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1、辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文摘 要锅炉是工业生产和人们生活中使用广泛的设备之一，锅炉水的处理工作，对确保锅炉安全、经济运行、节约原料有着重要的意义，它是锅炉运行中的一项重要的技术基础工作。本文针对传统锅炉水处理过程的继电器控制方式，介绍了一种基于PLC能控制的水处理系统的设计。通过介绍锅炉水处理上各个辅助设备如离子交换器、离心泵、计量泵、加药泵等的工作原理和工作方式、水处理各个流程及PLC控制系统的程序编写，从而完成水处理设备的控制流程设计。该系统能够有效的实现对锅炉水处理过程的自动监控，安全、可靠、自动化程度高，是一种简单、经济、使用的控制系统，能够满足普通锅炉对用水的要求。关键词：
2、 PLC控制系统的程序；离子交换器；离心泵；计量泵；加药泵；水处理各个流程。目 录1 绪 论11.1 水质处理的主要任务11.2 锅炉给水水的基本知识11.2.1 天然水中的杂质11.2.2 天然水的分类21.2.3锅炉用水的名称31.2.4油田注汽锅炉的水质标准31.3 不合格的水质对锅炉的危害32锅炉水质处理52.1 离子交换器的相关计算62.2 离子交换树脂72.3 离子交换器的工作过程83 水处理的辅助设备103.1离心泵103.2 计量泵（JIM加药泵）123.3磁力泵（盐泵）134 注汽锅炉的水处理工艺流程154.1 SG型锅炉运行流程154.2 SG型锅炉反洗流程164.3 SG
3、型锅炉再生流程（进盐和置换）174.4 SG型锅炉正洗流程185 结 论19致 谢20参考文献21- II -1 绪 论随着工业、农业、国防等科技的快速发展和人民生活水平的不断提高，靠开发煤炭及浅层低粘度石油，已经远远满足不了人类对石油这一主要能源日益增长的需求。为此，开发稠油资源已被世界各国列入议事日程。辽河滩海地区是辽河盆地在海域的自然延伸。该区具有十分优越的石油地质条件，油气源充足，经过20余年的勘探开发，取得了丰硕的成果，探明石油地质储量l亿多吨，油气生产能力达到了50万吨/年。但是辽河油田油层类型多、埋藏深而且大部分是稠油，油藏研究和技术攻关及提高原油采收率难度大，给原油的开采带来诸
4、多困难，因此可以采用注入蒸汽降低原油粘度的方法来开采。但是注汽锅炉对水质的要求比较高，不合格的水质会造成锅炉结垢、积盐、腐蚀等危害，为了能给锅炉稳定的供应数量充足、质量合格的水，必须降低水中钙镁盐类及水中的溶解氧的含量，以减少对锅炉受热的腐蚀。保证了注汽的数量和质量，提高了稠油的产量，加快了采油的速度，获得较好的经济效益和社会效益。1.1 水质处理的主要任务降低水中的钙镁类含量(俗称软化)，防止锅炉内壁结垢现象，减少水中的溶解气体（俗称除氧），以减轻对锅炉受热的腐蚀。1.2 锅炉给水水的基本知识1.2.1 天然水中的杂质人们通常把天然水中的杂质分成三类：一类是悬浮性物质；一类是胶体类物质；另一
5、类是溶解性物质。(一) 悬浮性物质使水体外观呈现浑浊的物质称为悬浮性物质。它们在水中常以悬浮或缓慢下沉的状况纯在。由于一部分是比较大的泥沙和土等物质其密度较大，在水流中或在静水中依靠自身的重力下沉；另一部分密度小的物质，由于它们具有一种能保持相对稳定的特性而长期悬浮在水中。悬浮性物质一般对水处理系统会造成污染和堵塞；进入锅炉后，容易在受热面堆积，影响传热。(二) 胶体类物质胶体物的颗粒比悬浮物要小，主要是一些铁、硅、铝的化合物形成的无机胶体和由水生动植物腐烂和分解形成的有机胶体两部分组成。胶体危害处了能够污染交换剂、使锅炉受热面堆积杂质影响传热外，还容易引起汽水共腾，水位模糊。(三) 溶解性物
6、质溶解性物质主要是指一些离子、低分子和气体。它们在水中成为均匀的分散体系。(四) 溶解气体天然水中溶解气体主要为氧气和二氧化碳气体，有时还含有少量的氨、硫化氢和二氧化硫气体。1氧气：地表水中的氧气主要来源是与大气接触，溶解了空气中氧气的成分，也有少量来源于水生植物光合作用产生的氧气。大气中的氧溶解到水中，称为溶解氧。水中溶解养的含量随着大气压和温度的不同而不同，一般在水中无有机物时，水中溶解氧的含量随着气压的降低、气温升高而逐渐减小。当水中受污染或存有大量的有机物时，溶解养要被耗掉，而是水中养的含量降低甚至为零。地下水由于与空气接触少，氧含量就很低。2二氧化碳：它的来源是由于水中或泥土中有机物
7、的分解和地壳所进行的复杂的化学变化而得到的产物。地下水中二氧化碳的含量很大。地表水的含量一般在2030mg/L水中主要的气体就是溶解氧和二氧化碳气体。他们对锅炉主要产生本体和官道上的金属腐蚀危害。1.2.2 天然水的分类(一)按水质指标分类1根据含盐量来分 低含盐量水：含盐量在200mg/L之下； 中等含盐量水：含盐量在200500mg/L； 高含盐量水：含盐量在5001000mg/L； 超高含盐量水：含盐量在1000mg/L以上。2根据总硬度来分 极低硬度水：硬度在1.00mmol/L以下； 低硬度水：硬度在1.003.50mmol/L； 高硬度水：硬度在3.5010.00mmol/L以下；
8、 极高硬度水：硬度在10.00mmol/L以上；(二) 按水处理工艺分类水中的溶解性盐类都是以离子状态存在的。在水质处理过程中，有时为了方便，而将阴阳离子结合起来，写成化合物的形式。根据以上假想水中的离子化合物生成情况，又将天然水分成碱性水和非碱性水两类。 碱性水：碱性水是指水中的重碳酸根离子含量大于钙、镁离子的含量。 非碱性水：非碱性水是指水中钙、镁离子之和大于重碳酸根。1.2.3锅炉用水的名称(1) 原水：也称生水，只对锅炉用水而言，未进行任何处理的水源水。一般指地表水、地下水或自来水。(2) 给水：它是指经过水处理后直接打到锅炉里的水。热水锅炉称为补给水；发电锅炉因有回收水，所以也称为补
9、给水，只是补给水量占给水量的比例很小。(3) 锅水：指锅炉内的水。它一般都是有一定压力和温度，热水锅炉称为循环水。(4) 排污水：为改变锅水的品质排掉一部分锅水，这部分水称为排污水。另外，发电锅炉还有还有凝结水。它主要是指锅炉产生蒸汽，在汽轮机做功后，经冷却凝结成的水。这部分水也称为回水，作为锅炉给水的主要部分。在水处理工艺中还有以下几种名称。软化水：指通过处理，使水中钙镁离子浓度降低到一定值。锅炉给水主要是软化水。除盐水：指通过处理，使水中阴阳离子浓度降低到一定值的水。发电锅炉的水主要是指除盐水。除盐水的指标通常用电导率来表示。反洗水、正洗水、置换水等，这些都是在水处理设备运行过程中常用的名
10、称。1.2.4油田注汽锅炉的水质标准油田注汽锅炉属于直流锅炉的一种，注汽锅炉的型号不同对其水质的要求略有不同，但水质标准一般应符合下表规定。表1.1油田注汽锅炉给水水质标准项目总悬浮固体含量mg/L总硬度mg/L总铁含mg/L含钠mg/L油含量mg/L硅含量mg/LPHmg/L 溶解氧mg/L要求10.0020.010.0110.027.5-8.30.011.3 不合格的水质对锅炉的危害不合格水质对锅炉有三大危害:(1) 结垢：它使锅炉炉管传热能力降低，并由此造成管壁过热使其强度下降,甚至变形或发生爆管事故。(2) 积盐：它能使锅炉的热效率下降，积盐严重时可引起管壁爆裂。(3) 腐蚀：在蒸汽锅
11、炉中，炉水不断蒸发,浓缩，碱性逐渐增大，造成对锅炉的腐蚀，影响安全生产，缩短锅炉的使用寿命。2锅炉水质处理1不改变水的化学性质，对人体无任何副作用。 2除垢效果明显。该设备安装在水循环系统，对原有垢厚在2mm以下的，一般情况下30天左右可逐渐使其松动脱落，处理后的水垢呈颗粒状，可随排污管路排出，不会堵塞管路系统，。旧垢脱落以后，在一定范围内不再产生新垢。 3设备体积小，安装简单方便，可长期无人值守使用。 4水流经设备以后，可使水变成磁化水，而且对于水中细菌有一定的抑制和杀灭作用。 5不腐蚀设备，可延长伺服设备的使用寿命。2.1 离子交换器的相关计算(一) 交换器截面积交换器的截面积（F交）应根
12、据生产能力和采用的交换流速以及工作的时间来确定F交=Q/tnV交式中Q-需要的生产能力，t/d；t-设备的工作时间，h；n-选用交换器的个数；V交-选用的交换流速，m/h；(二) 交换器高度交换器高度H交可以用下列公式计算H交=H水+HR+H排式中 H水-树脂层反洗膨胀高度，m；HR-树脂层高度，一般在1.02.0m；H排-树脂层下部排水装置的高度，根据排水装置的形势，一般为0.30.7m。树脂层反洗膨胀高度H水可由下式计算H水=HRI+H封式中 I-反洗膨胀率，一般采用0.5；H封-顶部封头高度，m。(三) 树脂需用量单台交换器需要的树脂体积WRWR=F交HR式中 HR-树脂层高度，M树脂用
13、量为GR=WRDR式中 DR-树脂的湿视密度，t/m3.(四) 交换器运行时间交换器运行时间（T运）为T运=WRE工/Q1A式中E工-树脂的工作交换容量，mol/m3。Q1-交换器每小时处置水量，m3/h。A-被处理的离子浓度，mmol/L。如软化水处理时，A=YD(YD为总硬度)。交换器周期（T）为T=T运+T再式中T再-再生时间，一般取2h。(五) 再生剂用量和再生时间单台交换器的再生剂需要量（GR）可以按下式计算GR=WRE工KC/1000式中KC-再生剂盐耗，g/mol，或KC=nN；N-再生剂的摩尔值，g/mol；(NNAOH=40、NH2SO4=49、NHCL=36.5、NNACL
14、=58.5)n-一般取2；G再-纯度100%食盐用量。若折算成市售纯度的食盐用量（G再），则G再=G再/b式中b-市售的纯度。若配制成溶液，其体积Q再为Q再=G再/dC式中d-相对密度；C-溶液浓度，%。2.2 离子交换树脂(一) 离子交换定义及离子交换树脂固体物质在水中结合了某种离子,而本身释放出等摩尔的另一种离子,这个过程称为离子交换。在离子交换过程中,固体物质的结构没有发生变化。凡是能够起到离子交换作用的固体物质就成为离子交换剂。离子交换剂除了能够等摩尔的进行离子交换外，还必须时刻逆的，否则没有使用价值。如钠离子树脂，就是一种常用的离子交换剂。(二) 离子交换剂的分类离子交换剂的种类很多，有天然和人造、有机和无机、阳离子型和阴离子型，从结构上分还有大孔型、凝胶型等。1无机质：天然的、人造的。2有机质：碳质的、有机合成离子交换剂。(三) 离子交换树脂的结构离子交换树脂主要是有以下三个部分组成：1.单体：它是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，也是离子交换树脂的主要成分，例如苯
