勝利油田純化水廠設計介紹
進入90年代以來，由于黃河中下游地區不斷加快黃河水資源的開發利用步伐，水量明顯減少，斷流天數加長；黃河中、上游工業污水及生活污水污染日趨嚴重，原水水質中有機物、重金屬離子等時有超標、水體異臭、異味的產生給水處理帶來一定的難度。
前言
勝利油田純化水廠地處黃河下游入海口的山東省東營市， 水源為黃河水。進入90年代以來，由于黃河中下游地區不斷加快黃河水資源的開發利用步伐，水量明顯減少，斷流天數加長；黃河中、上游工業污水及生活污水污染日趨嚴重，原水水質中有機物、重金屬離子等時有超標、水體異臭、異味的產生給水處理帶來一定的難度。隨著社會的發展、人民生活水平的不斷提高，對供水水質的要求也越來越高， 要求新建純化水廠出廠水質必須達到“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”對出水濁度小于1NTU的指標。該水廠投運至今出水濁度小于0.4NTU，完全達到了設計的技術指標及參數，是勝利油田目前自動化程度最高、出廠水質最好的現代化水廠。
1. 工程概況
純化水廠始建于2000年3月，2001年6月竣工。純化水廠的投產緩解了勝利油田東營西部地區供水緊張的局面，并使勝利油田黃河南岸的供水系統布局更趨合理。純化水廠設計規模為10×104m3/d，采用微渦混合、小格網絮凝、平流沉淀池及V型濾池、自控系統及設備。本工程還包括10.53kM預應力鋼筋混凝土輸水管道及站外配套電力、通信系統，工程總投資9752萬元。
2. 工藝流程
純化水廠工藝流程及監測儀表安裝位置見圖1。
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3 工程設計
3.1 水源
純化水廠水源取自純化水庫。純化水庫由引黃打漁張灌區的二干渠引水，二干渠由打漁張東沉砂池出口洛車李分水閘引出，設計流量80m3/s，最大通水能力95m3/s。純化水庫引水口距洛車李分水閘約1780m。水庫總庫容3341×104m3，水深10m。
黃河水經沉砂池沉砂后進入水庫，水庫出水濁度一般小于30度。在黃河斷流缺水期，原水濁度約在100度左右。原水色度一般小于20度，7～8月份庫底水色度達到26度。化學需氧量為3.62～40.2mg/L。CL-含量為115～586mg/L。總礦化度為590.18～1456.63mg/L。原水水溫隨季節變化為0 ～27°C。pH為8～8.6。春、夏季藻類含量較高時約為(6～70)×104 個/ml。以上數據顯示原水有富營養化污染。原水微量重金屬元素總汞、總鎘時有超標，基本屬于飲用水水源三級水水質標準。
3. 2 吸水井、原水泵房
3.2.1 吸水井(鋼筋混凝土結構)
吸水井設計流量為Q計=14×104m3/d。設有1.5m×13.25m(B×H)格柵清污機二臺，皮帶運輸機一臺。進水段尺寸為3.6m×6.0m×11.0m，吸水井部分為半地下承壓鋼筋混凝土結構，尺寸為17.0m×4.5m×5.0m，吸水井至絮凝沉淀池超越管線上設DN1200電動調節閥1個。
3.2.2 原水泵房
水庫高、中水位時原水可自流進入平流沉淀池，當水庫水位為中下、低水位時由泵提升至平流沉淀池。水泵揚程為1～6m。由于水泵揚程低、變幅較大，目前常規的水泵達不到要求。為此經與水泵廠協商，由廠方將泵轉速降低(由n=985降至585、485rp /min)以達到設計要求。選用RDL600-540B型離心泵三臺，Q=2020m3/h， N=55kW，D=585mm，當H=6.5m時η=82%；RDL500-510B離心泵一臺，Q=1130m3/h， H=6.5m，N=45kW，D=502mm，η=83%；SZ-2真空泵二臺，DX5-5.0-20(5t)電動單梁懸掛起重機一臺。
泵房為磚混結構地上泵房，平面尺寸為24.0m×7.8m，H=6.3m。值班、控制、配電、變壓器室為磚混結構，平面尺寸為15.9m×7.8m，H=4.5m。
3.3混合、絮凝、沉淀
3.3.1混合
設立管式微渦混合裝置二座，每座通過流量5.5×104m3/d，水頭損失為0.7m。該裝置由9組DN300×4200串聯圓管混合器組成，混合時間為68秒。立管式微渦混合裝置安裝在3.2×2.85、H=5.0的鋼筋混凝土水池中、即絮凝池進口端。
3.3.2 絮凝
采用絮凝時間短、絮凝效果好、抗沖擊力強的小孔眼格網絮凝池。設小孔眼格網絮凝池二座 每座Q規模=5.5×104m3/d， 可超負荷20%運行。每座平面尺寸為16.55m×10.945m，H=4.80m，平均有效水深3.8m。絮凝池中設有聚丙烯小孔眼格網，為變速流，絮凝停留時間707秒，絮凝池水頭損失為0.3 m。過渡段采用網箱形式布設格網。每座絮凝池底部設穿孔排泥管、12個 DN150氣動蝶閥，由PLC程序自動控制向池兩側自動排泥。設9.94m× 2.5m，H=3.70m 排泥閥組間二座。每座絮凝沉淀池來水管線上設DN900手動蝶閥一個。每座絮凝池進口設SONO3110(變送器SONO3000)型超聲波流量變送器一臺。
3.3.3沉淀池
設平流沉淀池二座，每座Q規模=5.5×104m3/d，可超負荷20%運行。每座沉淀池平面尺寸為16.55m×64.675m，H=4.4m，停留時間為1.5小時。
每座沉淀池沉淀區設SX-I-16虹吸式自動吸泥機一臺。每座沉淀池集水區上部設集水槽 8條， 集水槽上用螺栓固定不銹鋼三角堰。沉淀池出水采用鋼筋混凝土渠道輸送至V型濾池，每座沉淀池出水渠設閘板控制。
3.4 V型濾池
3.4.1 V型濾池
濾池為半地下鋼筋混凝土水池，平面尺寸為25.59m×37.2m(包括管廊)，內設六組濾池 (雙格)，濾池高4.09m。采用法國得利滿公司的V型濾池和自控系統及專用設備。
每組濾池設200mm×200mm、400mm×520mm氣動交叉掃洗減流閘板閥各一臺， DN400 氣動反沖洗進水蝶閥、DN600氣動反沖洗排水蝶閥、DN250氣動氣洗蝶閥、DN400氣動濾后出水液位調節閥、DN150排空蝶閥、DN40氣動排氣閥各一臺。每組濾池安裝D20濾頭4914 個。設CI90阻塞顯示器、LT90液位探測器、A11FEB26GD低液位探測器各一臺，濾池運行全自動控制。管廊儀表盤安裝了pH計、濁度儀。操作間儀表盤安裝了濁度儀、余氯分析儀，還安裝了反沖洗流量計和總濾后水流量計二次儀表。濾池采用均質石英海砂濾料，濾料層厚度為1.15m，濾料有效粒徑0.90～1.0mm，d10/ d60<1.35，墊層礫石平均粒徑為4～8mm，厚0.05m。
3.4.2 操作間
反沖洗泵房內安裝三臺ETAR200－250M1離心水泵，每臺流量Q=680 m3/h， H=7m， N=22kW；設有三臺50DLX-12×3投氯水用增壓泵，每臺流量Q=17 m3/h， H=33m， N=4kW。泵房平面尺寸為9.3m×7.3m， H=3.9m。鼓風機房內設有三臺GM50L羅茨鼓風機，每臺風量Q=2500 m3/h， H=400 mbar， N=45kW；設有二套10T3NEL 15A無油式壓縮機，每臺流量Q=72.6 m3/h，最大壓力 0.86MPa， N=7.5kW。機房平面尺寸為9.3m×11.24m， H=5.3 m。
3.4.3 工藝設計主要參數：
每組濾池過濾面積為90.965 m2 (2×3.5m×12.995m )，總過濾面積為545.79 m2。恒速恒水位過濾，正常濾速7.79m3/m2·h，當一座濾池反沖洗時濾速為7.94 m3/m2·h，強制濾速9.5 m3/m2·h。氣沖洗強度q氣洗＝15.3I/m2·s，沖洗歷時2～4min，水反沖洗強度q水洗＝4.0 I/m2·s，氣水混沖歷時4～6min， 水漂洗4min，水表面掃洗強度q水表洗＝2.0 I/m2·s.沖洗全過程輔以表面掃洗。
3.4.4 過濾及反沖洗控制:
V型濾池由一臺公共反沖洗PLC及六個濾池單元PLC控制濾池正常運行。各單元V 型濾池的監控和自動化是通過各自PLC、專用儀表、氣動閥等組成的自動控制系統來自動完成恒位、恒載運行。當濾池水位稍有變化時，濾池液位傳感器發出信號給PLC，PLC接收信號后，與濾池設定的基準水位相比較。如果信號與基準水位偏差超過2cm時、PLC立即啟動控制單元，開啟電磁閥，打開氣動閥來調節濾池出水蝶閥的開啟度，使濾池水位基本維持恒定。
安裝在濾板下的阻塞顯示器，可將濾床阻塞程度的信號傳送給濾池單元PLC，PLC接收信號后，與設定的水頭損失值相比較、顯示出來，用以決定濾池是否要沖洗(或設定沖洗周期)，并傳送至公共PLC。
每一濾池均配有1臺PLC，用作單元濾池恒位、恒載運行控制和測示濾池水頭損失，確定傳送信號；公共沖洗PLC負責沖洗水泵、鼓風機等設備的監控；各單元濾池PLC通過網絡與公共沖洗PLC相連，公共沖洗PLC通過網絡與計算機相連。計算機負責管理，即數據顯示、打印、儲存。公共沖洗PLC又與水廠中控室PLC和微機聯網，故能在中控室內對濾池運行實施監控。當公共沖洗PLC失靈時，仍能維持正常運行。
當一個濾池進行沖洗時，如另一濾池也達到需要沖洗而發出信號時，則此信號被存入公共沖洗PLC存儲器中，然后按存儲先后，順序進行沖洗。濾池運行反沖洗，由PLC系統自動運行，也可由現場控制。
本工程設置了濾池反沖洗廢水回收系統，反沖洗水自流進入廢水池，經泵提升至調儲池后連續均勻的將水再回送至沉淀池進行處理。
3.5 清水池
清水池為半地下鋼筋混凝土結構，有效容積10000 m3，平面尺寸為32.25m× 56.25m， H=3.3m分二格。有效水深3.0m。每格清水池設DN1200進水、出水閥、DN1200溢流管各一個，DN200通氣管12個。
3.6 清水泵房、吸水井
3.6.1 吸水井
吸水井為半地下鋼筋混凝土結構，平面尺寸為4m×26m，H=5.4m。
3.6.2清水泵房
清水泵房為半地下鋼筋混凝土磚混結構，平面尺寸為9m×43.2m，地下部分H=2m，地上部分H=6.0m。配電室為地上磚混結構，平面尺寸為9.0m×23.0m， H=4.5m， 設6kV配電室和低壓配電室、變壓器室、控制室、值班室。
清水泵房內設離心水泵六臺，其中RDL400-540B離心高壓(6000v)水泵四臺，Q=2020 m3/h、H=55m、N=450kW、η=85%、D=475mm；Omega250-480A離心低壓(380V)水泵二臺， Q=1080 m3/h、H=55m、N=220kW、η=85%、D=438mm，最大時運行三大一小。設220kW 變頻調速器二臺，SZ-2真空泵二臺。設DX3-6.5-20電動單梁懸掛起重機一臺。設QSD2-20- 0.55潛水泵一臺。
清水泵可采用自動或手動控制運行，自動控制由設置的變頻器按照管網的壓力自動調整低壓水泵的轉速，PLC控制六臺泵的啟動/停止，整個系統采用變頻調速，PID自適應調節，PLC邏輯控制方式。
在外輸總管線上設有EC310pH變送器、314－610余氯分析儀、1720D濁度儀。DN1000、 DN500、DN500三條外輸出線上分別設DN700、DN350、DN350、IFM4100電磁流量計。
主要設計參數:
時變化系數K時＝1.4， 平均時流量Q平均＝4167 m3/h，最大時流量 Q計＝5833 m3/h，超負荷20%最大時流量Q校核＝6999 m3/h。 3.7藥庫、加藥間
藥庫為地面磚混結構，平面尺寸為7.2m×11.7m，加藥間平面尺寸為7.2m×15.6m，值班室平面尺寸7.2m×3.9m，H=5.4m。內設Φ1.6m混凝劑溶藥罐一座，3.5m×3.0m×1.3m混凝劑溶液池二座，每座有效容積10.5 m3；設Φ1.6m助凝劑溶藥罐一座，3.5 m×1.4m×1.3m助凝劑溶液池二座，每座有效容積5.0 m3；設3.5 m×1.4m×1.3m粉末活性炭溶液池二座，每座有效容積5.0m3。加藥間內設RB96K7P5/7 MAXROYB混凝劑投加隔膜泵三臺，Q=650l/h、 H=1.0Mpa、N=1.1kW，配套變頻器三臺。溶藥罐攪拌器一臺、溶液池攪拌器二臺。助凝劑(加酸)RA96H5P5/E 7 L TS MAXROYA隔膜泵三臺，Q=215L/h、H=1.0Mpa、 N=0.55kW；助凝劑溶藥罐攪拌器一臺、助凝劑溶液池攪拌器二臺。粉末活性炭RA144H5H5/7L KS MAXROYA隔膜泵二臺Q=330L/h、H=1.0Mpa、 N=0.55kW，配套變頻器二臺；粉末活性炭溶液池攪拌器二臺。室外設ф1400×15000玻璃鋼臥式酸儲罐一臺。
設計參數:
混凝劑平均投加量q1平=20mg/L，混凝劑最大投加量q1最大=40mg/L，
助凝劑最大投加量q2最大=2mg/L，粉末活性炭最大投加量q3最大=5mg/L。酸的投加量需根據原水pH值的大小，經試驗后確定。
混凝劑、助凝劑、粉末活性炭投加由加藥泵變頻器頻率設定，采用進水流量比例控制方式調節加藥量。
3.8 氯庫、加氯間
3.8.1氯庫
氯庫為地面磚混結構，氯庫平面尺寸為7.2m×23.4m，H=5.4m ；氯庫可存放1t氯瓶18個，設 DX2-5.0-20電動單梁懸掛起重機一臺。設2t彈簧天平一臺，設氯氣泄漏探測器一臺及氯瓶切換設備。
3.8.2加氯間
加氯間平面尺寸為7.2m×7.8m， H=5.4m。成套引進ALLDOS生產的GS143-040 M01V01 20 kg/h加氯機三臺，二運一備，預氯比例投加，濾后消毒為復合環控制自動投加，一臺備用自動加氯機預氯和消毒公共備用。當“泄氯報警”儀檢測到泄氯時，PLC發出報警，并連鎖關閉氯氣管線電磁閥。
預加氯點有兩處，當原水中藻類大量繁殖時在立管微渦混合器前加氯;當原水中氨氮超標， 為減少水中三鹵甲烷的產生量，在V型濾池進水口設有中間加氯點。設4mX4m泄氯事故池，以備不時之需。
3.9 廢水池、調儲池
設廢水池兩座、總容積900m3，接收V型濾池反沖洗廢水及絮凝沉淀池排泥廢水。廢水池內設有兩臺潛水泵，在半小時內將廢水池水抽送至調儲池。設兩臺小型潛水泵，將部分帶活性污泥的廢水回送至沉淀池回用。
調儲池容積為10000m3， 調儲池內設兩臺潛水泵連續將經沉淀后的水送至沉淀池進行再處理。
3.10 管材的選擇及連接方式
3.10.1管材選擇
純化水廠站內管線規格較多，DN15～DN1200，總長度約為3kM。由于純化水廠所在地的地下水具有中腐蝕性，主體工藝流程管線除V型濾池管廊內管線采用鋼管(外壁采用醇酸瓷漆防腐，內壁采用H8701飲用水涂料襯里)外，其余管線全部采用夾砂玻璃鋼管和玻璃鋼管; 加藥、加氯管線及飲用水管線采用PVC塑料管；排水管采用鑄鐵管；至石化總廠輸水管線采用鋼筋混凝土管。
3.10.2 連接方式
鋼管采用焊接和法蘭連接； 夾砂玻璃鋼管和玻璃鋼管采用承插、法蘭連接和粘接；PVC 管采用粘接和法蘭連接；排水鑄鐵管采用水泥砂漿連接；承壓鋼筋混凝土管采用承插口橡膠圈連接。 考慮到夾砂玻璃鋼管和玻璃鋼管剛性較差，為防止管線斷裂，在主流程構筑物工藝管線之間均設防震膨脹節。
4．檢測儀表為了即時控制和檢測水廠生產過程中的參數，在工藝流程中不同的部位安裝了各種檢測儀表，分別安裝了pH分析儀、濁度計、流量計、液位計、液位傳感器、阻塞顯示器、余氯泄漏探測器、余氯分析儀等檢測儀表。檢測儀表均為進口設備。
5．自控系統
純化水廠自控PLC部分包括：原水泵房控制盤CP100、絮凝沉淀池控制盤CP200、V型濾池控制盤CP300、清水泵房控制盤CP400、加氯加藥間控制盤CP500等。自控系統采用分散控制，集中管理，該系統的監控操作站設置在中控室，由一臺監控PC機，一臺管理PC 機，打印機等設備組成。監控操作站下轄五臺PLC控制盤：原水控制盤負責對原水泵房參數測控；沉淀池控制盤用于控制和檢測絮凝沉淀池有關設備;清水泵房控制盤用于控制和檢測清水泵房的有關設備；加藥加氯控制盤用于控制和檢測加藥加氯的有關設備；濾池控制盤設置于濾池電氣室，與其下轄的六個控制臺一起實現濾池自動反沖洗。各控制臺與濾池控制盤間采用現場總線進行通訊。所有完成測控任務的控制盤(內含PLC)都互聯，并通過ETHW (以太網)網絡于中控室的監控操作站的兩臺PC機連接。
由于采用了帶有PLC控制盤，PLC可對監控參數進行數據采集和自動控制，各臺PLC 內的軟件根據運行參數的變化(流量、壓力、濁度或操作員設定點的改變)而變化或自動操作各臺設備，通過各臺配有的人－機界面，可以對設備進行手動控制。
現場網絡可使這一網絡連接的PLC進行直接通訊，來自水廠各處的信息都可以用于各臺PLC。
在中控室，操作員可通過計算機對水廠進行全面監測管理，所有信息都及時顯示在屏幕上，可以實時顯示工藝流程畫面，設備狀態及運行情況，便于觀察。中控室內設置的數據服務器通過油田綜合信息網可向信息中心等需數據的單位提供數據服務。監控操作站主要功能：
(1)通過網絡與各控制盤進行數據通訊管理；
(2)實時顯示水廠工藝流程畫面、設備狀態；
(3)可在畫面中進行以下操作：記錄活動清單，非取消報警清單，運行電機清單，
模擬值和設定點清單，模擬值直方圖，按操作員要求打印上述清單和直方圖，自動打印班、日、月報表，實時打印主要活動(報警)、記錄模擬值、打印一千個最近的活動。
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