高速混床树脂分离与输送过程的只能监控

作者：张毅

  目前，我国大容量、高参数、高效率、低排放的火电机组已成为主力机组．其中凝结水精处理系统的高速混床是保证机组给水品质的关键设备，具有十分重要的作用。高速混床树脂体外分离设备按照设计应能够程控运行．但目前巾国应用最多、分离效果较好的高塔法和锥底法两种体外分离设备基本都不能程控运行．导致树脂分离后阳树脂中混杂的阴树脂的体积分数(简称阳中阴）和阴树脂中混杂的阳树脂的体积分数（简称阴中阳）均达不到标准规定的小于0.1%的要求．也即80%的电厂混床树脂分离后．“阳中阴”或“阴中阳”都在1.0%以上，个别甚至达到5.0%,这对高速混床的出水水质和周期制水量影响很大。体外分离设备无法程控运行的原因是光电检测和电导率检测等检测装置的可靠性较差．需要人工干预树脂分离与输送过程。

    为使树脂体外分离设备能够自动监控．开发了一种高速混床树脂分离和输送过程的智能监控装置(Instrument of image recognition and intelligentcontrol of resins transportation，  简称IRIC)，  其可对树脂界面进行自动监控，实现了体外分离设备的程控运行。目前该装置已获得中国发明专利（专利号：ZL 201210398598.5），并在10家电厂22台机组上得到应用。

1  lRIC技术

1.1  工作原理

    IRIC的工作原理是在失效树脂体外分离与输送过程中，通过分离塔视镜连续采集树脂动态图像．并利用计算机图像智能识别技术判断阳阴树脂界面和树脂顶面的位置．从而计算阳阴树脂体积和树脂总体积．实现对树脂分离和输送过程的程序控制。

    IRIC由界面图像采集、界面图像智能识别、树脂输送控制3个单元组成。界面图像采集单元负责采集树脂分离与输送的实时图像：界面图像智能识别单元对采集的树脂图像进行实时分析．并根据分析结果发出控制指令：树脂输送控制单元在上述2个单元之间起“信号桥梁”的作用．同时负责执行控制指令。其中，界面图像智能识别单元为IRIC的核心．是根据“树脂分离和输送图像的自适应识别算法”开发的，能够保证判断树脂输送终点的准确率达到95%以上．从而使失效树脂体外分离后．“阳中阴”和“阴中阳”均小于0.1%。IRIC应用于高塔法系统示意如图1所示。

1.2  IRIC的功能

    (1)基本功能：准确判断树脂分离与输送的终点：精确测定高速混床阳阴树脂体积．提高树脂分离度。

    (2)拓展功能：在不对分离塔内部结构进行改造的情况下，调整高速混床阳阴树脂配比,提高周期制水量：测定树脂输送率，防止树脂输送不彻底：监测树脂总体积，判断树脂是否泄漏。

1.3 IRIC应用实例

    2012年8月IRIC开发成功，已应用该装置的22台机组中60%以上是超（超）临界机组，包括湿冷机组和空冷机组，树脂体外分离设备既有高塔法，又有锥底法。IRIC在各电厂应用后均取得了良好效果，具体表现在以下3个方面。

    (1)提高了树脂分离度，树脂分离后，“阳中阴”和“阴中阳”均小于0.1%，大部分小于0.05%。

    (2)改善了高速混床出水水质，氢型混床运行末期出水中的钠离子、氯离子质量浓度由1~3μg/L降至0.2～0.5 μg/L。

    (3)提高了高速混床周期制水量，一般情况下周期制水量可增大50%以上；同时通过提高阳树脂比例，周期制水量最大增幅可达200%。

    本文以海南某电厂凝结水精处理系统优化工作为例，介绍IRIC的安装、调试过程及系统优化效果。

2海南某电厂概况及存在问题

    海南某电厂2x350 MW超临界燃煤机组于2012年底投运，凝结水精处理系统各设2台管式过滤器和3台高速混床，配置1套高塔法体外分离设备。优化前高速混床周期制水量平均为26 000 1T13,仅为设计值45 000m3的60%，导致再生过于频繁，不得不开旁路，影响了机组的安全运行，通过对该厂凝结水精处理系统的运行情况诊断和评估．发现存在的主要问题有：

    (1)高速混床树脂体外分离与输送过程无法有效监控，阳阴树脂配比混乱，最大偏差达13%，树脂分离效果较差且很不稳定。“阳中阴”和“阴中阳”较大，分别为1.4%和1.5%，影响了阳树脂工作交换容量，导致运行周期变短。

    (2)高速混床阳阴树脂配比(1：1)不当，阳树脂比例偏低，不利于高速混床长周期运行。

    ( 3)高速混床设备内部树脂膨胀空间不足，只有500 mm,仅为要求值1 000 mm的50%，且所采用的挡板加多孔板配水帽布水装置运行过程中容易变形或损坏。这两个因素均易造成高速混床运行偏流，导致运行周期变短。

3海南某电厂凝结水精处理系统优化

3.1  IRIC的安装与调试

3.1.1  IRIC的安装

    IRIC的组件是按照各电厂设备的特点专门设计的．在工厂提前加T并进行了预安装，对智能控制主机等产品也进行过测试。因所有IRIC组件均在树脂分离设备外部安装，故IRIC的安装工作对设备的正常运行不会造成影响。

    (1)界面图像采集单元。界面图像采集单元由高清工业数字摄像机、高清摄像头、照明灯及专用安装支架4部分组成。其中，高清工业数字摄像机的像素达100万，分辨率为1280x720，图像数据传送延迟时间为0.5 s，并且可不间断地工作。高塔法体外分离设备共安装3套界面图像采集装置，分别位于上视镜、中视镜和下视镜处。其中位于上视镜处的用于观察树脂顶面的位置，位于中视镜处的用于观察反洗分层后形成的阳、阴树脂界面的位置，位于下视镜处的用于观察阳树脂输出终点到达时阳、阴树脂界面的位置。图2为高塔下视镜处安装的IRIC界面图像采集装置。

    (2)界面图像智能识别单元。界面图像智能识别单元由上位计算机和树脂界面图像智能识别软件2部分组成，其中智能识别软件为其核心。图3为树脂界面图像智能识别软件的显示界面．

    (3)树脂输送控制单元。树脂输送控制单元由智能控制主机、控制信号线路、树脂监控图像传输网络和可编程逻辑控制器(PLC)4部分组成。其中智能控制主机为其核心，由交换机、远程I／0、液晶开发板等工业级配件组成，平均无故障连续运行时间大于2 400 h．液晶开发板支持Windows CE、Linux、Android等嵌入式操作系统。智能控制主机为挂壁式，安装非常便利。现场安装的智能控制主机如图4所示。

3.1.2 IRIC的调试

    首先对各单元进行调试，在确认其能够正常使用后，通过分析树脂分离与输送的整个过程．选择合适的软件参数，最后在树脂体外分离设备运行过程中反复调试其监控功能。具体过程如下：

    (1)当失效树脂输送至分离塔后，软件对输入分离塔内的阳阴树脂体积及树脂总体积进行定量计算，并与贮存的树脂体积值进行对比．当偏差超过0.3 m3时预警。

    (2)当分离塔内的失效树脂反洗分层并充分沉降后，软件自动分析巾视镜处树脂动态图像。由于调整了阳阴树脂配比，阳树脂体积增加．反洗分层后的阳阴树脂界面位于分离塔阴树脂卸出LI的上方，在中视镜中观察到的全部为阳树脂．因此软件显示的分析结果为“阳树脂较多．为了防止阳树脂输送至阴再生塔．应首先输送部分阳树脂至阳再生塔，直至阳阴树脂界面降至阴树脂卸出口以下的指定位置”。软件确定树脂输送步骤后，便发出“输送阳树脂”的指令，并开始实时分析中视镜呈现出的动态图像，判断阳树脂的输出终点。当输送终点到达时．软件发出“自动跳转至下一步”的指令信号。PLC系统接收到该信号后，做出相应的控制，并在此后将阴树脂输送至阴再生塔。

    (3)待阴树脂输送至阴再生塔后，软件向PLC系统发出“第二次输送阳树脂”的指令，并实时分析从下视镜采集的动态图像，直至在下视镜的指定位置捕捉到阳阴树脂界面时，视为到达阳树脂输出终点，软件发出“自动跳转至下一步”的指令信号。PLC系统接收到该信号后，做出相应的控制。

3.2  阳阴树脂配比的调整

    为了延长高速混床运行周期，同时确保阳再生塔能够正常使用，将阳阴树脂配比由1:1调整为1.2:1.0。树脂配比调整是在每套树脂失效后，从高速混床输送至分离塔并进行分离与再生的过程中进行．不影响高速混床运行。调整树脂配比时补充的阳树脂牌号与原有树脂牌号一致，阳树脂添加后均进行双倍剂量再生。

3.3  工艺步序的优化及精处理PLC程序的改造

3.3.1  工艺步序的优化

    IRIC必须在树脂界面平稳移动的基础上才能准确判断输送树脂的终点，而树脂界面在输送树脂过程中是否平稳，取决于输送流量是否合适，因此需通过调试．对树脂输送步序中的流量参数进行优化．

3.3.2凝结水精处理系统PLC程序的改造

    为了实现对树脂分离与输送过程的程序控制，对树脂分离与输送的程控逻辑进行r相应改造：(1)增加树脂体积偏差的预警信号；(2)改变树脂分离与输送的工艺步序，将树脂分离与输送的工艺步序由“阴树脂输出一阳树脂输出”更改为“阳树脂输出1-阴树脂输出一阳树脂输出2”；(3)增加阳树脂输出终点的控制信号。

3.4  高速混床进水分配装置的改造

    采用加强型两级高速混床进水分配装置（专利号：ZL 2014 2 0622942.9）代替高速混床内部原有的挡板加多孔板配水帽进水分配装置，最大限度地减弱了6台高速混床内部树脂膨胀空间不足对进水分配效果的不利影响，减轻了高速混床运行的偏流程度。该装置具有配水效果好、不易损坏和检修维护量少的特点，其由一级配水器、二级配水器及连接部件组成，安装便捷、工期短，不影响高速混床正常运行。

3.5  系统优化效果

    (1)树脂分离与输送终点监控的可靠性大幅度提高。2014年11月和12月的跟踪统计结果显示．IRIC的40次智能监控过程中，除2次因其他因素导致未自动运行外，其他38次均能够自动运行。

    (2)树脂分离度明显提高。高速混床失效树脂分离后，“阳中阴”和“阴中阳”分别由1.4%和1.5%降至0.05%以下。

    (3)在1个运行周期内，高速混床出水钠离子、氯离子质量浓度均保持在0.3 μg/L以下。

    (4)阳阴树脂配比由1:1调整为1.2：1．O后，引起阳树脂量增加，阴树脂量减少。虽然从高塔的巾视镜捕捉不到树脂界面，但通过调整树脂分离与输送工艺步序，分离塔仍然能够对阳阴树脂进行有效分离并准确输送，树脂输送体积的偏差在1%之内。

    (5)高速混床周期制水量的平均值由26 000m3增大至82 000 m3，增幅超过200%。

    (6)高速混床每年的再生台次由280台次减少至140台次，由此每年可节省高品质酸碱112 t、除盐水31 000 m3、新鲜水62 000 1113，树脂年补充率降低约3%,产生的直接经济效益约110万元／年。

4结语

本文结果表明，所研制的高速混床树脂分离和输送智能监控装置是高速混床运行监控技术的一项突破，其判断树脂分离和输送终点的准确率可达95%以上，有效提高了树脂分离度；同时，若根据需要调整阳阴树脂比，高速混床的周期制水量增幅能达到50%～200%。海南某超临界电厂应用了以IRIC和加强型两级高速混床进水分配装置为核心的精处理运行优化技术后，高速混床出水水质明显改善，周期制水量得到大幅提升，节水减排效果明显。机组安全运行得以保证，经济效益和社会效益均得到显著提高。

5摘  要：由于缺乏有效的监控手段，电厂凝结水精处理系统的高速混床树脂分离与输送效果较差且很不稳定，严重影响高速混床的运行效果。为此，开发了一种树脂分离与输送智能监控装置．利用该装置，不但可准确判断树脂分离与输送终点，提高树脂分离度，还可根据需要调整阳阴树脂的配比，增加高速混床的周期制水量、2014年将该装置安装在海南某2x350 MW电厂的凝结水精处理系统上，使高速混床运行可靠性显著提高，周期制水量由26 000 m3增加至82 000 II13，再生次数大幅度减少，每年可节约高品质酸碱112t、除盐水31 000 m3、新鲜水62 000 m3．树脂年补充率降低约3%．产生的直接经济效益约110万元／年。