浸没式超滤系统膜池液位和产水流量自动控制系统的改进

浸没式超滤系统膜池液位和产水流量自动控制系统的改进

关鹏 陈天池 张帆

华能包头第三热电厂，内蒙古，包头市 014000

摘要：浸没式超滤系统，由于流量测量不稳定和一台补水泵供给多个膜池等原因，浸没式超滤系统膜池液位和产水流量自动控制系统的控制精度差、响应时间长。通过新控制方案大幅度提高了浸没式超滤系统膜池液位和产水流量自动控制系统的调节品质。

关键词：浸没式超滤 膜池液位 产水流量 控制系统

前言

浸没式超滤系统主要包括：补水泵、膜池、超滤膜组件、产水泵、水反洗泵、气反洗泵。浸没式超滤运行工艺包括：产水阶段、维护性清洗阶段和恢复性清洗阶段。目前，浸没式超滤主要通过产水泵频率来控制产水流量，补水泵频率来控制膜池液位。1 膜池液位和产水流量自动控制系统存在的问题

目前，一般水处理系统会配置多套（≥3套）浸没式超滤系统，每套配置一台产水泵控制产水流量，但是补水泵不会每套浸没式超滤系统配置一台，基本采用母管制进行补水来控制膜池液位。本次研究就是针对这一配置结构，来开发稳定、工艺简单的浸没式超滤系统产水流量和膜池液位自动控制系统。在浸没式超滤系统产水流量和膜池液位的自动控制上存在如下几个问题：

1. 1. 膜池液位不稳定，易出触发浸没式超滤系统液位低保护

在多套浸没式超滤系统同时运行，补水泵需要同时供给多套超滤系统，各套超滤系统膜池液位不可能相同。经常出现一台超滤膜池液位过高，需要降低补水泵频率，而另一台超滤膜池液位低需要增加补水泵频率的现象。两套膜池液位自动控制系统的相互耦合作用，导致液位调节品质不佳。由于超滤膜池液位为防止溢流，设有液位高保护并且保护等级高于液位低保护，所以经常会出现液位低的情况。即使可以通过，超滤膜池入口门进行解耦控制，但是会导致超滤膜池液位处于区间控制，无法稳定液位。

1. 2. 补水泵启停频繁，导致故障时常发生，影响补水泵设备寿命

膜池液位采用区间控制，例如：液位高于H值时，停运；液位低于L值时，启动。这样就会导致补水泵由于液位的变化频繁启停，会出现补水3min，停运30s，再补水3min，这种循环反复的情况。频繁的启停导致补水泵故障频发，并且缩短补水泵的设备寿命，不利于超滤系统的安全稳定运行。

1. 3. 产水流量，波动大，控制指标差

通过分析，产水流量波动的原因有两个：（1）膜池液位高低对产水流量的影响。产水泵在同一频率或出力下，当膜池液位高，超滤膜被浸没的多，出水量大，当膜池液位低，超滤膜被浸没的少，出水量小。由于1.1和1.2的问题，膜池液位控制不能控制在稳定液位，波动较大，势必会影响产水流量，导致产水流量波动大。（2）浸由于真空排气不净，导致管路内存在空气，流体无法满管，导致电磁流量计测量会出现波动，造成测量不稳定，进而影响产水流量的控制。

2 膜池液位和产水流量自动控制方案设计

通过对造成浸没式超滤系统结构的分析，我们只要保证超滤膜池液位稳定，那么补水量必然等于产水量，这是我们重新设计产水流量和膜池液位自动控制方案的前提。

通过分析调研，发现每套浸没式超滤系统的的膜池补水流量测量稳定，根据前面的理论前提，可以用膜池补水流量来代替产水流量进行控制。所以，新的产水流量和膜池液位自动控制，将采用补水流量调节来代替产水流量调节，执行机构为补水泵，超滤膜池液位控制的调节量由补水量改为产水量，调节机构为产水泵。具体设计如下：

2.1 膜池液位控制

新调节方案将采取定值-前馈控制。液位控制定值设定，根据膜池出水、安全，不同规格确定定值。将外部扰动补水流量作为前馈值，提高自动控制系统的快速响应能力。超滤会经常出现产水阶段结束，停止产水泵的情况。如产水泵停止，自动控制系统仍然在自动状态，必然会造成膜池液位偏差无法消除，PID运算输出值超出量程范围，对产水阶段恢复初期，膜池液位控制造成非常严重的影响，所以必须设置，自动控制系统自动切手自动的功能。SAMA图设计如下所示：

2.2 产水流量控制

根据超滤膜池液位稳定，那么补水量必然等于产水量的理论前提，新调节方案将采取定值-前馈控制，将采用补水流量调节来代替产水流量调节，执行机构为补水泵。由于采用单台补水泵补给多套超滤系统，那么产水流量的设定值必须根据超滤运行的套数来不断改变，根据预先设定，通过超滤运行套数来判断，选择设定值。补水泵频率设定了基础频率前馈，同样根据超滤运行套数来进行选择。为了减少在设定值快速变化导致偏差大，PID的比例计算作用强的情况，需要在设定值快速变化的到恢复正常这段时间内，切除PID中的比例计算。如果补水泵停止，自动控制系统仍然在自动状态，必然会造成产水偏差无法消除，PID运算输出值超出量程范围，对产水阶段恢复初期，产水流量控制造成非常严重的影响，所以必须设置，自动控制系统自动切手自动的功能。SAMA图设计如下所示：

3 膜池液位和产水流量自动控制效果分析

3.1 膜池液位自动控制效果分析

新膜池液位自动控制系统，在华能包头第三热电厂循环废水超滤系统头投运后，两台超滤的膜池液位控制系统在无扰动的试验运行，连续多日，膜池液位控制在设定值2.7m，工况稳定时膜池液位最大超调量为0.1m，系统存在大幅扰动时膜池液位最大超调量为0.3m。

3.2 产水流量自动控制效果分析

新膜产水流量自动控制系统，在华能包头第三热电厂循环废水超滤系统头投运后，不同套数超滤运行时在无扰动的试验，连续多日，产水流量控制在设定值附近，工况稳定时产水流量最大超调量为5t/h，系统存在大幅扰动时产水流量最大超调量为15t/h。

4 总结

本次膜池液位和产水流量的新控制系统，是在系统设备不变的情况下，通过控制思路的改变，提高了自动控制系统的控制精度和响应能力。为浸没式超滤的膜池液位和产水流量提供了新方法。

参考文献：

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[2]王树清．先进控制技术及应用[M].北京:化学工业出版社.2005

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