變頻技術(shù)在污水循環(huán)利用系統(tǒng)中應(yīng)用

張 玉 玲

(中鐵二局第二工程有限公司，四川 成都 610091)

變頻技術(shù)在污水循環(huán)利用系統(tǒng)中應(yīng)用

張 玉 玲

(中鐵二局第二工程有限公司，四川 成都 610091)

介紹了錦州國儲洞庫工程污水循環(huán)利用系統(tǒng)的組成，結(jié)合H4000變頻供水/補水控制器和英威騰CHF100A變頻器的控制方法，分析了變頻調(diào)速壓力控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和基本原理，指出該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、功能完善、操作方便，有較好的應(yīng)用前景。

污水，變頻調(diào)速，循環(huán)利用，壓力控制

0 引言

近幾年來，在國家節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)政策指引下，如何充分利用資源，節(jié)約能源是現(xiàn)代企業(yè)要面對的一大難題。錦州國儲洞庫工程施工中需要用到大量的自來水，如何節(jié)約用水和污水的處理是項目上一直關(guān)心的問題。結(jié)合水幕洞注水和施工用水的特點，項目上設(shè)計了一套污水循環(huán)利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了變頻技術(shù)控制水泵轉(zhuǎn)速，從而控制供水壓力。壓力控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到了不必人為調(diào)節(jié)，壓力可自行設(shè)定，調(diào)節(jié)后壓力穩(wěn)定，節(jié)約用電的目的。此系統(tǒng)的應(yīng)用減少了自來水的使用，從而減少了污水的排放，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的效果。

1 污水循環(huán)利用系統(tǒng)

1.1 施工用水和污水排放

錦州地下水封洞庫設(shè)置有儲油洞室、水幕巷道、施工巷道，儲油洞室及水幕巷道為水平布置的地下隧道結(jié)構(gòu)，如圖1所示。本工程因工程特殊設(shè)計要求，進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)后不進(jìn)行防排水及襯砌施工，造成滲水量較大，施工過程中產(chǎn)生大量廢水排放；水幕系統(tǒng)為了保證施工期地下洞庫水封安全、維持地下水系統(tǒng)平衡，需要在儲油洞室施工過程中對地下圍巖進(jìn)行供水。同時，根據(jù)設(shè)計及環(huán)保要求，對水幕進(jìn)行地下補水的水質(zhì)要求較高，我部初始時均采用市政自來水，施工用水采用入口附近設(shè)置的高壓水池提供。

施工過程中需要大量的清潔水作為施工用水及水幕供水，每日用水量達(dá)到數(shù)百立方米，現(xiàn)階段洞內(nèi)每日排放污水1 000余立方米，經(jīng)初步沉淀處理后只能用于水質(zhì)要求不高的灑水、混凝土養(yǎng)護(hù)、車輛清洗上，每日使用量十余立方米，循環(huán)利用率很低，大量廢水排出根據(jù)專業(yè)檢測機構(gòu)對廢水的檢測結(jié)果，認(rèn)為污水對周邊環(huán)境造成了污染。因此提高污水的循環(huán)利用率是節(jié)約水資源、減少污水排放、降低工程周邊環(huán)境污染的重要措施。

1.2 污水循環(huán)利用系統(tǒng)的組成

1)污水收集和處理。水幕巷道施工已完成，其排水主要為圍堰周邊滲水，水幕滲水量較大，據(jù)統(tǒng)計平均大約為492 m3/d。這部分水質(zhì)較好。在水幕巷道兩側(cè)邊墻部位施工水溝，將滲水進(jìn)行匯集，如圖1a)所示；然后在水幕巷道2與水幕巷道6交叉處，使用混凝土澆筑圍堰，并預(yù)留導(dǎo)水槽出口，如圖1b)所示；在水幕巷道口使用鋼板現(xiàn)場制作沉淀箱，將圍堰內(nèi)集水通過槽鋼導(dǎo)水槽將水引入水幕巷道與施工巷道交岔口處沉淀集水箱內(nèi)，由于收集的水質(zhì)較好，經(jīng)簡單沉淀處理就可重復(fù)利用，如圖1c)所示。

2)水泵增壓供水。將收集并沉淀處理后的水通過增壓泵分別增壓后導(dǎo)入水幕供水管和主洞室供水管。在管道上裝有止回閥，并通過遠(yuǎn)傳壓力表，流量計等獲取用水?dāng)?shù)據(jù)，同時根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表采集的壓力信號經(jīng)過控制器與設(shè)定壓力比較后，將控制信號傳送給變頻器，從而調(diào)節(jié)增壓泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水壓到設(shè)定值。

3)污水循環(huán)利用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。污水循環(huán)利用系統(tǒng)通過水幕巷道設(shè)置集水措施，將水幕巷道內(nèi)滲水匯集后在沉淀池內(nèi)經(jīng)多次沉淀，再采用可控制增壓泵進(jìn)行分別增壓后接入水幕供水管和主洞室供水管，以達(dá)到工作水壓要求；多余水量排入水幕巷道口的污水池內(nèi)抽出洞外，如圖2所示。

2 變頻控制系統(tǒng)

2.1 CHF100A變頻器

2.1.1 變頻器的工作原理

我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n=60·f(1-s)/p

(1)

其中，n為異步電動機的轉(zhuǎn)速；f為異步電動機的頻率；s為電動機轉(zhuǎn)差率；p為電動機極對數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0 Hz～50 Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

2.1.2 英威騰CHF100A變頻器技術(shù)特性

1)輸入輸出特性。a.輸入電壓范圍：380 V/220 V±15%；b.輸入頻率范圍：47 Hz～63 Hz；c.輸出電壓范圍：0～額定輸入電壓；d.輸出頻率范圍：0 Hz～400 Hz。2)外圍接口特性。a.可編程數(shù)字輸入：7路開關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入；b.可編程模擬量輸入：AI1：0 V～10 V輸入，AI2：0 V～10 V或 0 mA～20 mA輸入；c.開路集電極輸出：1路輸出；d.繼電器輸出：2路輸出；e.模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4 mA～20 mA或0 V～10 V。3)技術(shù)性能特性。a.控制方式：開環(huán)矢量控制(SVC)、V/F控制；b.過載能力：150%額定電流 60 s；180%額定電流 10 s；c.調(diào)速比：1∶100；d.載波頻率：0.5 kHz～15.0 kHz。

2.1.3 英威騰CHF100A變頻器結(jié)構(gòu)

英威騰變頻器外部有操作鍵盤面板，控制板端子，主回路端子，主回路電纜入口，控制電纜入口，安裝孔等。

2.1.4 英威騰變頻器參數(shù)設(shè)置與接線端子

1)參數(shù)設(shè)置。在變頻器的操作鍵盤面板中設(shè)置變頻器參數(shù)，本系統(tǒng)中需要改變的參數(shù)有：a.設(shè)置P0.00=0，把數(shù)度控制方式設(shè)為V/F控制；b.設(shè)置P0.01=1，把運行控制方式設(shè)為接線端子控制(S1和GND)；c.設(shè)置P0.03=50 Hz，把最大頻率輸出設(shè)置為50 Hz；d.設(shè)置P1.06=1，把停機方式設(shè)置為自由停車；e.設(shè)置P5.01=1，把S1端子功能設(shè)置為正轉(zhuǎn)運行；f.設(shè)置P5.12=0.00 V，把AI1下限值設(shè)置為0 V；g.設(shè)置P5.14=10.00 V，把AI1下限值設(shè)置為10 V；h.其他參數(shù)保持默認(rèn)或由系統(tǒng)根據(jù)電機參數(shù)自動設(shè)置。2)變頻器接線端子。變頻器接線主回路有三相電源輸入和變頻輸出，控制端子接線有運行控制S1,COM和頻率模擬控制信號AI1，GND，此型號(18.5 kW以下)制動電阻內(nèi)置無需外接。

2.2 HD4000控制器

2.2.1 技術(shù)特性

1)可編程設(shè)定多種泵工作方式，最多可拖4臺泵循環(huán)啟動； 2)液晶漢字顯示，參數(shù)調(diào)整和設(shè)定具有密碼鎖定及保護(hù)功能，系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障狀態(tài)漢字提示，運行狀況一目了然；3)采用人工智能模糊控制算法，設(shè)定參數(shù)少，控制精度高，雙看門狗電路，采用數(shù)字濾波及多項抗干擾措施，防止軟件跑飛；4)可接無源遠(yuǎn)傳壓力表、有源電壓及電流型壓力變送器，具有壓力傳感器零點和滿度補償功能；5)具有缺水自動檢測保護(hù)功能和外部輸入停機保護(hù)功能；6)具有手動操作功能，可手動調(diào)節(jié)輸出電壓來控制變頻器的頻率；7)D/A輸出控制頻率電壓為DC：0 V～10 V, 也可設(shè)定為DC：0 V～5 V；8)控制器接線端子輸出容量：3A/AC：220 V；9)額定工作電壓：AC：220V±10%；10)控制器額定功耗：不大于AC 5 W。

2.2.2 控制器結(jié)構(gòu)

HD4000控制器正面是控制面板，控制器背部是接線端子。

2.2.3 參數(shù)設(shè)置與接線端子

1)參數(shù)設(shè)置。在控制面板中設(shè)置控制器參數(shù)，本系統(tǒng)中需要改變的參數(shù)有：a.設(shè)置P00=0.60，系統(tǒng)所需壓力設(shè)置為0.60 MPa；b.設(shè)置P03=1，把水泵工作方式設(shè)置為一臺泵工作；c.設(shè)置P07=1，把模擬量輸出電壓設(shè)置為0 V～10 V；d.設(shè)置P08=1，把傳感器信號電壓設(shè)置為0 V～5 V；e.設(shè)置P09=1.0，把傳感器量程設(shè)置為1.0 MPa；f.設(shè)置P15=50，把手動輸出頻率設(shè)置為50 Hz；g.其他參數(shù)保持出廠默認(rèn)值即可。2)控制器接線端子?？刂破鹘泳€有電源端子L和N，遠(yuǎn)傳壓力表端子V+，IN和GND，停機信號端子DI2和CM2，模擬控制輸出端子D/A和CM2以及電機運行控制信號端子B1。

2.3 YTZ-150遠(yuǎn)傳壓力表

本系統(tǒng)中選用YTZ-150型電位器式遠(yuǎn)傳壓力表。儀表機械部分與一般彈簧壓力表相同，電位器在齒輪傳動機構(gòu)上，當(dāng)扇形齒輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，固定在扇形齒輪軸上的電刷也滑動，從而被測壓力的變化轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，輸出相應(yīng)的壓力值。在壓力表盤的右邊接線盒內(nèi)有紅、黃、綠三個接線端子，分別對應(yīng)電源正、壓力信號輸出、電源負(fù)極。

2.4 增壓水泵

本系統(tǒng)選用了兩臺ISG65-250A型立式離心泵作為增壓泵。電機功率11 kW，額定轉(zhuǎn)速2 930 r/min。水泵流量6.5 L/s，揚程70 m。

2.5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

1)控制柜?？刂葡到y(tǒng)中還有斷路器，交流接觸器，熔斷器，指示燈，旋轉(zhuǎn)開關(guān)和接線座等電氣元件。2)控制系統(tǒng)工作原理。如圖3所示，當(dāng)系統(tǒng)Q1，Q2閉合，變頻器得電，停止指示燈L2通電。打開旋轉(zhuǎn)開關(guān)SB1，控制器得電，系統(tǒng)自動工作，交流接觸器KM1線圈得電，接觸器主觸點閉合，增壓泵電機與變頻器接通；接觸器常閉輔助觸點斷開，停止指示燈L2斷電；接觸器常開輔助觸點閉合，運行指示燈L1得電，變頻器S1與GND接通，變頻器開始運行。通過遠(yuǎn)傳壓力表采集管道水壓，控制器采集的壓力值與設(shè)定值比較輸出0 V～10 V的模擬控制信號給變頻器，變頻器控制增壓泵轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)管道壓力。當(dāng)Q3閉合時，控制器輸出斷開，系統(tǒng)暫停工作。當(dāng)SB1斷開時，控制器斷電，系統(tǒng)停止工作。

3 結(jié)語

污水循環(huán)利用系統(tǒng)的應(yīng)用為項目節(jié)能環(huán)保做出了很大的貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，平均每天循環(huán)用水量為314 m3/d，對外排水量794 m3/d，工程循環(huán)用水率達(dá)到28.3%(314/1 108)，節(jié)約自來水301 m3/d ，減少污水排放314 m3/d (1 108-794)，經(jīng)測算平均每月節(jié)約用水9 030 m3，數(shù)據(jù)表明了污水循環(huán)利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。同時變頻調(diào)速技術(shù)為污水循環(huán)利用系統(tǒng)提供了技術(shù)支持，利用變頻技術(shù)實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速由變頻器控制，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)壓力控制的技術(shù)方案科學(xué)合理、技術(shù)先進(jìn)、功能完善、控制簡單、操作方便、手動和自動調(diào)節(jié)切換容易、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實用、運行穩(wěn)定、可靠性高、有較好的應(yīng)用前景，同時對相關(guān)領(lǐng)域自動控制系統(tǒng)設(shè)計有很好的借鑒和幫助意義。

[1] 任文明,梁久正,許 杰.錦州國家石油儲備庫工程項目地下工程施工圖設(shè)計[Z].中國石油天然氣管道工程有限公司.2011.

[2] 王延才,王 偉.變頻器原理及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[3] 英威騰CHF 100系列變頻器說明書[Z].

[4] HD4000變頻恒壓供水補水控制器說明書[Z].

Application of frequency speed control technology in sewage cyclic utilization system

Zhang Yuling

(ChinaRailway2ndBureau2ndEngineeringCo.,Ltd,Chengdu610091,China)

The paper introduces sewage cyclic utilization system composition of state-owned reserves of Jinzhou. Combining with control methods of H4000 frequency water supply/supplement controller and INVT CHF100A frequency instrument, it analyzes the composite structure and basic principles of frequency speed pressure control system, and finally points outs its merits, such as advanced technology, perfect functions, simple operation and better application prospect and so on.

sewage, frequency speed control, cyclic utilization, pressure control

1009-6825(2015)28-0131-03

2015-07-28

張玉玲(1973- )，女，助理工程師

X703

A