污水处理厂自动控制与故障诊断

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[摘 要]随着中国城市化、工业化的加速，同时人口数量不断增大，水资源与人口数量矛盾激化，污水处理行业日显重要，而水处理自控系统的发展已成为水处理行业的发展趋势，正确判断、及时处理生产过程中仪表故障， 对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

[关键词]生产过程 仪表 故障

中图分类号：P427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0014-01

1.正文

1.1 污水处理工艺原理

（1）生物法。生物污水处理法发明于19世纪末，是目前世界各国处理污水的主要手段，生物污水处理法在城市污水处理领域中占据重要地位。在我国大部分城市中，污水处理工艺同样以生物法为主。所谓生物法就是利用活性污泥中的好氧细菌及其原生动物对污水中的有机物进行吸附、氧化、分解，最终把这些有机物变成二氧化碳和水的方法。生物污水处理法的主要处理模式有：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厌氧生物处理法以及处理速度快，但是土地处理法。（2）物理法。利用物理法进行污水处理是除生物法以外被应用较多的一种方法。所谓物理法是指经过物理变化的方法，比如物理污水处用活性炭吸附，用网吸附固体物质的污水处理方法。物理法的主要处理模式有：调节匀和法、格栅法、沉淀法、过滤法、气浮法以及离心分离法。

（3）化学法。污水处理化学法主要指运用化学试剂把污水中混凝法、消毒法、中和法、化学沉的离子除去。化学法主要包括：沉淀法和氧化还原法。但是运用化学法容易引进其它物质。

（4）物理化学法。污水处理物理化学法就是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。物理化学污水处理方法主要有：吸附法、离子交换法、萃取法、吹脱与汽提法、膜分离法以及蒸发与结晶法。与其他方法相比，物理化学法的主要特点是出水水质好，占地面积少。

以上四种方法中生物法是目前最常用污水处理方法，生物法的主要特点是效率高、成本低。大部分国家都采用综合利用的方式，而非单独使用这些方法。

1.2 通过分析污水处理的工艺原理，结合具体工艺过程，生产过程自动化仪表系统故障的判断思路：

从工程实际项目出发，仪表指示出现异常现象（指示偏高、偏低，不变化，不稳定等），本身包含两种因素：

一是工艺因素，仪表正确的反映出工艺异常情况；

二是仪表因素，由于仪表（测量系统）某一环节出现故障而导致工艺参数指示与实际不符。这两种因素总是混淆在一起，很难马上判断出故障到底出现在哪里。仪表维护人员要提高仪表故障判断能力，除了对仪表工作原理、结构、性能特点熟悉外，还需熟悉测量系统中每一个环节，同时，对工艺流程及工艺介质的特性、设备的特性应有所了解。

总之，分析现场仪表故障原因时，要特别注意被测控制对象和控制阀的特性变化，这些都可能是造成现场仪表系统故障的原因。所以，我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析，检查原因所在。

1.3 四大测量参数仪表控制系统故障分析步骤

1.温度控制仪表系统故障分析步骤

温度控制仪表系统故障时，首先要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。

（1）温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。

（2）温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数PID调整不当造成。

（3）温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动，很可能是由于工艺操作变化引起的，如当时工艺操作没有变化，则很可能是仪表控制系统本身的故障。

（4）温度控制系统本身的故障分析步骤：检查调节阀输入信号是否变化，输入信号不变化，调节阀动作，调节阀膜头膜片漏了；检查调节阀定位器输入信号是否变化，输入信号不变化，输出信号变化，定位器有故障。

2.压力控制仪表系统故障分析步骤

（1）压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时，首先检查工艺操作有无变化，这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好造成。

（2）压力控制系统仪表指示出现死线，工艺操作变化了压力指示还是不变化，一般故障出现在压力测量系统中，首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象，不堵，检查压力变送器输出系统有无变化，有变化，故障出在控制器测量指示系统。

3.流量控制仪表系统故障分析步骤

（1）流量控制仪表系统指示值达到最小时，首先检查现场检测仪表，如果正常，则故障在显示仪表。当现场检测仪表指示也最小，则检查调节阀开度，若调节阀开度为零，则常为调节阀到调节器之间故障。当现场检测仪表指示最小，调节阀开度正常，故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。若是仪表方面的故障，原因有：孔板差压流量计可能是正压引压导管堵；差压变送器正压室漏；机械式流量计是齿轮卡死或过滤网堵等。

（2）流量控制仪表系统指示值达到最大时，则检测仪表也常常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小，如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来，则是仪表系统的原因造成，检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作；检查仪表测量引压系统是否正常；检查仪表信号传送系统是否正常。

（3）流量控制仪表系统指示值波动较频繁，可将控制改到手动，如果波动减小，则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适，如果波动仍频繁，则是工艺操作方面原因造成。

4.液位控制仪表系统故障分析步骤

（1）液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。 （2）差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时，首先检查现场直读式指示仪表是否正常，如指示正常，检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏；若有渗漏，重新灌封液，调零点；无渗漏，可能是仪表的负迁移量不对了，重新调整迁移量使仪表指示正常。

（3）液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成。

5.结语

水是经济发展和社会可持续发展的一个重要因素，而城市污水则成为制约许多城市可持续发展的主要原因之一。

未来污水处理厂自控网络系统是集计算机技术、信息技术、自动化技术、网络技术、智能化技术于一体的系统，水处理工业自动化控制的网络化作业、智能化作业将成为未来发展的主导趋势。

当前我污水处理厂监控存在着只监不控，或监强控弱的现象，各种控制信息没有得到很好利用，对于污水处理厂控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。今后污水处理厂监控系统的发展是在原有基础上，按照监测与控制适当分离、最大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想，逐步改进，使得污水处理厂自动化系统的建设更趋合理。

参考文献

[1]厉玉鸣.化工仪表及自动化（第3版）.化学工业出版社，1999。

[2]孔祥波.化工生产控制自动化及仪表研究.甘肃科技，2009、

[3]何建平.炼焦化学产品回收与加工 [M].化学工业出版社，2005.

作者简介

徐杰，汉族，河南省焦作人，郑州大学给排水科学与工程2012级本科生

李佳兴，汉族，辽宁葫芦岛人，郑州大学给排水科学与工程2012级本科生