CN111268764A - 一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统 - Google Patents

一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海水淡化领域，公开了一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，包括设备、阀门、仪表、管路和电路，设备包括高压泵、变频器、透平式能量回收装置、反渗透膜组、PLC系统、电控柜，阀门包括球阀、安全阀、电动阀，仪表包括就地压力表、压力传感器、压力变送器、压力下限开关、转子流量计、电磁流量计、流量变送器、电导率传感器、电导率变送器，电控柜表面镶嵌HMI触摸屏，PLC系统通过电路与电控柜相连接。本技术方案能够对反渗透海水淡化系统进行控制和检测，降低装置故障检测和维修时间，实现自动控制、流程监视、故障报警等功能，保证该设备长期稳定运行。

Description

一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控 系统
技术领域
本发明涉及海水淡化领域，具体涉及一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统。
背景技术
海水淡化是解决水资源短缺的重要途径，是发展海洋经济的重要组成部分。反渗透技术作为发展最快的海水淡化主流技术之一，其工艺主要包括预处理模块、反渗透模块、水质调节检测模块、冲洗药洗模块等，其中反渗透模块是最重要的模块，经预处理模块处理的海水经中间水泵加压后海水一部分经高压泵提压后直接进入反渗透系统，反渗透浓水与能量回收装置进行压力交换，再通过余能回收对进入反渗透膜组的海水进行提压；反渗透产出的淡水进入产水池，浓盐水经过能量交换后直接排放。
利用能量回收技术通过回收高压浓盐水的余压能，可节省能耗40％～50％，从而大幅度降低运行成，因此，能量回收是反渗透海水淡化系统节能最为有效和关键的技术。透平式能量回收装置是海水淡化能量回收装备的形式之一，采用离心泵和水力透平同轴的集成化紧奏型结构设计，具有结构简单、回收率高、适应性强等优点。
通常情况下，海水淡化工程位于偏远孤立海岛，存在自然环境恶劣、常规能源供应紧张、专业运行维护人员缺乏等问题。因此，针对上述情况提出一种反渗透海水淡化远程监控系统很有必要。公开号为CN105573228A的专利申请公开了一种海水淡化系统的远程监控装置，该发明能够远程监控海水淡化系统，降低设备运行的人力成本、管理成本、维护成本，提高了生产效益和效率。公开号为CN208519283U的专利申请公开了一种海水淡化系统的远程监控装置，使海水的淡化效率大大提高。公开号为CN207079037U的专利申请公开了一种反渗透海水淡化控制系统，与现有技术相比，该实用新型提供的反渗透海水淡化控制系统可使现场施工方便、走线简单，传输速率高、成本低、占地小，现场控制维护容易、可快速处理故障的自动化水平高的反渗透海水淡化控制系统及方法。
针对反渗透海水淡化系统运行维护复杂等特点，设计一种基于PLC和人机界面(HMI)用于透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动化监控系统，对于提高海水淡化运维管理水平、保障产水水质等方面具有重要意义。
发明内容
本发明针对海水淡化反渗透模块中存在的问题，旨在提供一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，实现使用反渗透海水淡化系统的自动监控。
一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，该系统包括：设备、阀门、仪表、管路和电路。
设备包括：高压泵、变频器、透平式能量回收装置、反渗透膜组、PLC系统、电控柜；
阀门包括：球阀、安全阀、电动阀；
仪表包括：就地压力表、压力传感器、压力变送器、压力下限开关、转子流量计、电磁流量计、流量变送器、电导率传感器、电导率变送器；
管路的作用是连接设备、阀门、仪表和传输水的作用；
电路为传送电信号的线路；
高压泵入口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、压力下限开关、球阀，电磁流量计连接流量变送器，流量变送器、压力下限开关分别通过电路与PLC系统连接；
高压泵出口通过管路与透平式能量回收装置的泵侧入口相连接，高压泵出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统连接；
高压泵通过电路与变频器连接，变频器通过电路与PLC系统连接；
透平式能量回收装置的泵侧出口通过管路与反渗透膜组的入口相连接，透平式能量回收装置的泵侧出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器、球阀，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统连接；
反渗透膜组的浓盐水出口通过管路与透平式能量回收装置的透平侧入口相连接，反渗透膜组的浓盐水出口管路上，依次连接安全阀、球阀、压力传感器、就地压力表，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统连接；
透平式能量回收装置的透平侧出口通过管路与浓盐水排放口相连接，透平式能量回收装置的透平侧出口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、球阀，电磁流量计连接流量变送器，流量变送器通过电路与PLC系统连接；
反渗透膜组的淡水出口通过管路与反渗透产水池相连接，反渗透膜组的淡水出口管路上，依次连接电导率传感器、电磁流量计、电动阀，电导率传感器连接电导率变送器，电磁流量计连接流量变送器，电导率变送器、流量变送器、电动阀分别通过电路与PLC系统连接；
电控柜集电气、控制、操作于一体，电控柜表面镶嵌HMI触摸屏，PLC系统通过电路与电控柜相连接。
在本发明中，变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
高压泵采用PLC控制+变频控制+计量泵的方式，在PLC系统中写入控制程序，PLC系统根据采集到的工艺参数，通过计算出电流控制信号，然后将该电流信号给定变频器，从而控制计量泵的转速，达到控制高压泵增压大小的目的。
在透平式能量回收装置过程中，通过测定透平式能量回收装置泵侧进出口水和透平侧进出口水管道中的压力值和流量值，并将此压力值数据传送到PLC系统单元，经PLC控制程序分析计算，根据设定的最大压差值和流量差来确定透平式能量回收装置的工作状态，并根据测得的数据与设定值进行比较，发出警报，通过控制阀门来进行调整。
反渗透膜组在正常运转过程中，通过检测相关参数，包括反渗透膜组入口、淡水出口及浓排出口压力，通过固化在PLC系统单元中的计算程序和设定参数来判断分析系统的运行是否正常。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：针对反渗透海水淡化系统关键工艺环节中的自动监控技术原理，就地监控其所控制设备的工况和仪表的信号，与PLC系统和电控柜之间进行通信，实现数据交换。反渗透模块对压力、流量、电导率等传感器和变送器的反馈信号的实时检测，实现对高压泵、反渗透膜组和能量回收装置等突发情况的判断处理和控制，完成电气保护、高低压保护、淡水水质保护等多重连锁保护功能，当装置监测到相关参数低于或者高于自动控制系统设定值时，通过PLC系统内部计算和控制逻辑，系统会执行相关动作，并报警停机提示。本发明的技术方案能够有效对反渗透海水淡化系统进行控制和检测，极大程度地降低装置故障检测和维修时间，很好地实现了自动控制、流程监视、故障报警等功能，减轻了使用者管理和操作的强度，避免频繁的阀门切换和按钮操作失误，保证该设备长期稳定运行。
需要说明的是，本反渗透海水淡化自动监控系统所涉及的硬件结构以及PLC系统程序、触摸屏组态程序和上位机程序等是本领域技术人员能够依据现有技术很轻而易举实现的技术及产品，上述技术方案不属于本发明所要保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明的系统结构示意图；
图中：1、高压泵；2、变频器；3、透平式能量回收装置；4、反渗透膜组；5、安全阀；6、浓盐水排放口；7、反渗透产水池；8、电控柜；9、PLC系统；10电动阀；
在工艺流程图中，P表示压力，F表示流量，I表示就地显示，T表示远传，方框表示变送器；
圆圈PI表示就地压力表，圆圈PT表示压力传感器，圆圈FI表示转子流量计，圆圈FT表示电磁流量计，圆圈PSL表示压力下限开关；
方框圆圈PI表示压力变送器，方框圆圈FI表示流量变送器；
圆圈CE表示电导率传感器，圆圈CE表示电导率变送器；
方框圆圈内的数字标号01～04和圆圈内的数字标号01～05表示的仪表的编号。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：如图1所示，一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，该系统包括：设备、阀门、仪表、管路和电路。
设备包括：高压泵1、变频器2、透平式能量回收装置3、反渗透膜组4、PLC系统9、电控柜8；
阀门包括：球阀、安全阀5、电动阀10；
仪表包括：就地压力表、压力传感器、压力变送器、压力下限开关、转子流量计、电磁流量计、流量变送器、电导率传感器、电导率变送器；
管路的作用是连接设备、阀门、仪表和传输水的作用；
电路为传送电信号的线路；
高压泵1入口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、压力下限开关、球阀，电磁流量计连接流量变送器，流量变送器、压力下限开关分别通过电路与PLC系统9连接；
高压泵1出口通过管路与透平式能量回收装置3的泵侧入口相连接，高压泵1出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统9连接；
高压泵1通过电路与变频器2连接，变频器2通过电路与PLC系统9连接；
透平式能量回收装置3的泵侧出口通过管路与反渗透膜组4的入口相连接，透平式能量回收装置3的泵侧出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器、球阀，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统9连接；
反渗透膜组4的浓盐水出口通过管路与透平式能量回收装置3的透平侧入口相连接，反渗透膜组4的浓盐水出口管路上，依次连接安全阀5、球阀、压力传感器、就地压力表，压力传感器连接压力变送器，压力变送器通过电路与PLC系统9连接；
透平式能量回收装置3的透平侧出口通过管路与浓盐水排放口6相连接，透平式能量回收装置3的透平侧出口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、球阀，电磁流量计连接流量变送器，流量变送器通过电路与PLC系统9连接；
反渗透膜组4的淡水出口通过管路与反渗透产水池7相连接，反渗透膜组4的淡水出口管路上，依次连接电导率传感器、电磁流量计、电动阀10，电导率传感器连接电导率变送器，电磁流量计连接流量变送器，电导率变送器、流量变送器、电动阀10分别通过电路与PLC系统9连接；
电控柜8集电气、控制、操作于一体，电控柜8表面镶嵌HMI触摸屏，PLC系统9通过电路与电控柜8相连接。
在本实施例中，变频器2(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器2根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
高压泵1采用PLC控制+变频控制+计量泵的方式，在PLC系统9中写入控制程序，PLC系统9根据采集到的工艺参数，通过计算出电流控制信号，然后将该电流信号给定变频器2，从而控制计量泵的转速，达到控制高压泵1增压大小的目的。
在透平式能量回收装置3过程中，通过测定透平式能量回收装置3泵侧进出口水和透平侧进出口水管道中的压力值和流量值，并将此压力值数据传送到PLC系统9单元，经PLC控制程序分析计算，根据设定的最大压差值和流量差来确定透平式能量回收装置3的工作状态，并根据测得的数据与设定值进行比较，发出警报，通过控制阀门来进行调整。
反渗透膜组4在正常运转过程中，通过检测相关参数，包括反渗透膜组4入口、淡水出口及浓排出口压力，通过固化在PLC系统9单元中的计算程序和设定参数来判断分析系统的运行是否正常。
在本实施例中，针对反渗透海水淡化系统关键工艺环节中的自动监控技术原理，就地监控其所控制设备的工况和仪表的信号，与PLC系统9和电控柜8之间进行通信，实现数据交换。反渗透模块对压力、流量、电导率等传感器和变送器的反馈信号的实时检测，实现对高压泵1、反渗透膜组4和能量回收装置等突发情况的判断处理和控制，完成电气保护、高低压保护、淡水水质保护等多重连锁保护功能，当装置监测到相关参数低于或者高于自动控制系统设定值时，通过PLC系统9内部计算和控制逻辑，系统会执行相关动作，并报警停机提示。本实施例的技术方案能够有效对反渗透海水淡化系统进行控制和检测，极大程度地降低装置故障检测和维修时间，很好地实现了自动控制、流程监视、故障报警等功能，减轻了使用者管理和操作的强度，避免频繁的阀门切换和按钮操作失误，保证该设备长期稳定运行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (5)

1.一种使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，包括：设备、阀门、仪表、管路和电路，其特征在于，所述的设备包括：高压泵(1)、变频器(2)、透平式能量回收装置(3)、反渗透膜组(4)、PLC系统(9)、电控柜(8)，所述的阀门包括：球阀、安全阀(5)、电动阀(10)，所述的仪表包括：就地压力表、压力传感器、压力变送器、压力下限开关、转子流量计、电磁流量计、流量变送器、电导率传感器、电导率变送器；
所述的高压泵(1)入口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、压力下限开关、球阀；
所述的高压泵(1)出口通过管路与透平式能量回收装置(3)的泵侧入口相连接，所述的高压泵(1)出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器，所述的压力传感器连接压力变送器；
所述的高压泵(1)通过电路与变频器(2)连接；
所述的透平式能量回收装置(3)的泵侧出口通过管路与反渗透膜组(4)的入口相连接，所述的透平式能量回收装置(3)的泵侧出口管路上，依次连接就地压力表、压力传感器、球阀；
所述的反渗透膜组(4)的浓盐水出口通过管路与透平式能量回收装置(3)的透平侧入口相连接，所述的反渗透膜组(4)的浓盐水出口管路上，依次连接安全阀(5)、球阀、压力传感器、就地压力表；
所述的透平式能量回收装置(3)的透平侧出口通过管路与浓盐水排放口(6)相连接，所述的透平式能量回收装置(3)的透平侧出口管路上，依次连接就地压力表、电磁流量计、球阀；
所述的反渗透膜组(4)的淡水出口通过管路与反渗透产水池(7)相连接，所述的反渗透膜组(4)的淡水出口管路上，依次连接电导率传感器、电磁流量计、电动阀(10)。
2.根据权利要求1所述的使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，其特征在于，所述的电磁流量计连接流量变送器，所述的压力传感器连接压力变送器，所述的电导率传感器连接电导率变送器。
3.根据权利要求2所述的使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，其特征在于，所述的流量变送器、压力下限开关、压力变送器、变频器(2)、电导率变送器、电动阀(10)分别通过电路与PLC系统(9)连接。
4.根据权利要求3所述的使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，其特征在于，所述的PLC系统(9)通过电路与电控柜(8)相连接。
5.根据权利要求4所述的使用透平式能量回收装置的反渗透海水淡化自动监控系统，其特征在于，所述的电控柜(8)表面镶嵌HMI触摸屏。
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