1、引言
近幾年來(lái)，在國(guó)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(duì)的一大難題。錦州國(guó)儲(chǔ)洞庫(kù)工程施工中需要用到大量的自來(lái)水，如何節(jié)約用水和污水的處理是項(xiàng)目上一直關(guān)心的問(wèn)題。結(jié)合水幕洞注水和施工用水的特點(diǎn)，項(xiàng)目上設(shè)計(jì)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(lái)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。
2、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(kù)設(shè)置有儲(chǔ)油洞室、水幕巷道、施工巷道，儲(chǔ)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(jì)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(guò)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(kù)水封安全、維持地下水系統(tǒng)平衡，需要在儲(chǔ)油洞室施工過(guò)程中對(duì)地下圍巖進(jìn)行供水。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)及環(huán)保要求，對(duì)水幕進(jìn)行地下補(bǔ)水的水質(zhì)要求較高，我部初始時(shí)均采用市政自來(lái)水，施工用水采用入口附近設(shè)置的高壓水池提供。施工過(guò)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1000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(chē)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(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)廢水的檢測(cè)結(jié)果，認(rèn)為污水對(duì)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(jì)平均大約為492m3/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(chǎng)制作沉淀箱，將圍堰內(nèi)集水通過(guò)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(jiǎn)單沉淀處理就可重復(fù)利用。
2)水泵增壓供水。將收集并沉淀處理后的水通過(guò)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(guò)遠(yuǎn)傳壓力表，流量計(jì)等獲取用水?dāng)?shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表采集的壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)控制器與設(shè)定壓力比較后，將控制信號(hào)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(guò)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。
3、變頻控制系統(tǒng)
2.1CHF100A變頻器
2.1.1變頻器的工作原理我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:其中，n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;f為異步電動(dòng)機(jī)的頻率;s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0Hz～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)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:380V/220V±15%;b.輸入頻率范圍:47Hz～63Hz;c.輸出電壓范圍:0～額定輸入電壓;d.輸出頻率范圍:0Hz～400Hz。2)外圍接口特性。a.可編程數(shù)字輸入:7路開(kāi)關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入;b.可編程模擬量輸入:AI1:0V～10V輸入，AI2:0V～10V或0mA～20mA輸入;c.開(kāi)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0/4mA～20mA或0V～10V。3)技術(shù)性能特性。a.控制方式:開(kāi)環(huán)矢量控制(SVC)、V/F控制;b.過(guò)載能力:150%額定電流60s;180%額定電流10s;c.調(diào)速比:1∶100;d.載波頻率:0.5kHz～15.0kHz。
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(pán)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(pán)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(yùn)行控制方式設(shè)為接線端子控制(S1和GND);c.設(shè)置P0.03=50Hz，把最大頻率輸出設(shè)置為50Hz;d.設(shè)置P1.06=1，把停機(jī)方式設(shè)置為自由停車(chē);e.設(shè)置P5.01=1，把S1端子功能設(shè)置為正轉(zhuǎn)運(yùn)行;f.設(shè)置P5.12=0.00V，把AI1下限值設(shè)置為0V;g.設(shè)置P5.14=10.00V，把AI1下限值設(shè)置為10V;h.其他參數(shù)保持默認(rèn)或由系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)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(yùn)行控制S1，COM和頻率模擬控制信號(hào)AI1，GND，此型號(hào)(18.5kW以下)制動(dòng)電阻內(nèi)置無(wú)需外接。
2.2HD4000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(tái)泵循環(huán)啟動(dòng);
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(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)漢字提示，運(yùn)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(mén)狗電路，采用數(shù)字濾波及多項(xiàng)抗干擾措施，防止軟件跑飛;
4)可接無(wú)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(diǎn)和滿度補(bǔ)償功能;
5)具有缺水自動(dòng)檢測(cè)保護(hù)功能和外部輸入停機(jī)保護(hù)功能;
6)具有手動(dòng)操作功能，可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓來(lái)控制變頻器的頻率;
7)D/A輸出控制頻率電壓為DC:0V～10V，也可設(shè)定為DC:0V～5V;
8)控制器接線端子輸出容量:3A/AC:220V;
9)額定工作電壓:AC:220V±10%;
10)控制器額定功耗:不大于AC5W。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0.60MPa;b.設(shè)置P03=1，把水泵工作方式設(shè)置為一臺(tái)泵工作;c.設(shè)置P07=1，把模擬量輸出電壓設(shè)置為0V～10V;d.設(shè)置P08=1，把傳感器信號(hào)電壓設(shè)置為0V～5V;e.設(shè)置P09=1.0，把傳感器量程設(shè)置為1.0MPa;f.設(shè)置P15=50，把手動(dòng)輸出頻率設(shè)置為50Hz;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(jī)信號(hào)端子DI2和CM2，模擬控制輸出端子D/A和CM2以及電機(jī)運(yùn)行控制信號(hào)端子B1。
2.3YTZ-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(jī)械部分與一般彈簧壓力表相同，電位器在齒輪傳動(dòng)機(jī)上，當(dāng)扇形齒輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，固定在扇形齒輪軸上的電刷也滑動(dòng)，從而被測(cè)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(pán)的右邊接線盒內(nèi)有紅、黃、綠三個(gè)接線端子，分別對(duì)應(yīng)電源正、壓力信號(hào)輸出、電源負(fù)極。
2.4增壓水泵
本系統(tǒng)選用了兩臺(tái)ISG65-250A型立式離心泵作為增壓泵。電機(jī)功率11kW，額定轉(zhuǎn)速2930r/min。水泵流量6.5L/s，揚(yáng)程70m。
2.5控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
1)控制柜。控制系統(tǒng)中還有斷路器，交流接觸器，熔斷器，指示燈，旋轉(zhuǎn)開(kāi)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(kāi)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SB1，控制器得電，系統(tǒng)自動(dòng)工作，交流接觸器KM1線圈得電，接觸器主觸點(diǎn)閉合，增壓泵電機(jī)與變頻器接通;接觸器常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，停止指示燈L2斷電;接觸器常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，運(yùn)行指示燈L1得電，變頻器S1與GND接通，變頻器開(kāi)始運(yùn)行。通過(guò)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0V～10V的模擬控制信號(hào)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(shí)，控制器輸出斷開(kāi)，系統(tǒng)暫停工作。當(dāng)SB1斷開(kāi)時(shí)，控制器斷電，系統(tǒng)停止工作。
4、結(jié)語(yǔ)
污水循環(huán)利用系統(tǒng)的應(yīng)用為項(xiàng)目節(jié)能環(huán)保做出了很大的貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每天循環(huán)用水量為314m3/d，對(duì)外排水量794m3/d，工程循環(huán)用水率達(dá)到28.3%(314/1108)，節(jié)約自來(lái)水301m3/d，減少污水排放314m3/d(1108-794)，經(jīng)測(cè)算平均每月節(jié)約用水9030m3，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(shí)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(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速由變頻器控制，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速實(shí)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(jiǎn)單、操作方便、手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)切換容易、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、有較好的應(yīng)用前景，同時(shí)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很好的借鑒和幫助意義。
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