广东石油化工学院

河东水厂认识实习

            

学生姓名：      林子暮       

专    业：  电气工程及其自动化 

班    级：     电气10-3班     

学    号：     11034020349      

指导老师：    张          三   

实习日期：20##年6月23日——20##年6月27日

一、茂名河东水厂介绍

茂名河东水厂的建设共分为两期：首期工程于 1993 年开工建设，95 年开始供水，日供水量可达10 万立方米；1998 年茂名市政府利用国债资金和丹麦贷款建设了河东水厂二期工程，二期工程的日供水量也可达10 万立方米，但是，从技术指标上来看，二期工程的技术指标总体上优于首期。如今，茂名河东水厂日供水量约为12—13 万立方米，因此其富余能力大。

二、茂名河东水厂工艺流程概述

茂名河东水厂的工艺流程如图1 所示：

图1 茂名河东水厂的工艺流程图

 茂名河东水厂的源水来自于高州水库，高州水库的水经明渠引至山阁调节水库。山阁调节水库的作用主要有：用一个源水阀进行流量大小的控制，控制进厂水量的控制（河东水厂的进水量就是由在山阁调节水库的源水阀进行控制的）；山阁调节水库的另一个作用是具备自净化功能，一般只需7~10 天就可以去除大部分的有毒物质。山阁调水水库的水用1.2m的暗渠引至河东水厂。水厂采用常规水处理工艺，它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。

混凝反应处理：原水经取水泵房提升后，首先经过混凝工艺处理，即：原水 + 水处理剂 → 混合 → 反应 → 矾花水；进入河东水厂源水含有各种杂质、细菌（大肠杆菌）、藻类，需要进行一定的处理，才能够成为合格自来水。所以，药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止，整个称混凝过程。进入水厂的源水最重要的工艺是加药，一来是吸附源水中的各种杂质，一是杀死水中的有害细菌和藻类。常用的水处理剂有聚合氯化铝、硫酸铝、三氯化铁等。相应加的药品分别是聚合氯化铝（特殊情况如发洪水是要用硫化铝）和消毒剂（茂名河东水厂用的是液氯，因为液氯成本低，原材料丰富，有的水厂也用臭氧或者氨气进行消毒）。

在水厂，源水首先加入氯化铝溶液，然后加入氯化铝溶液的源水进入混合槽，在混合槽里，药剂和源水进行充分的混合。混合后的源水进入反应池，在反应池里，药剂和源水进行充分反应，并生成矾花——由氯化铝吸附水中的杂质和细菌生成。为了使药剂和源水进行充分的反应，反应池经过特殊的设计，以延长反应时间，反应池的结构如图2 所示；经过混合槽的混合水要留过很长的路径才能够达到出水口，这样就延长了源水和氯化铝的接触和反应时间，从而使源水和氯化铝能够得到充分的反应。

     图2 反应池的结构示意图

沉淀处理：混凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀，这个过程在沉淀池中进行。从反应池出来的水含有大量的矾花，需要进入沉淀池进行沉淀，把生成的矾花和清水分离。沉淀池的结构如图3 所示，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区。水中的颗粒沉于池底，污泥不断堆积并浓缩。在矾花区设置一台抽泥机，定期将沉淀的矾花抽出沉淀池。靠近出水口的地方为清水区，在清水区靠近液面的地方用集水槽收集清水。茂名河东水厂一期的沉淀池的结构与二期的沉淀池的结构不同，二期的沉淀池对矾花的沉淀效果更好。

图3 沉淀池的结构示意图

过滤处理：从沉淀池出来的清水含有少量的矾花和细菌（如大肠杆菌），需要经过滤池进行过滤。过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，滤池的主要成分为1.2m 的石英砂，利用石英砂对物质（如矾花）的吸附作用，将沉淀池出来的清水过滤干净。

滤后消毒处理：沉淀池出来的清水投入氯气，投入氯气的作用是除去水中细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等，使水呈现澄清。消毒则起了保证饮用达到饮用水细菌学指标的作用，同时它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制细菌繁殖且预防污染。消毒的加氯量(液氯)在1.0-2.5g/m3之间。主要是通过氯与水反应生成的次氯酸在细菌内部起氧化作用，破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。由于石英砂吸附了矾花，为保证供水的质量，需要定期对滤池进行反冲洗，冲洗掉吸附在石英砂上的矾花。反冲洗的步骤主要有先气洗两分钟，让石英砂疏松；然后再水洗和气洗一起，冲洗掉吸附在石英砂上面的矾花；最后用水洗将脱落的矾花冲进排水槽，排出滤池。茂名河东水厂的一期滤池需要20 小时反冲洗一次，而二期滤池需要24 小池反冲洗一次，这是因为二期的沉淀池对矾花的沉淀效果比一期的沉淀效果更好。从滤池出来的清水基本就是成品水了，此时的清水进入清水池，等待进入高压泵房进行加压。清水池的成品水进入泵房加压后直接与城市管网相连接，为城市供水。

2.1 加药间工艺流程

加药间的工艺流程图如图4 所示。

图4 加药间流程图

2.1.1 工艺流程概述

茂名河东水厂的加药间加的药主要是投矾（氯化铝）和加氯。需要强调的是，由于是水厂是连续生产的单位，所以无论是加药间还是上面全厂的工艺流程，所有的设备，包括泵、处理池、电动机都是设置两套，实现一备一用，保证连续生产。

从山阁调节水库来的源水经过源水阀进厂，然后用流量计测量源水的流量，该流量信号作为投矾量的一个控制信号。流量计测得的流量信号（差压信号），经现场的运算放大电路放大成4~20mA的信号（模拟信号）送到现场控制仪表。为保证现场运算放大电路的可靠工作，设置了一个稳压器，为现场运算放大电路提供稳压电源。源水经过流量计后，首先是进行前加氯和加矾。前加氯的作用是当成品水的余氯指标达不到要求时，才进行前加氯；另外，在特殊情况下，如源水的质量不好，经过处理后，余氯仍然达不到指标的话，就需要前加氯。由于茂名河东水厂的源水来自于高州水库，质量比较好，所以前加氯现在已经不用（对于部分源水来自河水的水厂，前加氯还是必须的，这也是茂名河东水厂当时设计时考虑了前加氯的原因）。

紧接着前加氯之后的另一工艺加药工艺是投矾。投矾，就是向源水中投入氯化铝溶液，氯化铝溶液来自于矾池。所以，在投矾站，师傅将固体聚合氯化铝固体投入到矾池。投入矾池中的聚合氯化铝的量需要进行控制，这个控制是一个经验参数，由工人师傅根据经验投入。矾池有两个，互相备用。师傅在矾池投矾的流程为：来自清水池的自来水通过图4 的进水阀门进入矾池，由师傅将聚合氯化铝固体投入矾池进水侧，形成氯化铝溶液；矾池的进水侧和出水侧有挡板，防止杂物进入出水管道，阻塞出水管道；在矾池上还设置有搅拌机，用于加速氯化铝固体溶解，使氯化铝溶液均匀；另外，矾池上方还设置有超声波液位计，用于测量矾池的液位。

由于矾池有两个，一备一用，所以在氯化铝溶液的出水口设置了一个矾池切换阀，用于切换那个矾池作为备用状态，那个作为工作状态。投矾时，首先由矾池抽出氯化铝溶液，然后经过提升泵，提高溶液的压力。之后，高压的氯化铝溶液通过投矾泵投入到源水中。投矾泵的投入量需要根据源水流量和矾花生成量来控制，源水的流量控制投矾泵电机的转速；矾花生成量控制投矾泵的振幅。源水流量越大，投矾泵电机的转速越快，投入氯化铝溶液的量越大；而矾花生成量（反应矾花的生成效果）控制投矾泵的振幅，振幅越大，投入的氯化铝溶液的量越大。从提升泵中流出的氯化铝溶液一部分按照控制要求投入到源水中，另外一部分通过回流管道和回流阀流回矾池。由于茂名河东水厂矾池出来的氯化铝溶液的压力已经足够大，已无需通过提升泵来提升其压力，这也是茂名河东水厂在设计上的一个问题。但是由于提升泵串联在管道当中，所以实际运行时，仍然需要让提升泵运行，这样大大地浪费了大量的电能。此外，部分水厂将清水池设置在楼上，这样出来的水就有足够的压力了，所以就无需设置提升泵了。

投完矾的源水在混合槽中充分混合和反应，之后在沉淀池中将生成的矾花沉淀下来，生成的矾花由刮泥机定期排出此外；而从集水槽收集的清水引到滤池。加氯装置也有两套（前加氯和后加氯），每一套中有两套互相备用的装备。以后加氯为例，从氯罐中出来的氯气首先经过切换阀（从氯罐出来的氯是液氯，需要通过一个加热装置变为氯气），然后通过加氯机和阀门送到水射器；另一方面，来在清水池的自来水通过增压泵变为高压水，进入水射器。氯气在水射器中，由于高压水的作用被抽到管道中，最后送到滤后水，用于杀毒。国家标准要求产品自来水的余氯含量为0.3。

茂名河东水厂的加氯机如图5 所示：

图5 加氯机

    在图5 中采用的是真空加氯机，其气压比大气压地，所以采用真空加氯机的好处是，即使加氯管道发生泄露，都不会导致氯气扩散到空气中，从而具有更好的安全性能。加氯机上带有切换功能和计量设备，计量的设备主要是转子流量计，如图6 所示。

      图6 加氯机（转子流量计）

    除了以上的工艺流程外，茂名河东水厂由于采用氯气作为杀毒剂，而氯气有毒，为了能够在发生氯气泄露时，能够将泄露的氯气吸收掉，防止氯气发生扩散，造成更大的经济损失。茂名河东水厂设置了泄氯吸收装置。泄氯吸收装置主要由风机、泵机等组成；由于氯气比空气重，所以在存放氯罐的房间内的地板上设置了一条沟，并与风机相连。风机建气体抽出，并由下至上喷入装置内；而泵机将介质溶液从上往下喷入装置中，从而吸收泄漏的氯气。以前用来吸收氯气的介绍主要是NaOH，但是由于泄氯吸收装置需要定期进行试运行，那么NaOH将空气中的二氧化碳生成碳酸钠和碳酸氢钠，生成的产物将阻塞装置的管道。因此，现在介质采用氯化亚铁，那么生成产物是氯化铁，同时，装置中装有铁屑，生成的氯化铁与铁屑反应，又生成氯化亚铁，达到介质的循环利用的目的。在加药间设置有泄氯探测装置，当发生氯气泄漏时，能够自动启动泄氯吸收装置。为保证安全，通常情况下，泄氯吸收装置应该打在自动工作状态。泄氯吸收装置如图7 所示。

          图7 泄氯吸收装置

2.1.2 生产过程控制

    加药间的生产流程控制主要是投矾量的控制，投矾量需要根据源水流量和矾花生成量来控制，源水的流量控制投矾泵电机的转速；电机由控制室内的变频器供电，从而改变变频器的频率就可以控制电机的转速。矾花生成量控制投矾泵的振幅。源水流量越大，投矾泵电机的转速越快，投入氯化铝溶液的量越大；而矾花生成量（反应矾花的生成效果）控制投矾泵的振幅，振幅越大，投入的氯化铝溶液的量越大。投矾量的控制有3 种控制方式，一种是手动控制，主要在特殊情况（如故障）使用，此时，投矾量不具备自动控制的功能。第二种控制方式是中控制方式，由现场控制仪表根据源水流量和矾花生成量控制投矾量，控制算法为常规的PID算法。另一种控制方式是中控室控制方式，控制信号由中控室给出。在加药间控制室内有一台PLC 和一些控制柜；所有电机和泵的控制都可以通过控制室内的控制屏进行控制；其他一个控制屏可以控制三种控制方式之间的切换。PLC 采集现场所有设备的状态，并与中控室进行通信，实现中控室对现场所有设备的控制。控制室内还有2 台变频器，用于控制投矾泵的转速；采用2 台变频器是起到互相备用的目的。

    现场控制仪表以前采用SCD，控制算法是常规的PID，如图8所示。图9 为检测源水PH 的检测仪表。

         图8   SCD控制器

     图9    PH值检测仪表

2.2 泵房工艺流程

泵房的工艺流程图如下图所示。

2.2.1 工艺流程概述

    从清水池出来的水是成品自来水，它的指标达到国家的要求（余氯0.3，浊度小于1）。为了把自来水送到城市的各个地方（特别是楼房），需要对成品自来水进行加压。首先从清水池的成品自来水吸入吸水井。吸水井有管道与加压泵相连（共7条这样的管道），由加压泵分别进行加压。加过压的水通过阀门连接在一起，最后统一经过出厂流量计送至城市管网。

2.2.2 生产过程控制

    茂名河东水的泵房一共有7 台电机（每台电动机带动一台泵），其中2~7 号电机为定速电机：额定电压10KV，全速启动、全速运行，额定功率有400KW 和450KW 两种，额定转速有1000r/min 和1500r/min 两种。由于这6 台电机均为全速运行，为有效控制出水的水压恒定，大的方面由投运的电机台数控制（由人工根据经验控制）；小的方面由PID进行控制：检测每台定速电机出口处的水压，控制每台泵出口处阀门的开度，从而控制出口的水压，控制规律为PID 控制（其PID 控制器如图11 所示，设置于控制室内的控制柜上），出水口压力可以通过PID 调节器给定；泵房共有6 套这样的系统。大小两方面结合，控制全厂出口的水压。

     图11   可编程PID控制器

    1 号电动机为变频调速电动机，额定电压0.66V（由10KV 进线电压经过变压器变为0.66KV后经过变频器供电），检测出厂出口处的压力，然后控制变频器，从而控制变频电机的转速，从而达到控制全厂出口压力的目的。由于1 号电动机的变频器已经损坏，因此，茂名河东水厂的出口水压无法达到很好的保证，只能够粗略地控制投入的定速电机来和由定速电机的出水口阀门开度来控制。另外一方面，由于定速电机一般全速运行，而由出水口阀门来控制它的开度以控制出水口压力，这样浪费了大量的电能。泵房设置了一个控制室，所有泵的投切和控制（PID 控制）均设置在控制室内，控制室内还有一些仪表，以显示出口自来水的压力和PH 值。另外，控制室内还有一个PLC 柜，PLC 在这里的功能与投药间PLC 的功能一致，主要都是采集泵房的各种信息，并与中控室进行通信，接受中控室的信号，对泵房的设备进行控制。图11所示的控制器是一种可编程控制器，能够编程设置PID 参数，设置进行手动控制还是自动控制，在茂名河东水厂中，很多现场的PID控制均采用这种可编程PID 控制器。

2.2.3 供配电系统

   水厂泵房有6 台额定电压为10KV的高压电机，所以，茂名河东水厂的进线为10KV的高压电。由于水厂为连续生成的单位，所以有2 条进线，这两条进线的均来自于不同的电站且都带电。水厂的高压配电房中共有2 段母线，采用单母分段的形式。一段母线带有3 台高压电动机的出线和1 台变压器（10/0.4KV）的出线，另一段母线除带有3 台高压电动机的出线外，还带有2 台变压器（10/0.4KV、10/0.66KV）的出线。运行方式是通常两段母线的母联开关闭合，由一路进线给两段母线供电，当发生故障时，再由另一条进行为两段母线供电。高压配电房采用的断路器有两种：SF6断路器和真空断路器。此外，高压配电房还装设有避雷器、电压互感器、电流互感器等电气设备进行相应的保护和计量。所有开关柜的二次系统都有相应的继电保护系统，其继电保护系统的电源由低压配电房提供，供电电压为110V直流电。高压的10KV进电分别由3台变压器变压为0.4KV和0.66KV，其中0.4KV 为水厂的低压用电和照明用电，办公用电；而0.66KV为1 号电动机的供电电源（0.66KV 经过变频器后给1 号电动机供电）。10KV电压从高压配电房母线的出线经过电缆送到室外的变压器，变压后的低压引至低压配电房；由低压配电房进行所有低压用电的配电。此外，低压配电房内还有一台电源柜，它将380 的交流电整流为110V 的直流电，为高压系统的二次回路提供操作电源。为了保证在断电时，仍然能够对高压系统进行操作，以保证安全；低压配电房内还设置有一个二次电源的电池柜。在断电时，电池能够提供110V的二次操作电源。

2.3 滤池工艺流程

泵房的工艺流程图如下图所示。

2.3.1 工艺流程概述

    滤池的工艺流程比较简单，待滤水通过滤池的1.2m的石英砂，利用石英砂对物质（如矾花）的吸附作用，将沉淀池出来的清水过滤干净，并投入氯气。另一方面，由于石英砂吸附了矾花，为保证供水的质量，需要定期对滤池进行反冲洗，冲洗掉吸附在石英砂上的矾花。反冲洗的步骤主要有先气洗两分钟，让石英砂疏松；然后再水洗和气洗一起，冲洗掉吸附在石英砂上面的矾花；最后用水洗将脱落的矾花冲进排水槽，排出滤池。

2.3.2 生产过程控制

滤池的工艺流程控制也比较简单，主要包括进出水的控制和反冲洗控制。其控制室的主要控制柜如图13 所示。

图13 滤池控制柜

    进出水控制的由控制室内的控制柜上的控制按钮控制电动阀门的开和关，同时控制柜上还有相应的指示灯指示各个电动阀的状态。茂名河东水厂的一期滤池需要20 小时反冲洗一次，而二期滤池需要24 小池反冲洗一次，反冲洗的控制以前采用自动控制，整个流程由一台控制器进行控制；现在改为人工控制。同样，控制室内的控制柜上有控制相关电机、鼓风机、电磁阀工作的按钮和指示他们状态的指示灯。滤池的控制室除了上面所说的控制柜外，还有一些配电柜和一台PLC 柜，PLC 主要是采集滤池的各种信息（设备工作信息），并与中控室进行通信，接受中控室的信号，对滤池的设备进行控制。配电柜主要为反冲洗电机、鼓风机供电。

2.4 中控室

为了使值班人员能够随时观察掌握全厂各个生产环节的设备运行情况，可以通过中控室进行集中控制。在中控室内，有两个全厂模拟图（一期和二期各一个）可以观察到全厂所有设备（水泵、电机）的工作状态，因此，在中控值班室，有必要使用大屏幕来显示工业生产的工艺流程或电机阀门的开停信号以及各类仪表的测量值等信息，以使整个生产状况能较直观地显示在中央控制室。如图14~15 所示。

图14 水厂一期工程模拟图

图15 水厂二期工程模拟图

 中控室内装有两台工控机，工控机上装有组态软件。通过组态软件不仅可以查看全厂各种设备的工作状态，如阀的开关状态；而且还可以查询各个流程的参数，如水质的参数（余氯、浊度、PH值）；还可以对各个流程进行控制，如阀门的开关控制、电机投切、根据现场参数给出自动控制信号等，实现全厂用现代化的通讯技术、计算机技术和自动监测仪器，对各远端设备及水质、流量等参数进行远程实时监控，实现了环境管理的自动化、信息化、网络化。如图16~17 所示。

图16 部分组态软件的流程控制界面

图17 部分组态软件的数据界面

河东水厂中控室已有全厂范围内的PLC控制网络系统，值班人员通过网络可以实现对泵站、滤池、投加等PLC的数据进行控制和监控。系统使用的是ALLEN-BARDLEY公司的PLC，而组态软件使用的是RSVIEW32。RSVIEW32内置有VBA。与各个流程控制室内的PLC和中控室内的工控机进行通信，实现信息的输入和控制信号的输出。

三、茂名河东水厂实习心得

通过对茂名河东水厂的参观，感谢老师给我们这次实地学习机会，也感谢水厂的工作人员，一遍又一遍不嫌麻烦地给我们讲解。这次实习是对我们所学理论知识的一次全面的检验，是一次将理论和实践相结合的机会，通过这次实习我们对自己所学的理论知识有了更深刻的理解，同时对茂名河东水厂的流程工艺和供水现状有了一定的了解。

这次实习参观是顺着生产工艺流线走的，分别是混合区、反应区、沉淀及污泥浓缩区、滤池、中控。在老师的详细讲解和悉心指导下，我们了解了各个工段的设备、装置流程和操控系统，初步了解了工厂各个工段的工艺指标，对工厂的管理制度也有了简单的认识。了解化工生产的方法和工艺流程，弄清主要工艺参数确定的理论依据，了解生产中的电力技术，加深了对供配电系统一次回路和二次回路的理解；并接触了部分开关设备，如高压断路器，对这些设备的操作和原理更好地理解；另外就是接触了二次操作电源，了解了二次操作电源怎么来，如何保证二次电源的供电。像这样的设计也是给我们学习工艺的同学的一种启发：在以后的学习工作学习中更应该多思考，多想现有的技术还有什么可以改进的地方，而不是被书本上的理论知识所束缚。虽然书本上的知识都是经典，但流程工艺是可以更新的。结合实际生产情况建设更高效、更经济、更实用的工艺是我们追求的目标。

总之，虽然实习的时间很短，但对我来说，受益匪浅，可以联系已经学过的知识，更加深入地理解和掌握专业知识，扩大专业知识范围。把所学的理论知识与实践相结合，深入地接触专业知识的实际运用。熟悉处理厂工艺流程、总体布置及处理构筑物的类型、构造特点、运行和维护。将书本理论和实际联系，进一步培养分析问题的能力。我会更加珍惜我的学习机会，并且用实习的心得时刻激励自己！