李吉祥

【摘 要】在此基于石油化工廠低濃度氣浮項目開展電氣設(shè)計分析，根據(jù)其生產(chǎn)過程中的各要素分析，總結(jié)了工藝特征，進而建構(gòu)出了較為系統(tǒng)的電氣化設(shè)計。通過實踐方法研究總結(jié)其設(shè)計過程中的各電氣設(shè)計關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)特征，為后續(xù)相關(guān)課題研究與實踐打下基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】氣浮工藝;過程分析;電氣設(shè)計

中圖分類號： TE65;TQ050.2 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）15-0059-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.029

Electrical Design of Low Concentration Air Flotation Project in Petrochemical Plant

LI Ji-xiang

（Shanghai Hydraulic Environment Engineering Co.，Ltd.Shanghai 200062，China）

【Abstract】In this paper，based on the low concentration air flotation project of petrochemical plant，electrical design analysis is carried out.According to the analysis of various factors in the production process，process characteristics are summarized，and a more systematic electrical design is constructed.This paper summarizes the structural characteristics of the key parts of electrical design in the design process through practical methods，and lays a foundation for the follow-up related research and practice.

【Key words】Air flotation process;Process analysis;Electrical design

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，石油化工產(chǎn)業(yè)相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)已在諸多工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中得以廣泛的應(yīng)用，石油生產(chǎn)作為社會經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，而石油產(chǎn)品在船舶、航天、航空、輪機等方面都有著廣泛的應(yīng)用。在實踐中保證化工生產(chǎn)的長期流暢與穩(wěn)定也是保持整個社會正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。在此背景下，相關(guān)石油化工生產(chǎn)設(shè)施往往會因為長年累月的持續(xù)作業(yè)，繼而會導(dǎo)致相關(guān)物質(zhì)的累積。在此過程中雜質(zhì)的積累難免會使得相關(guān)設(shè)施在隨后的生產(chǎn)過程中受到污染，繼而在該過程中出現(xiàn)了污垢，影響到后期生產(chǎn)的穩(wěn)定。在此針對石油化工廠設(shè)施出現(xiàn)了長期累積的污垢之后，就需要針對其污垢類型進行及時有效地污垢的清理工作。在此基于石油化工廠低濃度氣浮項目開展電氣設(shè)計分析，以具體化地氣浮電氣設(shè)計的過程，切實使得整個過程達到節(jié)能減排效果。

1 項目概況

開展工廠低濃度氣浮項目電氣設(shè)計的背景以中國石化某石油化工有限公司低濃度氣浮項目為研究對象，開展電氣設(shè)計中的常見要素分析，進而可行之有效地處理工廠中的含油污水。在此通過完善電氣儀表方面的設(shè)計、對接、協(xié)調(diào)、施工管理、技術(shù)指導(dǎo)、安裝和調(diào)試的統(tǒng)籌管理進而實現(xiàn)整個系統(tǒng)安全有效的運行。在該項目中根據(jù)污水的處理階段可分為為氣浮池、加藥區(qū)、溶氣罐區(qū)、泵站等。

針對電氣部分的控制需要根據(jù)具體生產(chǎn)工藝進行配置，在此設(shè)置MNS配電柜兩臺、變頻柜兩臺，并布置在業(yè)主原有的配電間，分別并入A、B兩段?，F(xiàn)場設(shè)備設(shè)有就地操作箱以及PAM控制箱等，在此由于現(xiàn)場工況環(huán)境為防爆區(qū)，所以現(xiàn)場電氣設(shè)備均采用防爆型。通過電氣設(shè)備的綜合應(yīng)用以而滿足場地電氣控制的需求。

2 電氣設(shè)備選型

電氣設(shè)備的選型需要根據(jù)項目的各階段工藝及要求而展開，在此主要以該低濃度氣浮處理工藝系統(tǒng)流程為研究對象進行對應(yīng)的電氣設(shè)計。

該高效氣浮裝置總設(shè)計規(guī)模250m3/h，設(shè)置兩套，單臺處理能力為250m3/h。氣浮池運行方式按可兩級串聯(lián)、或者兩套并聯(lián)運行。進水采用混凝加絮凝兩級處理，絮凝反應(yīng)后出水進入氣浮設(shè)備進行固液分離，浮渣經(jīng)上部收集裝置排到污泥處理系統(tǒng)，氣浮出水到下一個處理環(huán)節(jié)。對于該工藝其所用到設(shè)備包括有變頻柜、溶氣罐、PAC儲液罐、PAM溶藥箱等，結(jié)合工藝及選型設(shè)備其對應(yīng)的電氣控制開關(guān)、變頻柜、就地操作柱以及DCS控制系統(tǒng)等。

3 電氣設(shè)計

3.1 氣浮系統(tǒng)MNS開關(guān)柜設(shè)計

氣浮系統(tǒng)MNS開關(guān)柜的設(shè)置對于整個系統(tǒng)的良好運行具有重要的意義，在整個系統(tǒng)中，MNS控制系統(tǒng)多個關(guān)鍵部件，從而使得整個系統(tǒng)在某些功能實現(xiàn)時可以被順利高效的執(zhí)行，在該系統(tǒng)中包含有兩個MNS開關(guān)柜，但其控制方法與關(guān)鍵零部件的種類相同，在此其各分開關(guān)控制的分支設(shè)備，根據(jù)氣浮系統(tǒng)開關(guān)柜各開關(guān)從左向右依次控制的設(shè)備為：混凝攪拌機、絮凝攪拌器、吸泥器、增壓泵、PAC攪拌機、排渣泵以及PAM加藥泵。在該系統(tǒng)的MNS開關(guān)柜采取單支并排的并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，這樣的優(yōu)勢可以單元地控制系統(tǒng)某一方面的功能實現(xiàn)。使用這種開關(guān)控制方式也可方便后期各分支開關(guān)的檢修與維護。在此控制中對于最后排渣泵以及PAM加藥泵設(shè)置變頻控制，從而方便其實時對于流體大小的控制。

3.2 變頻柜設(shè)計

變頻柜是動力機械的重要指揮機構(gòu)，其主要作業(yè)可使其由傳統(tǒng)拖動的傳動方式轉(zhuǎn)化為變頻拖動方式。其整個過程可以使用變頻器來實現(xiàn)拖動動力裝置。通過變頻柜的綜合作用可以使得其系統(tǒng)的啟動、調(diào)速以及節(jié)能都能得以良好的處理。

在變頻器的設(shè)計中根據(jù)其變頻的高效節(jié)能原則，對于系統(tǒng)電機的功耗功率都與電機轉(zhuǎn)速有著密切關(guān)系。在變頻柜的大功率設(shè)置方面，變頻柜可根據(jù)系統(tǒng)工作流程而最大限度減少大功率泵機，進而可較大程度地降低對電網(wǎng)的沖擊，并實現(xiàn)有效地節(jié)電效果。由于變頻器距離現(xiàn)場設(shè)備在200米左右，距離較遠，所以在設(shè)計時做了特別處理。變頻器在選型時放大一檔選型，電纜也放大一檔選型，變頻器選擇含內(nèi)置濾波器的ACS510系列，并同時增加配套的輸出電抗器。在該系統(tǒng)的變頻柜采取單支并排的并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，這樣的優(yōu)勢可以單元地控制系統(tǒng)的某一方面功能的實現(xiàn)，進而也可以使得整個過程可以被實現(xiàn)各方面功能實現(xiàn)組合。使用這種方式的開關(guān)控制方式也可方便后期各分支開關(guān)的檢修與維護。在此控制中對于所有裝置都設(shè)置變頻控制，以而方便其實時對于流體的大小的控制。根據(jù)氣浮系統(tǒng)變頻器柜各開關(guān)從左向右依次控制的設(shè)備為：一級流水泵、二級流水泵、排渣泵、PAC加藥泵以及PAM加藥泵。

3.3 PAM控制箱分析

在整個氣浮工藝處理中，通過高分子助凝劑的添加進而可使得原有石油廢液處理，在此主要是通過采用粉劑進而實現(xiàn)對于原液體進行投入調(diào)配，使得對于原有液體進行批量制備，進而實現(xiàn)成套供貨。PAM控制箱的內(nèi)部控制是根據(jù)PAM以及PAC加藥設(shè)備的進出藥口進而實現(xiàn)其液體的調(diào)配與控制。PAM的控制主要是對于其加藥裝置的出入口進行設(shè)置與控制，這是因為PAM裝備是一個子系統(tǒng)，其內(nèi)部流通的好壞都會直接性地影響到整個架構(gòu)運行的有效性，所以在實踐中需要特別加強對設(shè)備的控制分析，以確保系統(tǒng)運行的安全高效。PAM裝備是基于已成熟的控制體系上對其所使用到的粉末與藥品實現(xiàn)融合，進而實現(xiàn)其內(nèi)部的調(diào)配，隨后在完成藥液的調(diào)配后實現(xiàn)其實時階段性的控制。

3.4 就地操作柱控制回路設(shè)計

就地操作柱的作用是為了方便操作人員對階段性的電氣架構(gòu)進行就地精確控制。就地操作柱的控制回路的實質(zhì)是以單刀型多路開關(guān)實現(xiàn)對于各路設(shè)備的通斷及時控制。通過操作柱的固定而保證其開關(guān)的位置處于適當(dāng)位置，使用開關(guān)的閉合實現(xiàn)對系統(tǒng)全面運行的綜合性控制。

該就地操作柱可以被視作為整個控制線路的一部分，其處于兩主線連接中間位置。在此是以安全開關(guān)閉合的情況下，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)扭實現(xiàn)控制開關(guān)的三個檔位而實現(xiàn)通閉，三個檔位其分別為左下回路連接，中間歸位以及右路通聯(lián)三種狀態(tài)，此三種連接方式也對應(yīng)著三個指示燈，可通過指示燈的提示而適時掌握線路連接情況。就地柱的控制回路設(shè)計同時增加安裝短路的自感應(yīng)裝置而保障整個回路在運行過程中的安全，一旦出現(xiàn)短路情況可立馬實現(xiàn)電路保護，防止電路過載而威脅到整個電路的安全性。

就地操作柱在操作方面也更為便捷自動，方便線路整體的及時操作，其在非正常運行的工作狀態(tài)下為將其開關(guān)選擇在“歸位”按鈕上，此時燈現(xiàn)實為黃色。而在其正常運行的狀態(tài)下其開關(guān)接通與右通路，表示整個機構(gòu)運行正常。當(dāng)其發(fā)生短路現(xiàn)象或者需要暫停其線路的正常工作狀態(tài)，可將其開關(guān)進行與之相對應(yīng)的回路保護切換，此時現(xiàn)實為紅色。通過就地控制柱在有效保障線路正常工作的狀況下也可保護攪拌機、電磁閥、藥粉輸送等裝置。在回路保護的基礎(chǔ)上不僅可使得線路正常有效運行，更可使得控制更為精準(zhǔn)有效。就地控制柱的作用是復(fù)雜電氣系統(tǒng)控制所必須的，其作為系統(tǒng)科學(xué)控制的一部分，是不不可少的。

3.5 DCS控制系統(tǒng)設(shè)計

DCS控制系統(tǒng)主要的功能是對于中國石化某石油化工有限公司低濃度高效氣浮系統(tǒng)中攪拌機、泵閥門及設(shè)備啟動和停止的條件及故障、報警而制定的。在此所用到的DCS控制包含較為簡單。如設(shè)備有“就地”和“遠控”硬件開關(guān)，需要將開關(guān)選擇到“遠控”，才能實現(xiàn)控制說明中的功能。在DCS操作畫面上，參與自動控制的設(shè)備有投運和解列按鈕，當(dāng)切換至投運按鈕，按照后面控制說明進行啟停，當(dāng)切換至解列按鈕時，可以在上位機上通過“軟手操”進行設(shè)備的啟停。

計算機操作畫面上應(yīng)至少有以下操作按鈕和功能：在閥門的控制方面包括有開關(guān)按鈕，并帶對應(yīng)的狀態(tài)指示;對于泵的控制主要設(shè)置有強制停止按鈕，并帶運行與停止?fàn)顟B(tài)指示;

在設(shè)備中的氣浮池A、氣浮池B設(shè)置有對應(yīng)的投運與解列按鈕，并帶運行與停止?fàn)顟B(tài)指示。

3.6 工藝流程控制

石油化工廠低濃度氣浮項目電氣設(shè)計是根據(jù)其整個過程的工藝而進行詳細的流程處理的，在此之中主要是實現(xiàn)對多數(shù)量的泵、閥門及設(shè)備啟動和停止進行綜合性的過程控制，在設(shè)備方面主要包含有氣浮池A與B、混凝池攪拌機A與B、絮凝池攪拌機A與B、PAM投加泵、PAC投加泵、氣浮池A與B出水調(diào)節(jié)閥、排渣泵A，B與C、吸泥機A與B、氣浮產(chǎn)水泵、溶氣回流泵、溶氣罐A與B以及溶氣罐A與B的進氣調(diào)節(jié)閥。整個工藝流程按照其氣浮處理工藝實現(xiàn)過程化處理，并實現(xiàn)對于各回路閥門實現(xiàn)控閉合而實現(xiàn)。在實踐生產(chǎn)中，化工設(shè)施污垢的出現(xiàn)往往是因為原有物質(zhì)的復(fù)雜性，而在后期的處理過程中需要花費的較大費用實現(xiàn)清潔。在現(xiàn)實中結(jié)合報警與系統(tǒng)過程儀表監(jiān)測而盡早發(fā)現(xiàn)污垢，并及時將其清除，可最大程度地就減少污垢清潔所引起的化工生產(chǎn)故障。

設(shè)備運行后一切正常，達到了預(yù)期狀態(tài)。該項目自動控制系統(tǒng)，并入業(yè)主原有DCS控制系統(tǒng)，由業(yè)主統(tǒng)一控制管理。項目正常運行之后，出水水質(zhì)達到預(yù)期出水標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

對于現(xiàn)實中的石油化工廠低濃度氣浮項目生產(chǎn)過程，開展了詳細地電氣控制系統(tǒng)總結(jié)分析。對具體實踐過程的電氣設(shè)計難點進行研究總結(jié)，為石油化工行業(yè)氣浮實踐應(yīng)用提供了基礎(chǔ)經(jīng)驗。在此探索分析出了常規(guī)各類電器設(shè)計技術(shù)適用性分析，實現(xiàn)了氣浮項目過程中的高效性、低成本以及較小污染的應(yīng)用前景分析。

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