CN101620429A

CN101620429A - 一种钢铁工业数字化水网系统

Info

Publication number: CN101620429A
Application number: CN200910089148A
Authority: CN
Inventors: 李素芹; 王姜维; 熊国宏
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2010-01-06

Abstract

本发明属于计算机应用领域，涉及一种钢铁工业数字化水网系统。本系统由上位机控制系统、数据通讯网络、PLC控制系统和在线仪表及传感器组成，其中在线仪表由水位计、pH分析仪、水温仪、悬浮物分析仪、硬度分析仪、碱度分析仪、油分析仪、电导分析仪、热阻分析仪、氯分析仪、钙分析仪、镁分析仪、SiO₂分析仪、总溶固分析仪组成；在水网现场安装在线监测仪器，通过传感器及其组件将数据传送至PLC，再经过PLC控制输送到系统的人机界面，通过软件的编程实现数据的显示、判断和警示功能。由于现场数据能够及时传输至PC机，操作人员能实时掌握水网运行情况，通过诊断系统的结果来指导控制现场运行。本发明能够使工作人员随时掌握水质水量运行状况，从宏观上管理控制水网系统，挖掘节水潜力，将水资源浪费降到最低。

Description

一种钢铁工业数字化水网系统

技术领域

本发明属于计算机应用领域，涉及一种钢铁工业数字化水网系统，特别涉及一种由数字计算机控制的钢铁工业数字化水网在线监测、诊断及预警系统。

背景技术

随着人口的增长和工业的发展，我国面临水资源严重紧张的局面，结构性和水质性缺水又加剧了问题的严重性。虽然水资源是宝贵的战略资源，但是浪费现象十分严重，用水效率低，在现有的钢铁工业水网中，多数企业未安装水网在线监测系统，工作人员从现场采集水样进行实验室化学及仪器分析，不能及时掌握各个用水节点的详细情况和采取应对措施；或者是只对某一个用水节点安装了监测系统，在这种用水状态下，用水网络和排水网络都没有得到优化管理，也不能从系统宏观角度上对水网进行控制，结果导致钢铁工业水节点运行不能有效控制和水资源的不合理利用。与此同时，“十一五”规划的约束性指标中规定“万元工业增加值取水量下降30％”的硬指标，面对这些挑战，企业不断改进技术挖掘节水潜力，实现水资源最大化利用和最小化排放。

数字化水网是依托计算机和通讯技术，结合专家知识库，通过对水网节点进行有效的、有序地整合，建设具有统一信息平台和完善的各类信息数据库，形成整个水网管理和服务功能的信息数字化，实现水网在线监测控制、诊断和预警。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种钢铁工业系统用水网络的数字化系统，能够使工作人员随时掌握水质水量运行状况，从宏观上管理控制水网系统，挖掘节水潜力，将水资源浪费降到最低。

一种钢铁工业数字化水网系统，其特征是：本系统由上位机控制系统1、数据通讯网络2、PLC控制系统3和在线仪表及传感器4组成，其中在线仪表柜由水位计5、pH分析仪6、水温仪7、悬浮物分析仪8、硬度分析仪9、碱度分析仪10、油分析仪11、电导分析仪12、热阻分析仪13、氯分析仪14、钙分析仪15、镁分析仪16、SiO₂分析仪17、总溶固分析仪18组成。在水网现场安装在线监测仪器，通过传感器及其组件将数据传送至PLC(Programmable Logic Controller)，再经过PLC控制输送到系统的人机界面，通过软件的编程实现数据的显示、判断和警示功能。由于现场数据能够及时传输至PC(Personal Computer)机，操作人员可以实时掌握水网运行情况，通过诊断系统的结果来指导控制现场运行。

本发明针对的是能使当前的钢铁工业水网实时在线监测、诊断和预警的系统，为了达到此目的，操作者通过在线仪表和传感器，实时从现场采集水位(m)、pH值、SS(悬浮物浓度)(mg/L)、硬度(以碳酸钙计，mg/L)、碱度(mg/L)、含油量(mg/L)、Cl^-(氯离子浓度)(mg/L)、Ca²⁺(钙离子浓度)(mg/L)、Mg²⁺(镁离子浓度)(mg/L)、SiO₂浓度(mg/L)、总溶解固体浓度(mg/L)、温度(℃)、电导率(μS/cm)和热阻值(m²·K/W)参数值，通过系统的人机界面将关键参数在线显示出来，它们由操作员在诊断过程中选定，即操作者从采集的数据中选择出于诊断有关的参数，然后将这些参数输入诊断系统，最后将诊断结果和警示信息通过人机界面显示。例如，在净环水补充水系统中，从现场实时采集总溶解固体浓度(mg/L)、温度(℃)、硬度(mg/L)、碱度(mg/L)和pH值，将这些采集的参数值输入诊断系统，经过经验公式计算得出相应的饱和pH值和平衡pH值，分别用Langelier，Ryznar，Puckorius三种指数判断标准进行判断，按照判定结果和加药专家系统共同确定投加药剂。与此同时，运行水系统采集pH值、钙离子浓度(mg/L)、氯离子浓度(mg/L)、含油量(mg/L)，悬浮物浓度(mg/L)，硬度(mg/L)，水温(℃)，电导率(μS/cm)和热阻值(m²·K/W)，将实时采集值与标准值对比，若超过标准，在报警界面上显示，此外判定系统采集运行水氯离子浓度(mg/L)、补充水氯离子浓度(mg/L)、运行水钙离子浓度(mg/L)、补充水钙离子浓度(mg/L)进行判定，输出判定结果。

本发明优点是能够使工作人员随时掌握水质水量运行状况，从宏观上管理控制水网系统，挖掘节水潜力，将水资源浪费降到最低。

附图说明

图1是数字化水网系统图，图中：1上位机控制系统；2数据通讯网络；3PLC控制系统；4在线仪表及传感器；5水位计；6pH分析仪；7水温仪；8悬浮物分析仪；9硬度分析仪；10碱度分析仪；11油分析仪；12电导分析仪；13热阻分析仪；14氯分析仪；15钙分析仪；16镁分析仪；17SiO₂分析仪；18总溶固分析仪。

图2是高炉净环水系统图，图中：19冷水池；20旁滤池；21冷水泵组；22高炉净环用水点；23热水池；24热水泵组；25冷却塔；26排污口；27补充水监测点；28冷水池监测点；29热水池运行水监测点。

图3是高炉净环水系统监测界面。

图4是高炉净环补充水水质稳定性诊断程序图。

图5是高炉净环补充水投加药剂诊断程序图。

图6是转炉烟气冲洗水诊断程序图。

具体实施方式

如图1所示，本系统由上位机控制系统1、数据通讯网络2、PLC控制系统3和在线仪表及传感器4组成，其中在线仪表柜由水位计5、pH分析仪6、水温仪7、悬浮物分析仪8、硬度分析仪9、碱度分析仪10、油分析仪11、电导分析仪12、热阻分析仪13、氯分析仪14、钙分析仪15、镁分析仪16、SiO₂分析仪17、总溶固分析仪18组成。此外，上位机控制系统由自主编程软件，结合专家知识库，来实现工业现场的监测、数据采集、用水节点的实时监测和诊断，并根据现场水质提出专家改进意见。

鉴于钢铁工业水网中节点繁多复杂，本发明仅以较为重要的几个子系统为例进行介绍。

参照附图，图2是高炉净环水系统图，包括钢铁工业水网子系统的水循环流程，在补充水部分，需安装pH分析仪6、水温仪7、悬浮物分析仪8、硬度分析仪9、碱度分析仪10、油分析仪11、电导分析仪12、氯分析仪14、钙分析仪15、镁分析仪16、SiO₂分析仪17和总溶固分析仪18，附图3为高炉净环水子系统的监测界面，可直观了解各个参数值。水质倾向的判定程序如图4所示，它包含了三种判定公式的结合，更有利于准确判定，首先将现场采集的碱度、硬度、实测pH值、温度和总溶解性固体经传感器传输至人机界面，处理器执行计算当前的饱和pH值和平衡pH值。然后计算LSI，并根据结果判定水质倾向；与此同时，步计算PSI、RSI，并根据结果判定水质倾向，综合对比分别得出的结果，如果有两个或两个以上判定结果相同，则输出该判定结果，否则，提示系统进行现场分析。

参照附图，图5是水质倾向诊断图，根据水质的结垢腐蚀倾向，结合水质其它参数进行加药判断，高炉净环补充水加药流程如图5，系统在启动之后，将现场采集的收集硬度、碱度、[Mg²⁺]、[SiO₂]传输至人机界面，若硬度(mg/L)与碱度(mg/L)之和小于1000，而且硬度(mg/L)与碱度(mg/L)之差小于0时，则投加A系列药剂：当硬度(mg/L)介于0～35mg/L，宜投加药剂A₁，当硬度(mg/L)介于35～87mg/L，宜投加药剂A₂，当硬度(mg/L)介于87～177mg/L，宜投加药剂A₃，当硬度(mg/L)介于177～357mg/L，宜投加药剂A₄，当硬度(mg/L)大于357mg/L，宜投加药剂A₅；若硬度(mg/L)与碱度(mg/L)之和小于1000且硬度(mg/L)与碱度(mg/L)之差大于0，则投加B系列药剂：若[Mg²⁺]与[SiO₂]的乘积小于等于15000，宜投加药剂B₁，若[Mg²⁺]与[SiO₂]的乘积大于15000，宜投加药剂B₂；若硬度(mg/L)与碱度(mg/L)之和大于等于1000时，则投加C系列药剂。

在运行水部分，运行水状态依据多年现场经验，由极限碳酸盐硬度对其进行判定具有客观准确性。将现场采集的行水氯离子浓度Cl^-r(mg/L)、补充水氯离子浓度Cl^-m(mg/L)、运行水钙离子浓度Ca²⁺r(mg/L)和补充水钙离子浓度Ca²⁺m(mg/L)传输至人机界面，通过ΔA＝|NCl^--NCa²⁺|＝|(Cl^-r/Cl^-m)-(Ca²⁺r/Ca²⁺m)|公式计算，ΔA≤0.2时，运行状况“稳定”，否则运行状况“排放”。

浊环水系统对水质要求不高，以转炉烟气冲洗水为例，对SS(悬浮物浓度)进行判定：SS≤100mg/L，输出结果“稳定”；否则，输出结果“排放”，具体判定程序参照附图6。

Claims

1.一种钢铁工业数字化水网系统，其特征是：本系统由上位机控制系统(1)、数据通讯网络(2)、PLC控制系统(3)和在线仪表及传感器(4)组成，其中在线仪表由水位计(5)、pH分析仪(6)、水温仪(7)、悬浮物分析仪(8)、硬度分析仪(9)、碱度分析仪(10)、油分析仪(11)、电导分析仪(12)、热阻分析仪(13)、氯分析仪(14)、钙分析仪(15)、镁分析仪(16)、SiO₂分析仪(17)、总溶固分析仪(18)组成；在水网现场安装在线监测仪器，通过传感器及其组件将数据传送至PLC，再经过PLC控制输送到系统的人机界面，通过软件的编程实现数据的显示、判断和警示功能。由于现场数据能够及时传输至PC机，操作人员能实时掌握水网运行情况，通过诊断系统的结果来指导控制现场运行。

2.根据权利要求1所述的钢铁工业数字化水网系统，其特征是：它能够实现钢铁工业循环冷却水的在线监测、诊断和预警；首先，其净环水系统实现方法包括如下步骤：

(1)利用PC机和PLC采集传输系统和在线仪表连续采集水位、pH值、SS悬浮物浓度、以碳酸钙计硬度、碱度、含油量、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SiO₂浓度、总溶解固体浓度、温度、电导率和热阻值的参数值，关键参数Cl^-、硬度、污垢热阻值的实时监测值与标准值比较，若超过标准值，发出预警提示；

(2)将收集的数据总溶解固体浓度、温度、硬度、碱度和pH值输入诊断系统，经过经验公式计算得出相应的饱和pH值和平衡pH值，分别用Langelier，Ryznar，Puckorius三种指数判断标准判断其水质倾向，当两种或三种判断标准的判断结果相同时，系统直接在状态显示判定结果，当三种判断标准的结果各不相同时，在状态建议进行现场综合分析；

(3)用收集的硬度、碱度、[Mg²⁺]、[SiO₂]参数来综合判定的该系统宜投加的水处理药剂，根据不同结果投加不同系列药剂；

(4)将补充水监测点收集的Cl^-、Ca²⁺和热水池运行水监测点收集的Cl^-、Ca²⁺输入ΔA＝[NCl^--NCa²⁺|＝|(Cl^-r/Cl^-m)-(Ca²⁺r/Ca²⁺m)|公式计算，根据ΔA来判定净环水运行水的运行情况，ΔA≤0.2时，运行状况“稳定”，否则运行状况“排放”。

3.根据权利要求1所述的钢铁工业数字化水网系统，其特征是：它能够实现钢铁工业循环冷却水的在线监测、诊断和预警；其浊环水系统实现方法为利用PC机、PLC、数据通讯网络和在线仪表连续采集SS和含油量，分别与各自标准值比较，若超过标准值，系统提出警示并输出“超标排放”，反之输出“运行稳定”。