和止回閥與加氯機(jī)相接。止回閥的作用是將水與供氣管路隔開，防止水流入加氯系統(tǒng)管路，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于加氯機(jī)的差動(dòng)調(diào)節(jié)需要由水射器提供一個(gè)較為穩(wěn)定的真空，這就要求為水射器提供一個(gè)連續(xù)的高壓水系統(tǒng)。為此，可采用一個(gè)獨(dú)立的自用高壓水系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。⑸ 余氯分析儀余氯分析儀主要是用來連續(xù)測量水中的余氯含量，為控制器提供余氯信號(hào)。采用冰醋酸作為緩沖劑，~，測量范圍可根據(jù)用戶需要選擇。樣品溶液由取樣泵以大約500mL/s的速率送到水樣過濾器（多余通過溢流器排出），到達(dá)測量室，與余氯分析儀測量室的金電極、銅電極形成一個(gè)敏感的電解槽。在水樣通過兩個(gè)電極之間的環(huán)狀空間時(shí)，就會(huì)在兩個(gè)電極間形成一個(gè)與余氯值成線性關(guān)系的小電流。這個(gè)小電流經(jīng)過儀器電路的放大和溫度補(bǔ)償被還原成余氯值，通過LCD顯示出來，同時(shí)輸出一個(gè)與余氯含量成正比的4~20mA DC直流信號(hào)[11]。余氯分析儀測量室里填充許多小球，由一個(gè)小電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小球在金屬銅和金電機(jī)表面摩擦，以保持兩個(gè)電極表面的清潔，消除余氯測量中出現(xiàn)的漂移和振蕩，確保儀表測量的準(zhǔn)確性。⑹ 余氯控制器余氯的多少關(guān)系的出水水質(zhì)是否合格，是否滿足生活用水的要求，因此控制精度要求很高，動(dòng)態(tài)偏差要求小，因此采用PID控制器。⑺ 氣液分離器氣液分離器主要用來分離從氣源中帶來的未蒸發(fā)的液態(tài)氯和水