Wichtige Entscheidungspunkte bei der Gestaltung von Umkehrosmose-Steuerungssystemen
Als eine der Kerntechnologien im Bereich der industriellen Wasseraufbereitung wird die Umkehrosmose (RO) häufig zur Aufbereitung von Reinstwasser, zur Abwasserwiederverwendung und zur Meerwasserentsalzung in der Energie-, Chemie-, Pharma- und Elektronikindustrie eingesetzt. Die Auslegung des zentralen Steuerungssystems steht in direktem Zusammenhang mit der Betriebseffizienz, dem Energieverbrauch und der Lebensdauer des Systems.
Kooperative Steuerung von Vorverarbeitungssystemen
Die Umkehrosmosemembran reagiert empfindlich auf die Qualität des Zulaufwassers und muss in mehreren Stufen (z. B. Sandfiltration, Aktivkohleadsorption und Ultrafiltration) vorbehandelt werden, um Schadstoffe wie Schwebstoffe, Kolloide und organische Stoffe zu entfernen. Das Steuerungssystem muss Folgendes erreichen:
- Mehrstufige Prozessverknüpfung
Passen Sie die Koagulansdosierung, die Rückspülhäufigkeit und die Filtrationsgenauigkeit dynamisch an die Rohwasserqualität an.
- SDI (Verschmutzungsindex) Online-Überwachung:
Echtzeit-Feedback der Vorbehandlungseffekte durch Trübungsmessgeräte und Partikelzähler, um ein Verstopfen der Membrankomponenten zu vermeiden;
- Optimierung der pH-Einstellung
Passen Sie die zugegebene Säuremenge an die Alkalität der Wasserquelle an, um das Risiko einer Verkalkung zu kontrollieren und den Reagenzienverbrauch zu reduzieren.
Dynamische Abstimmung von Hochdruckpumpe und Druckregelung
Die Hauptantriebskraft des RO-Systems kommt von der Hochdruckpumpe. Das Steuerungssystem muss folgende Aufgaben lösen:
- Frequenzumwandlungs-Drehzahlregelung
Die Pumpendrehzahl wird durch den Frequenzumrichter angepasst, um dem Wasserdurchflussbedarf zu entsprechen und die Auswirkungen von Start-Stopp zu reduzieren.
- Druckausgleich zwischen den Segmenten
Im mehrstufigen RO-System werden Drucksensor und elektrisches Regelventil verwendet, um den Druckunterschied zwischen den Stufen zu optimieren (normalerweise auf 0,2–0,3 MPa geregelt).
- Optimierung der pH-Einstellung
Bei der Meerwasserentsalzung kann ein Turbolader oder Druckaustauscher (PX) verwendet werden, um konzentrierte Wasserdruckenergie zurückzugewinnen und so den Energieverbrauch um mehr als 30 % zu senken.
Prozessanforderungen an die Instrumentierung und Programmsteuerung während des RO-Systembetriebs
- Anpassung der Dosierung
Die Dosierung wird durch einen proportionalen Einstellmechanismus eingestellt, der die Dosierpumpe automatisch so einstellt, dass basierend auf dem Signal des Wasserdurchflussmessers eine proportionale Dosierung durchgeführt wird.
- Flüssigkeitsstandsanzeige
Die Dosierbox ist mit einer Flüssigkeitsstandsanzeige vor Ort und einem Alarmsignal bei niedrigem Flüssigkeitsstand ausgestattet, um sicherzustellen, dass der Dosiervorgang nicht aufgrund von Medikamentenmangel im Flüssigkeitstank unterbrochen wird.
- Armaturenbrett für die Wasserversorgung
Vor Ort befindet sich eine Instrumententafel für die Wasserversorgung, die mit einem Durchflussanzeiger und einem Durchflussmengenzähler, einem Leitfähigkeitsmesser und einer pH-Wert-Anzeige ausgestattet ist. Darüber hinaus werden die vom Wasserversorgungsdruckmesser, dem Durchflussmesser, dem Leitfähigkeitsmesser und dem pH-Meter gesendeten Parametersignale zur kontinuierlichen Aufzeichnung an den zentralen Kontrollraum gesendet. Gleichzeitig steuert das vom Durchflussmesser gesendete Signal die Dosierpumpe zur proportionalen Dosierung. Die vom pH-Meter gesendeten Hoch- und Niedrigalarmsignale werden zur Alarmierung an den zentralen Kontrollraum gesendet.
- Sicherheitsfilter
Der Einlass und Auslass des Sicherheitsfilters sind mit Druckanzeigen ausgestattet. Wenn die Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass des Sicherheitsfilters den eingestellten Wert erreicht oder über einen bestimmten Zeitraum anhält, muss das Filterelement ausgetauscht werden.
- Hochdruckpumpenschalter
Die Hochdruckpumpe ist an der Einlass- und Auslassseite mit Niederdruck- bzw. Hochdruckschaltern ausgestattet. Unterschreitet der Eingangsdruck der Hochdruckpumpe den Grenzwert, schließt der Niederdruckschalter und sendet ein Signal an die SPS, die einen Alarm auslöst und die Hochdruckpumpe automatisch stoppt. Überschreitet der Ausgangsdruck der Hochdruckpumpe den Grenzwert, schließt der Hochdruckschalter und sendet ein Signal an die SPS. Liegt der Druck auf der Hochdruckseite der Hochdruckpumpe nach einer gewissen Verzögerung weiterhin über dem Grenzwert, gibt die SPS einen Alarm aus und stoppt die Hochdruckpumpe automatisch. Kehrt der Hochdruckschalter innerhalb der Verzögerungszeit in den getrennten Zustand zurück, löscht die SPS das Eingangssignal automatisch.
- Hochdruckpumpe, elektrische langsame Türöffnung
Der Auslass der Hochdruckpumpe ist mit einer elektrischen, langsam öffnenden Klappe ausgestattet. Nach dem Start der Hochdruckpumpe öffnet sich die langsam öffnende Klappe automatisch langsam, um sicherzustellen, dass das RO-Membranelement nicht durch Wasserschlag beschädigt wird. Wenn die langsam öffnende Klappe versagt und sich nicht innerhalb der angegebenen Zeit öffnet, steigt der Auslassdruck der Hochdruckpumpe an, der Druckschalter gibt ein Alarmsignal aus und stoppt den Betrieb der Hochdruckpumpe automatisch über die SPS. Jedes RO-Gerät ist mit einem integrierten Instrumentenpanel ausgestattet, auf dem ein Durchflussmesser für RO-Stufe 1, Produktwasser Stufe 2 und Abfluss (Anzeige von Durchfluss und kumulativem Durchflusswert) sowie ein Produktwasser-Leitfähigkeitsmesser installiert sind.
- Anforderungen an die Programmsteuerung
Die vom Durchflussmesser und Leitfähigkeitsmesser gesendeten Parametersignale werden zur kontinuierlichen Aufzeichnung an den zentralen Kontrollraum gesendet und verfügen über einen Alarm bei hohem Leitfähigkeitswert. Das lokale Bedienfeld ist mit Start- und Stopptasten und Anzeigeleuchten für die Hochdruckpumpe, Not-Aus-Tasten und Anzeigeleuchten für das System sowie Tasten und Anzeigeleuchten zum langsamen Öffnen und Schließen der elektrischen Tür ausgestattet.
- RO-Zifferblatt
Jedes RO-Gerät ist mit einer Druckmesstafel vor Ort ausgestattet, auf der die Anzeigen für den Wassereinlass der ersten und zweiten RO-Stufe sowie den Auslassdruck installiert sind.
- Zentrales Bedienfeld
Das zentrale Bedienfeld ist mit Dreistellungsschaltern (einer automatisch, einer aus, einer manuell) für die Hochdruckpumpe, die Dosierpumpe und die Spülwasserpumpe sowie Start- und Stopptasten für das Systemprogramm ausgestattet, mit denen die automatische Startsteuerung, die Fernsteuerung des Kontrollraums und die lokale manuelle Bedienung der oben genannten Geräte realisiert werden können. Wenn der Dreistellungsschalter auf „Automatik“ gestellt ist, können die oben genannten Geräte nicht lokal bedient werden.
Start- und Betriebsvorgang des RO-Geräts
- Inbetriebnahme und Betrieb des RO-Geräteprogramms
Stellen Sie zunächst die Steuerschalter der Hochdruckpumpe und der Dosierpumpe auf „Automatik“ und betätigen Sie dann die Programmstarttaste jedes RO-Geräts. Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) erkennt dann automatisch den Flüssigkeitsstand aller Dosierboxen und den Druck auf der Einlassseite der Hochdruckpumpe gemäß dem festgelegten Programm. Wird ein „niedriger“ Flüssigkeitsstand oder ein „niedriger“ Druck auf der Einlassseite der Hochdruckpumpe erkannt, löst die SPS einen akustischen und optischen Alarm aus und unterbricht den Programmbetrieb.
Drücken Sie nach dem Löschen des Alarms erneut die Programmstarttaste. Das Programm wird fortgesetzt, startet automatisch die Dosierpumpe und die Hochdruckpumpe und öffnet gleichzeitig die elektrische Langsamöffnertür. Wenn der Druck auf der Hochdruckseite der Hochdruckpumpe nach der voreingestellten Verzögerung immer noch über dem eingestellten Schwellenwert liegt, sendet die SPS ein Alarmsignal, stoppt automatisch den Betrieb der Hochdruckpumpe und der Dosierpumpe und schließt automatisch die elektrische Langsamöffnertür.
Wenn der Hochspannungsschalter innerhalb des Verzögerungsbereichs in den getrennten Zustand zurückkehrt, bricht die SPS das Eingangssignal des Hochspannungsschalters automatisch ab und das System wechselt dann in die normale Betriebsphase.
- Manuelle Inbetriebnahme und Bedienung des Kontrollraums für RO-Geräte
Wenn die Steuerschalter der Hochdruckpumpe, Dosierpumpe und Spülwasserpumpe in die Position „manuell“ gestellt werden, können die oben genannten Geräte im Kontrollraum bedient werden.
- Manuelle Inbetriebnahme und Bedienung des RO-Geräts vor Ort
Wenn sich die Steuerschalter der Hochdruckpumpe und der Dosierpumpe in der Position „Aus“ befinden, können die oben genannten Geräte vor Ort manuell gestartet und bedient werden.
In jedem Fall kann der Betrieb des RO-Geräts sofort gestoppt werden, indem der Not-Aus-Schalter des Systems auf der lokalen Instrumententafel gedrückt wird.
- RO-Gerät gestoppt
Wenn das RO-Gerät automatisch stoppt oder der Bediener durch Drücken der Programmstopptaste stoppt, stoppt die Hochdruckpumpe, die Dosierpumpe stoppt verriegelt und die elektrische Langsamöffnungstür am Hochdruckpumpenausgang wird automatisch geschlossen.
Start- und Betriebsvorgang des RO-Geräts
Die Zusammensetzung des Instrumenten- und SPS-Steuerungssystems wird entsprechend den Anforderungen des RO-Systems für die Instrumentierung und Steuerung bestimmt.
- Flüssigkeitsstandschalter
Gibt ein Signal mit niedrigem Pegel aus.
- Durchflussmesser
Anzeige des momentanen Durchflusses und Anzeige des kumulierten Durchflusswerts.
- Leitfähigkeitsmessgerät
Digitalanzeige mit Alarmausgang bei hohem Leitfähigkeitswert und 4–20 mA Stromsignalausgang.
- pH-Meter
Digitalanzeige mit vom Benutzer einstellbaren Alarmausgängen für hohen und niedrigen pH-Wert und 4–20 mA Stromsignalausgang.