一种高压膜过滤系统、回收率控制及保护方法
阅读说明：本技术 一种高压膜过滤系统、回收率控制及保护方法 (High-pressure membrane filtration system and recovery rate control and protection method ) 是由 陈明 谭金宝 王群保 武克亮 关晓琳 王怀林 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高压膜过滤系统、回收率控制及保护方法,膜过滤系统包括至少一个膜组件、高压泵、循环泵、原水管路、浓水管路、高压调节阀及PLC控制器,高压泵设置在原水管路上,原水管路上设置有进水流量计,膜组件的进口端设置有压力变送器S1,膜组件的出口端设置有压力变送器S2,循环泵设置在浓水管路上,浓水管路上设置有高压调节阀及浓水流量计,高压泵、进水流量计、浓水流量计、压力变送器、高压调节阀均与PLC控制器连接,PLC根据系统回收率H及跨膜压差K对系统进行回收率控制和连锁保护。本发明利用模糊控制的方法对系统进行回收率控制,可消除高压调节阀频繁开关的现象,保证膜过滤系统的稳定运行,提高系统的回收率及过滤质量。(The invention discloses a high-pressure membrane filtration system and a recovery rate control and protection method, wherein the membrane filtration system comprises at least one membrane component, a high-pressure pump, a circulating pump, a raw water pipeline, a concentrated water pipeline, a high-pressure regulating valve and a PLC (programmable logic controller), the high-pressure pump is arranged on the raw water pipeline, a water inlet flow meter is arranged on the raw water pipeline, a pressure transmitter S1 is arranged at the inlet end of the membrane component, a pressure transmitter S2 is arranged at the outlet end of the membrane component, the circulating pump is arranged on the concentrated water pipeline, the high-pressure regulating valve and the concentrated water flow meter are arranged on the concentrated water pipeline, the high-pressure pump, the water inlet flow meter, the concentrated water flow meter, the pressure transmitter and the high-pressure regulating valve are all connected with the PLC, and the PLC performs recovery rate control and linkage protection on the system according to the recovery rate H and the transmembrane pressure difference K. The invention utilizes the fuzzy control method to control the recovery rate of the system, can eliminate the frequent switching phenomenon of the high-pressure regulating valve, ensures the stable operation of the membrane filtration system, and improves the recovery rate and the filtration quality of the system.)
技术领域
本发明涉及膜过滤
技术领域
，具体涉及一种高压膜过滤系统、回收率控制及保护方法。背景技术
膜过滤是以压力为推动力的膜分离技术，又称为膜过滤技术，它是水处理的一种高级手段，根据膜选择性的不同，可分为反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等。
系统回收率是评价一个膜过滤系统工作效率优劣的重要指标，系统回收率的控制与系统压力密切相关，现有高压膜过滤系统一般都通过调节高压调节阀的开度大小调节系统压力，从而控制系统回收率，高压调节阀开度增大，浓水流量升高，系统压力降低，系统回收率减小；高压调节阀开度减小，浓水流量降低，系统压力升高，系统回收率增大。
现有高压调节阀都采用针型阀，由于阀口径小、行程短，导致阀门开关或调节速度过快，从而导致阀门调节过程中系统压力上升过快或下降速度过快。现有高压调节阀的开度一般都采用PID调节方式进行调节，在实际操作过程中，因高压系统的压力上升或下降的时间较缓慢，仪表反应较迟钝，系统压力不能得到实时反馈，常常出现高压调节阀的频繁开关，从而导致膜过滤系统的压力及回收率频繁波动，甚至出现因高压调节阀关闭过快而导致系统压力超出安全值，存在安全风险；膜过滤系统压力及回收率的频繁波动，不仅影响膜的过滤性能及使用寿命，降低膜的过滤质量及系统回收率。因此，设计一种安全实用、稳定运行的高压膜过滤系统及回收率控制和保护方法具有重要意义。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种高压膜过滤系统、回收率控制及保护方法。
本发明采用的技术方案是：
一种高压膜过滤系统，包括至少一个膜组件，高压泵、循环泵、原水管路、浓水管路及PLC控制器，高压泵设置在原水管路上用于向膜过滤系统输入过滤原水，高压泵的进口端设置有用于检测进水流量的进水流量计，膜组件的进口端设置有用于检测膜组件进水压力的压力变送器S1，膜组件的出口端设置有用于检测膜组件浓水出水压力的压力变送器S2，循环泵设置在膜组件出口的浓水管路上，用于将膜组件产生的浓水输入到下一膜组件或下一道工序，膜过滤系统的浓水出口端设置有高压调节阀，高压调节阀的出口端设置有用于检测浓水出水流量的浓水流量计，高压泵、进水流量计、浓水流量计、压力变送器、高压调节阀均与PLC控制器连接，PLC根据系统回收率H对系统进行回收率控制；根据跨膜压差K对系统进行连锁保护；
所述跨膜压差K＝max(P2-P1),所述系统回收率H＝(F1-F2)/F1×100％；其中，
P1为压力变送器S1检测的膜组件进水压力值；
P2为压力变送器S2检测的膜组件出水压力值；
F1为进水流量计检测的高压膜过滤系统的进水流量值；
F2为浓水流量计检测的高压膜过滤系统的浓水出水流量值。
一种上述高压膜过滤系统的回收率控制方法，当系统回收率出现负偏差且回收率负偏差超出允许的偏差范围时，按调节阀关闭步骤关闭阀门；当系统回收率出现正偏差且回收率正偏差超出允许的偏差范围时，按调节阀开启步骤打开阀门，直至系统回收率在允许的偏差范围内时，停止调节。
进一步地，所述调节阀关闭步骤包括：
第一步，调节阀快速关闭至初始开度；
第二步，调节阀快速关闭至初始开度后，按增益值和脉冲时间交替执行关闭动作，即调节阀的开度达到一个增益值后，执行一次脉冲时间，一次脉冲时间结束后，继续按第二个增益值执行关闭动作；
第三步，重复步骤二，直至系统回收率在允许的偏差范围内时，停止关闭动作；
所述初始开度指系统压力小于4bar时高压调节阀的阀门开度；所述增益值指阀门开度的减小值；所述脉冲时间指高压调节阀在关闭过程中，分段执行关闭动作，两次执行关闭动作之间的停止时间。
更进一步地，所述增益值为阀门开度减小的百分比值。
进一步地，所述调节阀开启步骤包括：
第一步，按增益值和脉冲时间交替执行开启动作，即调节阀的开度达到一个增益值后，执行一次脉冲时间，一次脉冲时间结束后，继续按第二个增益值执行开启动作；
第二步，重复步骤一，直到调节阀开启至初始开度；
第三步，调节阀开启至初始开度后，快速打开直至全开；
所述初始开度指系统压力小于4bar时高压调节阀的阀门开度；所述增益值指阀门开度的增大值；所述脉冲时间指高压调节阀在打开过程中，分段执行打开动作，两次执行打开动作之间的停止时间。
更进一步地，所述增益值为阀门开度增大的百分比值。
一种上述高压膜过滤系统的保护方法，包括：包括：当系统的高压保护值、流量保护值、膜通量保护值或跨膜压差保护值中的任意一个达到设定值时，按调节阀开启步骤打开阀门，及时降低系统运行压力；
所述高压保护值的设定值为：P2大于等于设计压力×120％；
所述流量保护值的设定值为：F2小于等于设计浓水流量值×50％；
所述膜通量保护值的设定值为：F1-F2)大于等于(设计进水流量值-设计浓水流量值)×120％；
所述跨膜压差保护值的设定值为：K大于等于系统设计的膜组件能够承受的最大跨膜压差值。
进一步地，调节阀开启步骤包括：
第一步：仪表信号持续超过设定响应时间后开始执行第二步；
第二步，按增益值和脉冲时间交替执行开启动作，即调节阀的开度达到一个增益值后，执行一次脉冲时间，一次脉冲时间结束后，继续按第二个增益值执行开启动作；
第三步，重复步骤一，直到调节阀开启至初始开度；
第四步，调节阀开启至初始开度后，快速打开直至全开；
所述响应时间指系统仪表信号在一个数值持续稳定的时间；所述初始开度指系统压力小于4bar时高压调节阀的阀门开度；所述增益值指阀门开度的增大值；所述脉冲时间指高压调节阀在打开过程中，分段执行打开动作，两次执行打开动作之间的停止时间。
进一步地，并连锁执行高压泵立即停止的步骤。
本发明的有益效果：
1、通过设置“回收率偏差”、“增益值”、“响应时间”、“初始开度”等参数，利用模糊控制的方法对系统进行回收率控制，可消除高压调节阀频繁开关的现象，保证膜过滤系统的稳定运行，提高系统的回收率及过滤质量，同时提高膜及高压调节阀的使用寿命。
2、通过设置“高压保护值”、“流量保护值”、“跨膜压差保护值”等参数，连锁控制高压调节阀和高压泵，确保高压膜系统运行的安全稳定性。
附图说明
图1是本发明第一实施方案的高压膜过滤系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
在以下实施例中：
膜组件进水压力值P1：压力变送器S1检测的膜组件进水压力值。
膜组件出水压力值P2：压力变送器S2检测的膜组件出水压力值。
跨膜压差K＝max(P2-P1)。
阀门开度D：指阀门打开程度，一般用百分比表示，0度表示全关。
初始开度D0：指系统压力小于4bar时高压调节阀的阀门开度。
增益值DZ：指阀门开度D的增大值或减小值。
进水流量值F1：进水流量计F1检测的高压膜过滤系统的进水流量。
浓水流量值F2：浓水流量计F2检测的高压膜过滤系统的浓水出水流量。
实际回收率HS：＝(F1-F2)/F1×100％。
目标回收率HM：指系统的设计回收率，可根据实际需求调整该值。
回收率偏差HP＝实际回收率HS-目标回收率HM。
脉冲时间SM：指高压调节阀在关闭或打开过程中，分段执行关闭或打开动作，两次执行关闭或打开动作之间的停止时间为脉冲时间。
响应时间：指系统仪表信号在一个数值持续稳定的时间。
高压保护值的设定值：P2大于等于设计压力×120％，并可根据需求修改该值，用于防止膜系统超压力运行带来的风险。
流量保护值的设定值：F2小于等于设计浓水流量值×50％，用于防止膜系统超压力运行带来的风险，膜系统的安全冗余保护。
膜通量保护值的设定值：(F1-F2)大于等于(设计进水流量值-设计浓水流量值)×120％，用于防止膜通量过大，导致膜组件损坏的风险。
跨膜压差保护值的设定值：K大于等于系统设计的膜组件能够承受的最大跨膜压差值。
实施方式1
参阅图1，本实施例提供一种高压膜过滤系统，包括至少一个膜组件M1，高压泵P1、循环泵P2、原水管路、浓水管路及PLC控制器，高压泵P1设置在原水管路上用于向膜过滤系统输入高压过滤原水，高压泵P1的进口端设置有用于检测进水流量的进水流量计F1，膜组件M1的进口端设置有用于检测膜组件M1进水压力的压力变送器S1，膜组件M1的出口端设置有用于检测膜组件M1浓水出水压力的压力变送器S2，循环泵P2设置在膜组件M1出口的浓水管路上，用于将膜组件M1产生的浓水输入到下一膜组件M1或下一道工序，膜过滤系统的浓水出口端设置有高压调节阀VS1，高压调节阀VS1的出口端设置有用于检测浓水出水流量的浓水流量计F2，高压泵P1、进水流量计F1、浓水流量计F2、压力变送器S1、压力变送器S2、高压调节阀VS1均与PLC控制器连接，PLC根据系统回收率H对系统进行回收率控制；根据跨膜压差K对系统进行连锁保护。
优选进水流量计F1和浓水流量计F2类型为电磁流量计或转轮流量计；压力变送器S1和压力变送器S2为静压式压力变送器。
在本实施例中，设置有两个膜组件M1，第一个膜组件M1的浓水通过第一高压泵P1泵入第二个膜组件M1，第二个膜组件M1的浓水通过第二高压泵P1泵入下一道工序。
实施例1所述高压膜过滤系统的设计参数及工艺运行参数为：
目标回收率HM为70％，允许的回收率负偏差HP-为-5％，允许的回收率正偏差HP+为+5％；
阀门开度D为90％时全开，阀门初始开度D0为60％，增益值DZ为1％；
脉冲时间为1秒，响应时间为5秒；
工作压力为80bar,高压保护值的设定值为：P2大于等于96bar；
跨膜压差保护值的设定值设定为：K大于等于10bar；
设计进水流量值FJ为10m3/h，设计浓水流量值Fn为3m3/h，流量保护值的设定值：F2小于等于1.5m3/h，膜通量保护值的设定值：(F1-F2)大于等于8.4m3/h。
实施方式2
用于上述高压膜过滤系统的回收率控制方法，当PIC检测到系统回收率负偏差HP-大于-5％信号持续响应时间5s时，PIC控制调节阀按如下步骤关闭：
第一步，调节阀快速关闭至60％的初始开度；
第二步，调节阀快速关闭至60％开度后，PIC控制调节阀按第一个增益值-1％慢速关闭至59％开度，然后停止关闭动作1秒，再执行下一个增益值-1％的关闭动作，如此按增益值-1％和脉冲时间1秒交替执行关闭动作；
在调节阀关闭过程中，PIC实时监测系统回收率，直到检测到系统回收率负偏差HP-在允许范围内时，停止关闭动作。
当PIC检测到回收率正偏差HP+大于5％信号持续响应时间5s时，PIC控制调节阀按如下步骤打开：
第一步，按增益值+1％和脉冲时间1秒交替执行开启动作，即调节阀的开度达到一个增益值+1％后，停止打开动作1秒，再按第二个增益值+1％执行开启动作，直到调节阀开启至60％的初始开度；
第三步，调节阀开启至60％开度后，快速打开到90％全度；
在调节阀打开过程中，PIC实时监测系统回收率，直到检测到系统回收率正偏差HP+在允许范围内时，停止打开动作。
实施方式3
一种用于实施例1所述高压膜过滤系统的保护方法，当PIC检测到P2≥96bar或(F1-F2)≥8.4m3/h或F2≤1.5m3/h或K≥10bar时，按以下骤打开阀门，停止系统运行；
第一步：高压调节阀接到打开持续响应5秒信号后，执行第二步；
第二步，按增益值+1％和脉冲时间1秒交替执行开启动作，即调节阀的开度达到一个增益值+1％后，停止打开动作1秒，再按第二个增益值+1％执行开启动作，直到调节阀开启至60％的初始开度；
第三步，调节阀开启至60％开度后，快速打开到90％全度。
实施方式4
实施方式4当系统出现当PIC检测到P2≥96bar时，按调节阀开启步骤打开阀门，并连锁执行高压泵P1立即停止的步骤，及时降低系统运行压力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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