HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC SẠCH NHÀ MÁY NƯỚC BẮC GIANG

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC SẠCH NHÀ MÁY NƯỚC BẮC GIANG Giảng viên hướng dẫn: Đinh Thị Lan Anh Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 15 Họ tên MSSV ● Bùi Văn Long 20181587 ● Đỗ Đức Mạnh 20181641 ● Chu Văn Tình 20181751 ● Vũ Việt Hồng 20181498 ● Ngơ Trường An 20173613 Hà Nội, 5/2020 SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Mục Lục Trang Lời mở đầu I Đặc điểm, tính chất khai thác, xử lí nước nhà máy nước Bắc Giang II Khái quát trạm quy trình hoạt động III Lưu đồ P&ID trạm xử lý 16 IV Các toán điều khiển Hệ thống giám sát SCADA 18 V Giới thiệu số thiếu bị đo lắp trường & 24 Thiết bị phân tích chất lượng nước & Máy biến dòng CT SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Lời mở đầu Chúng ta biết, nước cần thiết sống sinh hoạt người dân Ở Việt Nam, dân cư nông thôn chiếm đến 80% dân số Thế nhưng, việc sử dụng nước khu đô thị lại thường xuyên trở thành đề tài bàn tán diễn đàn mạng xã hội nước nhiễm phèn, nước đục, nước nhiễm chì cao Qua việc ô nhiễm nguồn nước sông Đà năm 2019, ta thấy mức độ quan trọng nước ảnh hưởng lớn tới sinh hoạt người dân Thơng thường có hai loại nước để sử dụng xử lý nước cấp: nước máy nước ngầm Tất nguồn nước kiểm sốt thơng số cụ thể nguồn nước để tạo tiêu chuẩn để đáp ứng nhu cầu sử dụng nguồn nước đảm bảo sức khỏe nguồn sản phẩm đảm bảo chất lượng trình sản xuất Xét thấy nay, mực nước ngầm sụt giảm mạnh, chất lượng nước nhiều nơi không đạt tiêu chuẩn Ở khu vực Hà Nội, mực nước ngầm hạ sâu, đặc biệt khu vực Mai Dịch Đánh giá thấy nguồn nước ngầm không đủ khả để khai thác lâu dài, nước ta dần khai chuyển sang sản xuất nước từ nước mặt, hay gọi nước sông Khai thác nước mặt đảm bảo cho nguồn nước chất lượng hơn, giảm tạp chất nước đảm bảo cho môi trường, tránh ảnh hưởng đến môi trường Bọn em chọn đề tài: “Khai thác, xử lí nước từ nước mặt” để làm báo môn Điều khiển trình Nội dung báo cáo quy trình sản xuất nước hệ thống giám sát SCADA nhà máy nước Bắc Giang Nhóm chúng em tìm hiểu, khảo sát thực tế viết báo cáo SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) I Đặc điểm, tính chất Khai thác, xử lí nước nhà máy nước Bắc Giang 1.1 Giới thiệu chung dự án: - Cơng trình nhà máy nước Bắc Giang, công suất 40.000 m3/ngày - Chủ đầu tư: Công ty CP Cấp Nước Bắc Giang - Đơn vị tư vấn giám sát: Công ty CP Cấp Nước Bắc Giang 1.2 Tổng quan nhà máy nước Bắc Giang: Hệ thống phần điện hệ thống điều khiển SCADA nhà máy nước Bắc Giang bao gồm hạng mục sau: ▪ Trạm bơm nước thô – TBNT ▪ Trạm bơm kỹ thuật – TBKT ▪ Trạm bơm truyền tải – TBTT ▪ Bể lọc – FCD ▪ Bể lắng – TTBL ▪ Nhà hóa chất – NHC ▪ Trạm bơm tăng áp – TBTA 1.3 Dây chuyền công nghệ nhà máy nước sau: SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) 1.4 Cấu trúc hệ điều khiển: SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) 1.5 Phân biệt nước khai thách từ nước mặt nước ngầm: Chỉ tiêu Nước ngầm Nước mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định – Mạch nước ngầm sâu lịng đất nên chịu ảnh hưởng thay đổi khơng khí mặt đất Rất thấp, khơng có Nhiệt độ nước mặt chịu nhiều ảnh hưởng thay đổi khơng khí nên thay đổi theo mùa Ít thay đổi chứa nhiều khống chất so với nước mặt Thường xun có nước Thay đổi phụ thuộc vào chất lượng đất lượng mưa Nồng độ cao Hầu khơng có Khơng có Gần bão hịa Khí NH3 Thường có Chỉ có nguồn nước nhiễm Khí H2S Thường có Khơng có Vi sinh vật Chủ yếu vi sinh vật sắt gây Hàm lượng dinh dưỡng cao nước ngầm nên vi sinh vật phong phú Chất rắn lơ lửng Các khống chất hịa tan nước canxi, magie Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Khí CO2 hòa tan Cao thay đổi theo mùa Chỉ có nước sát đáy sơng, hồ Khí O2 hịa tan Khai thác nước ngầm nguyên nhân gây sụt lún đất, làm hạ yếu, sử dụng lâu dài khơng an tồn cho người dân Trữ lượng chất lượng nước ngầm suy giảm: Công suất khai thác nước ngầm ngày giảm; chất lượng nước ngầm suy giảm có tượng nhiễm mặn (lượng Clorua gần vượt tiêu chuẩn cho phép có xu hướng ngày tăng); Đường ống dẫn nước trang thiết bị, máy móc kim loại bị ăn mịn, thủng phải thay (ống chống giếng khoan, hệ thống đường ống kỹ thuật, ống hút ) ⇨ Hiện nay, tỉnh thành phố dần chuyển hưởng sang khai thác nước mặt thay khai thác nước ngầm cách mức SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) II Khái quát trạm quy trình hoạt động Với cơng suất 40000 m3/ ngày đêm, để hiểu rõ quy trình sản xuất nước nói trên, tìm hiểu dây chuyền xử lý nước trạm mà nhà máy nước Bắc Giang áp dụng: 2.1 Trạm bơm nước thô: Trạm bơm nước thô có tác dụng bơm nước mặt từ sơng khu xử lí cách 1km SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) ● Nước mạch sông Thương tiếp nhận ổn định Các hệ thống chắn thu gom rác thô linh hoạt gồm phao bề mặt màng ngăn rác Nước dẫn vào bể chứa qua cửa thu vào khoang giếng qua ngun tắc bình thơng ● Bể chứa đặt hệ thống bẫy cát bùn, cát bùn vào bể chứa nặng lắng xuống bẫy cát Sau số chạy cát bùn nhiều bơm bùn bơm ven sông ● Trạm bơm nước thô với máy bơm trục đứng công suất 90 kW điều khiển biến tần làm nhiệm vụ đẩy nước vào ống truyền dẫn, ống truyền dẫn đưa nước khu xử lí cách km SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Tại trạm bơm nước thơ có lắp số thiết bị đo lường đo mực nước bể chứa (dùng phao cơ), hệ thống đo lưu lượng nước qua ống dẫn đồng hồ đa kiểm sốt dịng áp tủ máy bơm Kiểm soát chất lượng nước từ khâu nước thơ thơng qua thiết bị phân tích độ đục pH Độ đục nước thô bị tác động mùa Các thông số liệu nước thô lưu lượng, đô đục, vi sinh phân tích, kiểm sốt liên tục định định lượng cung cấp loại hóa chất phù hợp với thực tế Tại trạm bơm nước thô ta châm Clo vào đường ống phân phối khu xử lí khoang giếng (gọi tiền Clo) SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) 2.2 Khu xử lí: Trái tim nhà máy ● Nước thô đưa trái tim nhà máy, nơi có quy trình sản xuất nước SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) ● Nước bể cấp đến trạm bơm truyền tải từ đưa tới mạng lưới phân phối trạm bơm tăng áp Nước phân phối vào đường ống lân cận, đồng thời phân phối lên trạm bơm trung gian để tăng áp cấp vào hệ thống dẫn nước tỉnh Bắc Giang qua máy bơm công suất 132kW 2.3 Trạm bơm tăng áp: Do khu xử lí xa khu dân cư, nước truyền từ khu xư lí vào đường ống khơng đủ áp lực để dẫn vào đường ống phân phối xa, cần trạm bơm tăng áp để tăng áp lực nước dẫn phân phối nơi xa Các bơm trạm tăng áp có cơng suất 75kW điều khiển biến tần SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) III Lưu đồ P&ID trạm xử lý Trong trình xử lý nước nhà máy có khâu xử lý thành phần trình bày có lưu đồ P&ID khác báo cáo lần chúng em chọn khâu xử lý khâu nhà máy để trình bày q trình xử lý nước từ bể chứa trạm xử lý tới trạm bơi Lưu đồ P&ID thể hình dưới: Một số kí hiệu thiết bị chấp hành lưu đồ: : Loại động điện : Tác động tay SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) : Loại điều chỉnh phao : Van cổng : Van bi / Van cắm : Máy bơm ly tâm : Van kiểm tra LS – Level Switch: Chọn cấp LG – Level Viewing: Xem cấp độ VG – Vacuume Gauge: Đo chân không VSI – Vacuume Switch Indicator: Chỉ báo chuyển đổi chân không Nguyên lý hoạt động: - Nước thành phần đầu vào chuyển từ ống chuyền nước vào bể lọc qua van tay tới buồng A (Room A) bể chưa chân không (Vacuum Tank) chuyển từ ống chuyền nước đầu bể lọc qua van tay tới buồng B (Room B) bể chân khơng (Vacuum Tank) Ngồi bể chưa đưa clo vào để làm từ trạm hóa chất - Tại bình chưa chân khơng (Vacuum Tank) có thiết bị chấp hành LG đo xem cấp độ mức nước tronng bình từ có cảnh báo nhờ thiết bị cảm biến chọn cấp LS mức nước chạm vào mức cảnh báo mức cao HWL (High Warning Level) mức cảnh báo mức thấp LWL (Low Warning Level) Tại Room A bình trang bị thiết bị đo chân không VG thiết bị thị chuyển đổi chân không VSI để đo đưa thơng tin bình chứa - Nước từ bể chứa chân không (Vacumm Tank) tiếp tục chuyền qua van tay người vận hành điều khiển van bi máy để tới bơm ly tâm trạm SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) bơm Trước tới bơm dòng nước qua thêm van tay van kiểm tra đo chân không sau van VG - Ngồi ta có dòng nước cung cấp thêm từ bể chứa nước cung cấp (Water Supply Tank) lấy nước từ nước chuẩn sau đưa phục vụ lưu trữ phần cấp vào bể lưu trữ qua van tay van phao phao chưa tác động đóng van Tại bể đưa nước phân phối theo nhu cầu cần tới nguồn dự trữ Nước bể đưa bơm ly tâm trạm bơm trình sau qua bể chứa chân không để cấp nước phục vụ khơng cần tới nước trữ trả lại bể dự trữ 🡺 Ở đảm bảo hoạt động trơn tru tránh cố cho hệ thống đảm bảo lượng nước cần tiêu thụ SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) IV Hệ thống giám sát SCADA & Các toán điều khiển 4.1 Hệ thống giám sát SCADA: Vấn đề đảm bảo chất lượng nguồn nước quan tâm hàng đầu Hệ thống theo dõi kiểm soát chất lượng kiểm soát chặt chẽ vơi tiêu chi đảm bảo nhà máy hoạt động liên tục ổn định 24/7 từ khâu trung gian đến khâu sản xuất Các thông số vận hành, cảm biến số kết nối trung tâm vận hành kiểm soát Nhà máy thiết kế thi công lắp đặt vận hành theo chế độ tư động, điều khiển từ xa, điều khiển chỗ đảm bảo tính tương thích cao suốt q trình hoạt động ● Kiểm sốt chất lượng nước thơ: Nước thơ đo phân tích thơng số đặt tính, thơng số định lượng hóa chất cung cấp phù hợp cung câp tối ưu cho trình sản xuất ● Kiểm tra chất lượng nước sau lắng sau lọc: Đây mức trung gian quan trọng để cung cấp nước vào bể chứa SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) ● Kiểm soát nồng độ clo bể chứa: nồng đồ clo kiểm sốt để đảm bảo q trình vơ trùng nước không vượt quy định ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng ● Kiểm tra nước đầu ra: độ đục, pH, clo dư ● Kiểm soát tự động điều khiển trung tâm: Hệ thống HMI SCADA SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) 4.2 Các toán điều khiển: Trạm bơm nước thơ: ● Ta cài đặt lưu lượng bơm nước thô (set point) , từ hệ thống PLC tính tốn thực gọi bơm: ví dụ 800m3/h gọi bơm, cài lên 1100m3/h hệ thống gọi bơm Các bơm gọi tuần tự, bơm khởi động hoạt động ổn định gọi bơm khác bơm ngắt hẳn gọi bơm khác để tránh tải SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) ● Ta cài đặt chu kì bơm: ví dụ sau 4h bơm nghỉ bơm khác hoạt đoạn Có bơm trạm nước thơ, sử dụng đồng thời 1-2 bơm Ta thay luân phiên bơm cho để giữ tính ổn định sử dụng lâu dài cho bơm, tránh cho bơm sử dụng thời gian dài ● Có thể chọn điều khiển theo lưu lượng nước thô, điều khiển theo tần số, đặt tần số tay, điều khiển theo mực nước bể chứa ● Cài đặt thời gian dừng toàn hệ thống, để tránh sử dụng thời gian cao điểm Khu xử lí (trạm bơm truyền tải): ● Lựa chọn điều khiển tần số, điều khiển qua áp suất mạng, đặt tuần số tay ● Các bơm thực luân phiên, lựa chọn bơm khởi động trước ● Thường chọn chiều khiển áp suất mạng Ví dụ lượng tiêu thụ nước cao, áp suất mạng lưới giảm trì giảm 90s thực gọi bơm SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Trạm bơm tăng áp: Một số ví dụ lỗi vận hành: Hệ thống bị nhiễu, dẫn tới thiết bị đo khơng hoạt động xác Cần phải nắm rõ lỗi hệ thống SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) V Giới thiệu số thiếu bị đo lắp trường & thiết bị phân tích chaqat lượng nước & máy biến dòng CT 5.1Một số thiết bị đo lắp trường: Thiết bị phân tích chất lượng nước: SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Thiết bị phân tích chất lượng nước 9184sc Total Free Chlorine Amperometric Sensor a Tổng quan 9184sc Total Free Chlorine Amperometric Sensor -Giới hạn mức đo thấp cho phép hiệu với đo nồng độ Clo dư thừa dù nhỏ Khoảng đo rộng: Cảm biến clo tự 9184 sc đặc biệt hữu ích cho giám sát phân phối nước uống, khử trùng ứng dụng clo, hệ thống khử khoáng, nước thải làm mát xử lý nước phạm vi đo từ đến 20 ppm -Tương thích với controllers hãng Hach Nhiều điều khiển sc nối mạng để chứa nhiều cảm biến thơng số, giảm chi phí cho điểm đo Chỉ cần kết nối cảm biến kỹ thuật số “cắm chạy” Hach sẵn sàng để sử dụng mà không cần cấu hình phần mềm Dễ dàng thiết lập bảo trì Hệ thống clo tự 9184 sc trọn gói lắp sẵn bảng điều khiển Chỉ cần gắn bảng điều khiển theo ý muốn vị trí, lắp cảm biến kết nối điều khiển với bắt đầu SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) c Nguyên lý đo phạm vi ứng dụng Phép chuẩn Amperometric : • • Phép chuẩn siêu âm dùng để loại độ chuẩn độ, điểm tương đương xác định thơng qua việc đo dịng điện tạo phản ứng chuẩn độ Đây hình thức phân tích định lượng Ưu điểm: ✔ Ưu điểm amperometry độ lớn dòng đo quan tâm thị Do đó, yếu tố có tầm quan trọng đặc biệt amperometry định lượng, chẳng hạn diện tích bề mặt điện cực làm việc, hoàn toàn biến khỏi chuẩn độ ampeometric ✔ loại chuẩn độ có độ chọn lọc cung cấp điện thế, lựa chọn dung dịch Chẳng hạn, ion chì bị giảm mức -0,60 V (so với điện cực calomel bão hịa), ion kẽm khơng; điều cho phép xác định chì diện kẽm Rõ ràng lợi phụ thuộc hoàn tồn vào lồi khác có mẫu Ứng dụng: ❖ Amperometric Cảm biến Clo miễn phí làm cho trở nên lý tưởng để hoạt động hiệu kiểm tra lượng clo dư Liên tục đo lường hypoclorous (HOCl), nhiệt độ pH ❖ Đặc biệt, hữu ích cho giám sát phân phối nước uống, khử trùng clo, hệ thống khử khoáng, nước thải làm mát xử lý nước SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Giới thiệu thiết bị đo dòng CT (Current Transformer): a Khái niệm: Dòng điện điện áp phần tử hệ thống điện thường có trị số lớn, đưa trực tiếp vào dụng cụ đo rơ le thiết bị tự động khác, dụng cụ thiết bị thường đấu nối qua máy biến dòng Máy biến dòng mà hay gọi thực có tên tiếng Anh Current Transformer (CT) thiết bị đo dòng điện gián tiếp qua nguồn cung cấp cho tải dây động lực tải Chức giám sát nguồn điện cấp vào cho tải đến thiết bị Nói cách dễ hiểu máy biến dịng điện thiết bị điện dùng để biến đổi dịng điện có trị số cao xuống dịng điện có trị số tiêu chuẩn 5A 1A b Đặc điểm máy biến dịng: Khơng giống máy đo hiệu điện hay máy biến áp nguồn truyền thống, máy biến dòng cấu tạo gồm vịng dây Những vịng dây truyền thống thiết kế dạng đoạn dây dẫn dẹt quấn thành vòng cuộn dây dẫn quấn nhiều vòng quanh lõi rỗng nối thẳng đến chỗ cần nối mạch thơng qua thiết bị có lỗ hổng trung tâm Và cách thiết kế mà máy biến dòng thời trước thường coi “chuỗi biến áp” có chức giống cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp có lượng lớn cuộn cảm quấn quanh lõi thép nhằm giảm tối thiểu mức hao tốn lưỡng cực từ phần có tiết diện, độ cảm ứng từ sử dụng mức thấp tiết diện dây dẫn, điều tùy thuộc vào độ lớn mà cường độ dòng điện cần giảm xuống Cuộn thứ cấp thường mặc định mức 1A cho cường độ nhỏ mức 5A cho cường cường độ lớn c Nguyên lý hoạt động: CT dịng có hai chế độ làm việc bản: chế độ ngắn mạch chế độ hở mạch Chế độ ngắn mạch dịng sơ cấp, thức cấp có phụ tải Z2: Tỷ số dòng ngắn mạch sơ cấp dòng định mức gọi bội số dòng máy biến dòng Khi bội số lớn, sai số CT tăng sai số phụ thuộc vào dòng thứ cấp tải Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện CT SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) dòng phải đạt giá trị cho sai số 10% SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) Chế độ hở mạch thứ cấp: thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp có điện áp cảm ứng với biên độ cao gây nguy hiểm cho người thiết bị thứ cấp Để chống tượng bảo hòa mạch từ, người ta chế tạo máy biến dịng có khe hở khơng khí hay cịn gọi biến dịng tuyến tính CT dịng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây quấn Do đó, hồn tồn thay đổi tỷ số biến dòng cách thay đổi số vòng dây quấn phía sơ cấp thứ cấp d Phạm vi ứng dụng: Các loại biến dòng sử dụng tốt cách ứng dụng cần đo lường dòng điện thiết bị, động điện xác nhanh chóng Tác nhân quan trọng ảnh hưởng đến động hay thiết bị điện dịng điện cơng suất thiết bị Chúng ta cần đảm bảo dịng qua thiết bị khơng thay đổi nhiều không vượt công suất định mức động Current transformer cho phép kết nối với hình hiển thị để thị giá trị đo đạc dòng điện cơng suất động Bên cạnh từ hiển thị cho phép xuất loại tín hiệu analog 4-20mA để truyền PLC điều khiển Và tín hiệu khác Relay on/off cho phép kích hoạt thiết bị báo động chẳng may xảy cố áp dẫn đến hư hỏng thiết bị Hơn với hệ số cách ly lên đến 300VAC cho phép chống nhiễu tín hiệu trình hoạt động cách hiệu Việc có ý nghĩa ta sử dụng kết nối mơi trường có nhiều tác nhân gây nhiễu động điện, máy bơm, thiết bị phát từ trường ... nhà máy nước Bắc Giang, công suất 40.000 m3/ngày - Chủ đầu tư: Công ty CP Cấp Nước Bắc Giang - Đơn vị tư vấn giám sát: Công ty CP Cấp Nước Bắc Giang 1.2 Tổng quan nhà máy nước Bắc Giang: Hệ thống... SCADA nhà máy nước Bắc Giang Nhóm chúng em tìm hiểu, khảo sát thực tế viết báo cáo SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net) I Đặc điểm, tính chất Khai thác, xử lí nước nhà máy nước Bắc Giang 1.1 Giới thiệu... PRO(123docz.net) Mục Lục Trang Lời mở đầu I Đặc điểm, tính chất khai thác, xử lí nước nhà máy nước Bắc Giang II Khái quát trạm quy trình hoạt động III Lưu đồ P&ID trạm xử lý 16 IV Các toán điều khiển