目录
一、茂名河东水厂概述................................................................................1
二、茂名河东水厂工艺流程........................................................................1 2.1 加药间工艺流程.............................................................................4 2.1.1 工艺流程概述......................................................................4 2.1.2 生产过程控制......................................................................8 2.2 泵房工艺流程...............................................................................10 2.2.1 工艺流程概述....................................................................10 2.2.2 生产过程控制....................................................................10 2.2.3 供配电系统........................................................................12 2.3 滤池工艺流程...............................................................................13 2.3.1 工艺流程概述....................................................................13 2.3.2 生产过程控制....................................................................14 2.4 中控室...........................................................................................15
三、实习心得..............................................................................................17
四、附表1（实习计划）...........................................................................19
五、附表2（实习内容和过程）...............................................................21
一、茂名河东水厂概述
茂名河东水厂的建设共分为两期：首期工程于 1993 年开工建设，95 年开始供水，日供水量可达10 万立方米；1998 年茂名市政府利用国债资金和丹麦贷款建设了河东水厂二期工程，二期工程的 日供水量也可达10 万立方米，但是，从技术指标上来看，二期工程的技术指标总体上优于首期。如今，茂名河东水厂日供水量约为12~13 万立方米，因此其富余能力大。
二、茂名河东水厂工艺流程
茂名河东水厂的工艺流程如图1 所示：
图1 茂名河东水厂的工艺流程图
茂名河东水厂的源水来自于高州水库，高州水库的水经明渠引至山阁调节水库。山阁调节水库的作用主要有：用一个源水阀进行流量大小的控制，控制进厂水量的控制（河东水厂的进水量就是由 在山阁调节水库的源水阀进行控制的）；山阁调节水库的另一个作用是具备自净化功能，一般只需7~10 天就可以去除大部分的有毒物质。山阁调水水库的水用1.2m的暗渠引至河东水厂。 进入河东水厂源水含有各种杂质、细菌（大肠杆菌）、藻类，需要进行一定的处理，才能够成为合格自来水。所以，进入水厂的源水最重要的工艺是加药，一来是吸附源水中的各种杂质，一是杀死水中的有害细菌和藻类。相应加的药品分别是聚合氯化铝（特殊情况如发洪水是要用硫化铝）和消毒剂（茂名河东水厂用的是液氯，因为液氯成本低，原材料丰富，有的水厂也用臭氧或者氨气进行消 毒）。
在水厂，源水首先加入氯化铝溶液，然后加入氯化铝溶液的源水进入混合槽，在混合槽里，药剂和源水进行充分的混合。混合后的源水进入反应池，在反应池里，药剂和源水进行充分反应，并生成矾花——由氯化铝吸附水中的杂质和细菌生成。为了使药剂和源水进行充分的反应，反应池经过特殊的设计，以延长反应时间，反应池的结构如图2 所示；经过混合槽的混合水要留过很长的路径才 能够达到出水口，这样就延长了源水和氯化铝的接触和反应时间，从而使源水和氯化铝能够得到充分的反应。
图2 反应池的结构示意图
从反应池出来的水含有大量的矾花，需要进入沉淀池进行沉淀，把生成的矾花和清水分离。沉淀池的结构如图3 所示，反应池出来的混合水进入沉淀池，沉淀池有一点的长度，靠近进水口的地方为矾花沉淀区，越靠近进水口的地方，矾花的含量越高。在矾花区设置一台抽泥机，定期将沉淀的矾花抽出沉淀池。靠近出水口的地方为清水区，在清水区靠近液面的地方用集水槽收集清水。茂名 河东水厂一期的沉淀池的结构与二期的沉淀池的结构不同，二期的沉淀池对矾花的沉淀效果更好。
图3 沉淀池的结构示意图
从沉淀池出来的清水含有少量的矾花和细菌（如大肠杆菌），需要经过滤池进行过滤。滤池的主要成分为1.2m 的石英砂，利用石英砂对物质（如矾花）的吸附作用，将沉淀池出来的清水过滤干净，并投入氯气。投入氯气的作用是杀手水中的细菌（主要是大肠杆菌）和藻类，投入氯气的含量要保证成品自来水余氯为0.3，如果余氯太低的话，不能够达到很好的杀毒效果，不能够有效地杀死水中的大肠杆菌和藻类；如果水中的余氯含量太高的话，又对人体有伤害。由于石英砂吸附了矾花，为保证供水的质量，需要定期对滤池进行反冲洗，冲洗掉吸附在石英砂上的矾花。反冲洗的步骤主要有先气洗两分钟，让石英砂疏松；然后再水洗和气洗一起，冲洗掉吸附在石英砂上面的矾花；最后用水洗将脱落的矾花冲进排水槽，排出滤池。茂名河东水厂的一期滤池需要20 小时反冲洗一次，而二期滤池需要24 小池反冲洗一次，这是因为二期的沉淀池对矾花的沉淀效果比一期的沉淀效果更好。
从滤池出来的清水基本就是成品水了，此时的清水进入清水池，等待进入高压泵房进行加压。清水池的成品水进入泵房加压后直接与城市管网相连接，为城市供水。 2.1 加药间工艺流程
加药间的工艺流程图如图4 所示。
图4 加药间流程图
2.1.1 工艺流程概述
茂名河东水厂的加药间加的药主要是投矾（氯化铝）和加氯。需要强调的是，由于是水厂是连续生产的单位，所以无论是加药间还是上面全厂的工艺流程，所有的设备，包括泵、处理池、电动机都是设置两套，实现一备一用，保证连续生产。
从山阁调节水库来的源水经过源水阀进厂，然后用流量计测量源水的流量，该流量信号作为投矾量的一个控制信号。流量计测得的流量信号（差压信号），经现场的运算放大电路放大成4~20mA的信号（模拟信号）送到现场控制仪表。为保证现场运算放大电路的可靠工作，设置了一个稳压器，为现场运算放大电路提供稳压电源。
源水经过流量计后，首先是进行前加氯和加矾。前加氯的作用是当成品水的余氯指标达不到要求时，才进行前加氯；另外，在特殊情况下，如源水的质量不好，经过处理后，余氯仍然达不到指标的话，就需要前加氯。由于茂名河东水厂的源水来自于高州水库，质量比较好，所以前加氯现在已经不用（对于部分源水来自河水的水厂，前加氯还是必须的，这也是茂名河东水厂当时设计时考虑了 前加氯的原因）。
紧接着前加氯之后的另一工艺加药工艺是投矾。
投矾，就是向源水中投入氯化铝溶液，氯化铝溶液来自于矾池。所以，在投矾站，师傅将固体聚合氯化铝固体投入到矾池。投入矾池中的聚合氯化铝的量需要进行控制，这个控制是一个经验参数，由工人师傅根据经验投入。矾池有两个，互相备用。师傅在矾池投矾的流程为：来自清水池的自来水通过图4 的进水阀门进入矾池，由师傅将聚合氯化铝固体投入矾池进水侧，形成氯化铝溶液；矾池的进水侧和出水侧有挡板，防止杂物进入出水管道，阻塞出水管道；在矾池上还设置有搅拌机，用于加速氯化铝固体溶解，使氯化铝溶液均匀；另外，矾池上方还设置有超声波液位计，用于测量矾池的液位。
由于矾池有两个，一备一用，所以在氯化铝溶液的出水口设置了一个矾池切换阀，用于切换那个矾池作为备用状态，那个作为工作状态。投矾时，首先由矾池抽出氯化铝溶液，然后经过提升泵，提高溶液的压力。之后，高压的氯化铝溶液通过投矾泵投入到源水中。投矾泵的投入量需要根据源水流量和矾花生成量来控制，源水的流量控制投矾泵电机的转速；矾花生成量控制投矾泵的振幅。源 水流量越大，投矾泵电机的转速越快，投入氯化铝溶液的量越大；而矾花生成量（反应矾花的生成效果）控制投矾泵的振幅，振幅越大，投入的氯化铝溶液的量越大。从提升泵中流出的氯化铝溶液一部分按照控制要求投入到源水中，另外一部分通过回流管道和回流阀流回矾池。由于茂名河东水厂矾池出来的氯化铝溶液的压力已经足够大，已无需通过提升泵来提升其压力，这也是茂名河东水厂在设计上的一个问题。但是由于提升泵串联在管道当中，所以实际运行时，仍然需要让提升泵运
4 行，这样大大地浪费了大量的电能。此外，部分水厂将清水池设置在楼上，这样出来的水就有足够的压力了，所以就无需设置提升泵了。
投完矾的源水在混合槽中充分混合和反应，之后在沉淀池中将生成的矾花沉淀下来，生成的矾花由刮泥机定期排出此外；而从集水槽收集的清水引到滤池。 加氯装置也有两套（前加氯和后加氯），每一套中有两套互相备用的装备。以后加氯为例，从氯罐中出来的氯气首先经过切换阀（从氯罐出来的氯是液氯，需要通过一个加热装置变为氯气），然后通过加氯机和阀门送到水射器；另一方面，来在清水池的自来水通过增压泵变为高压水，进入水射器。氯气在水射器中，由于高压水的作用被抽到管道中，最后送到滤后水，用于杀毒。国家标准要求产品自来水的余氯含量为0.3。
茂名河东水厂的加氯机如图5 所示：
图5 加氯机
在图5 中采用的是真空加氯机，其气压比大气压地，所以采用真空加氯机的好处是，即使加氯管道发生泄露，都不会导致氯气扩散到空气中，从而具有更好的安全性能。加氯机上带有切换功能和 计量设备，计量的设备主要是转子流量计，如图6 所示。
图6 加氯机（转子流量计）
除了以上的工艺流程外，茂名河东水厂由于采用氯气作为杀毒剂，而氯气有毒，为了能够在发生氯气泄露时，能够将泄露的氯气吸收掉，防止氯气发生扩散，造成更大的经济损失。茂名河东水厂设置了泄氯吸收装置。泄氯吸收装置主要由风机、泵机等组成；由于氯气比空气重，所以在存放氯罐的房间内的地板上设置了一条沟，并与风机相连。风机建气体抽出，并由下至上喷入装置内；而泵
5 机将介质溶液从上往下喷入装置中，从而吸收泄漏的氯气。以前用来吸收氯气的介绍主要是NaOH，但是由于泄氯吸收装置需要定期进行试运行，那么NaOH将空气中的二氧化碳生成碳酸钠和碳酸氢钠，生成的产物将阻塞装置的管道。因此，现在介质采用氯化亚铁，那么生成产物是氯化铁，同时，装置中装有铁屑，生成的氯化铁与铁屑反应，又生成氯化亚铁，达到介质的循环利用的目的。在加药间设置有泄氯探测装置，当发生氯气泄漏时，能够自动启动泄氯吸收装置。为保证安全，通常情况下，泄氯吸收装置应该打在自动工作状态。泄氯吸收装置如图7 所示。
图7 泄氯吸收装置
2.1.2 生产过程控制
加药间的生产流程控制主要是投矾量的控制，投矾量需要根据源水流量和矾花生成量来控制，源水的流量控制投矾泵电机的转速；电机由控制室内的变频器供电，从而改变变频器的频率就可以控制电机的转速。矾花生成量控制投矾泵的振幅。源水流量越大，投矾泵电机的转速越快，投入氯化铝溶液的量越大；而矾花生成量（反应矾花的生成效果）控制投矾泵的振幅，振幅越大，投入的氯化铝溶液的量越大。投矾量的控制有3 种控制方式，一种是手动控制，主要在特殊情况（如故障）使用，此时，投矾量不具备自动控制的功能。第二种控制方式是中控制方式，由现场控制仪表根据源水流量和矾花生成量控制投矾量，控制算法为常规的PID算法。另一种控制方式是中控室控制方式，控制信号由中控室给出。
在加药间控制室内有一台PLC 和一些控制柜；所有电机和泵的控制都可以通过控制室内的控制屏进行控制；其他一个控制屏可以控制三种控制方式之间的切换。PLC 采集现场所有设备的状态，并与中控室进行通信，实现中控室对现场所有设备的控制。控制室内还有2 台变频器，用于控制投矾泵的转速；采用2 台变频器是起到互相备用的目的。
现场控制仪表以前采用SCD，控制算法是常规的PID，如图8所示。图9 为检测源水PH 的检测仪表。
图8 SCD控制器
图9 PH值检测仪表
2.2 泵房工艺流程
泵房的工艺流程图如图10 所示。
图10 泵房流程图
2.2.1 工艺流程概述
从清水池出来的水是成品自来水，它的指标达到国家的要求（余氯0.3，浊度小于1）。为了把自来水送到城市的各个地方（特别是楼房），需要对成品自来水进行加压。首先从清水池的成品自来水吸入吸水井。吸水井有管道与加压泵相连（共7条这样的管道），由加压泵分别进行加压。加过压的水通过阀门连接在一起，最后统一经过出厂流量计送至城市管网。
7 2.2.2 生产过程控制
茂名河东水的泵房一共有7 台电机（每台电动机带动一台泵），其中2~7 号电机为定速电机：额定电压10KV，全速启动、全速运11行，额定功率有400KW 和450KW 两种，额定转速有1000r/min 和1500r/min 两种。由于这6 台电机均为全速运行，为有效控制出水的水压恒定，大的方面由投运的电机台数控制（由人工根据经验控制）；小的方面由PID进行控制：检测每台定速电机出口处的水压，控制每台泵出口处阀门的开度，从而控制出口的水压，控制规律为PID 控制（其PID 控制器如图11 所示，设置于控制室内的控制柜上），出水口压力可以通过PID 调节器给定；泵房共有6 套这样的系统。大小两方面结合，控制全厂出口的水压。
图11 可编程PID控制器
1 号电动机为变频调速电动机，额定电压0.66V（由10KV 进线电压经过变压器变为0.66KV后经过变频器供电），检测出厂出口处的压力，然后控制变频器，从而控制变频电机的转速，从而达到控制全厂出口压力的目的。
由于1 号电动机的变频器已经损坏，因此，茂名河东水厂的出口水压无法达到很好的保证，只能够粗略地控制投入的定速电机来和由定速电机的出水口阀门开度来控制。另外一方面，由于定速电机一般全速运行，而由出水口阀门来控制它的开度以控制出水口压力，这样浪费了大量的电能。 泵房设置了一个控制室，所有泵的投切和控制（PID 控制）均设置在控制室内，控制室内还有一些仪表，以显示出口自来水的压力和PH 值。另外，控制室内还有一个PLC 柜，PLC 在这里的功能与投药间PLC 的功能一致，主要都是采集泵房的各种信息，并与中控室进行通信，接受中控室的信号，对泵房的设备进行控制。图11所示的控制器是一种可编程控制器，能够编程设置PID 参数，设置进行手动控制还是自动控制，在茂名河东水厂中，很多现场的PID控制均采用这种可编程PID 控制器。
2.2.3 供配电系统
水厂泵房有6 台额定电压为10KV的高压电机，所以，茂名河东水厂的进线为10KV的高压电。由于水厂为连续生成的单位，所以有2 条进线，这两条进线的均来自于不同的电站且都带电。
水厂的高压配电房中共有2 段母线，采用单母分段的形式。一段母线带有3 台高压电动机的出线和1 台变压器（10/0.4KV）的出线，另一段母线除带有3 台高压电动机的出线外，还带有2 台变压 器（10/0.4KV、10/0.66KV）的出线。运行方式是通常两段母线的母联开关闭合，由一路进线给两段
8 母线供电，当发生故障时，再由另一条进行为两段母线供电。高压配电房采用的断路器有两种：SF6断路器和真空断路器。此外，高压配电房还装设有避雷器、电压互感器、电流互感器等电气设备进行相应的保护和计量。所有开关柜的二次系统都有相应的继电保护系统，其继电保护系统的电源由低压配电房提供，供电电压为110V直流电。
高压的10KV进电分别由3台变压器变压为0.4KV和0.66KV，其中0.4KV 为水厂的低压用电和照明用电，办公用电；而0.66KV为1 号电动机的供电电源（0.66KV 经过变频器后给1 号电动机供电）。10KV电压从高压配电房母线的出线经过电缆送到室外的变压器，变压后的低压引至低压配电房；由低压配电房进行所有低压用电的配电。此外，低压配电房内还有一台电源柜，它将380 的交流电整流为110V 的直流电，为高压系统的二次回路提供操作电源。为了保证在断电时，仍然能够对高压系统进行操作，以保证安全；低压配电房内还设置有一个二次电源的电池柜。在断电时，电池能够提供110V的二次操作电源。 2.3 滤池工艺流程
泵房的工艺流程图如图12 所示。
图12 滤池流程图
2.3.1 工艺流程概述
滤池的工艺流程比较简单，待滤水通过滤池的1.2m的石英砂，利用石英砂对物质（如矾花）的吸附作用，将沉淀池出来的清水过滤干净，并投入氯气。
另一方面，由于石英砂吸附了矾花，为保证供水的质量，需要定期对滤池进行反冲洗，冲洗掉吸附在石英砂上的矾花。反冲洗的步骤主要有先气洗两分钟，让石英砂疏松；然后再水洗和气洗一起，冲洗掉吸附在石英砂上面的矾花；最后用水洗将脱落的矾花冲进排水槽，排出滤池。 2.3.2 生产过程控制
滤池的工艺流程控制也比较简单，主要包括进出水的控制和反冲洗控制。其控制室的主要控制柜如图13 所示。
图13 滤池控制柜
进出水控制的由控制室内的控制柜上的控制按钮控制电动阀门的开和关，同时控制柜上还有相应的指示灯指示各个电动阀的状态。
茂名河东水厂的一期滤池需要20 小时反冲洗一次，而二期滤池需要24 小池反冲洗一次，反冲洗的控制以前采用自动控制，整个流程由一台控制器进行控制；现在改为人工控制。同样，控制室内的控制柜上有控制相关电机、鼓风机、电磁阀工作的按钮和指示他们状态的指示灯。
滤池的控制室除了上面所说的控制柜外，还有一些配电柜和一台PLC 柜，PLC 主要是采集滤池的各种信息（设备工作信息），并
与中控室进行通信，接受中控室的信号，对滤池的设备进行控制。 配电柜主要为反冲洗电机、鼓风机供电。 2.4 中控室
河东水厂的所有控制除通过手动控制或者现场仪表进行自动控制外，还可以通过中控室进行集中控制。在中控室内，有两个全厂模拟图（一期和二期各一个）可以观察到全厂所有设备（水泵、电机）的工作状态，例如用表示泵的符号旁边的小灯亮的颜色来表示泵的状态。如图14~15 所示。
图14 水厂一期工程模拟图
图15 水厂二期工程模拟图
中控室内装有两台工控机，工控机上装有组态软件。通过组态软件不仅可以查看全厂各种设备的工作状态，如阀的开关状态；而且还可以查询各个流程的参数，如水质的参数（余氯、浊度、PH值）；还可以对各个流程进行控制，如阀门的开关控制、电机投切、根据现场参数给出自动控制信号等，实现全厂的自动化生产。
部分组态软件的流程控制界面和数据界面如图16~17 所示。
图16 部分组态软件的流程控制界面
图17 部分组态软件的数据界面
11 中控室也同样装设有一台PLC，与各个流程控制室内的PLC和中控室内的工控机进行通信，实现信息的输入和控制信号的出。
三、实习心得
本次茂名河东水厂实习所得：
1、整体上了解了水厂的工艺流程：水厂的工艺流程主要是加药、过滤、加压等；对于加药，加矾的作用是吸附杂质，加氯的作用是杀毒（大肠杆菌和藻类）。
2、认识了部分过程控制设备，如SCD、流量计（如转子流量计）、调节器、PLC、电动阀门等，并透过流程，去理解如何去构筑一个自动控制系统，系统内部的连接方式，控制模式，系统如何与外部通信等。
3、电力方面，加深了对供配电系统一次回路和二次回路的理解；并接触了部分开关设备，如高压断路器，对这些设备的操作和原理更好地理解；另外就是接触了二次操作电源，了解了二次操作电源怎么来，如何保证二次电源的供电。
4、从理念上来看，如何在最快的时间内去理解一个系统的构成原理和一个系统与外界的通信与联系是一个是实习过程中最为关键的问题。
5、从技术经济的角度来看，一个项目最好是产能能力适度，过度的产能能力和投资并不能够得到合适的收益。 不足之处有两：
1、就系统的具体控制过程中的参数、具体控制的特点（包括系统的特点，如大惯性等），以及如何克服控制过程中的不利因素等，并未做深入了解，然而这些也正是一个学控制的学生必须重点了解的地方。
2、部分工艺流程的原理也是囫囵吞枣，不甚明白；特别是控制柜上部分控制按钮及指示也不明其所指，这是今后学习、工作中需要加强之地方。
四、附表1（实习计划） 实习地点 茂名河东水厂 时间安排及主要内容：
1、6月7日下午，安全生产及工艺；
2、6 月8 日上午，生产岗位基本知识（泵房）；
3、6 月9 日下午，生产岗位基本知识（加药）；
4、6 月10 日上午，生产岗位基本知识（中控、滤池）。 实习计划：
1、了解茂名河东水厂的概况，通过以前师兄的实习报告和网络资料了 解茂名河东水厂的具体情况（包括供水情况和工艺流程） 1）、目前，茂名河东水厂供水能力为33.5 万立方米，供水范围已从 市区拓展到茂港区。 2）、水源情况：茂名河东水厂从高州水库引水，经东干渠引至山阁 调节水库，再用地下管道送到河东水厂。
3）工艺流程：自来水的工艺流程通常为：源水、一级泵房、混合、反应、沉淀、过滤、清水池、二级泵房、管网，整个工艺流程为实 现自动化控制，由供水调度监控中心进行统一管理。 4）、工艺流程概述为：首先源水用管道输送至一级泵房（取水泵房） 并在一级泵房前加氯以杀灭藻类、植物和贝类动物。再通过一级泵 房将水送至厂内处理系统中。通常经过混合（在水源水中加入适量 的氯化铝，俗称矾）反应、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，每一工 艺配以相应的构筑物（如沉淀池、滤池、清水池等），滤后消毒一般 是加氯和氨，投加了消毒剂的水经清水池、并在池内停留一小时左 20 右就成为合格的饮用水，再经过二级泵房（输水泵房）加压输送到
12 城市管网中，供生活饮用和生产使用。
2、根据上面的了解以及实习内容的安排，具体实习期间计划如下： 1）、6 月7 日的安全生产及工艺学习，将具体了解他们公司的工艺 流程，以及具体工艺流程的作用，从整体上了解整个系统的构成概 况，重点在于了解整个系统的自动化控制的流程和特点。 2）、6 月8 日的泵房的参观学习，需要了解泵房在整个水厂中的地 位和作用，以及泵房的自动化控制流程，具体的自动化设备（如PLC、变频器、电机、变送器、控制器和执行器等），以及这些自动化设备 之间如何进行连接和通信。如果有可能，可以了解泵房的控制中具 体所采用的控制算法（如PID、智能控制）。 3）、6 月9 日加药流程参观实习，具体要了解加药的流程和作用， 在那个环节加什么药品，有什么作用和要求，如何用通过自动控制 来实现具体加药过程的控制，以前用的是什么控制算法，存在什么 问题，现在采用什么控制算法，有什么改进的地方，实现了什么功 能。 4）、6 月10 日中控室的参观学习，需要具体了解茂名河东水厂整个 控制系统属性，是DCS 还是什么其他类型的控制系统，了解中控室 在整个公司中的地位，它如何与其他自动控制设备进行通信和连接， 下面设备采集的的数据以什么形式传送到中控室，中控室的人员如 何操作控制，如何管理。 5）、6 月10 日滤池的参观学习，滤池是整个自来水处理工艺流程的 最后一个工艺，从滤池出来的自来水就通过加压后直接送入水网。 需要了解滤池的作用以及自来水在滤池中停留时间，如何控制，控 21 制要求等。 6）、在实习过程中需要采集相关工艺流程的控制系统原理图。
3、实习报告撰写，实习报告需要包括以下内容： 1）、茂名河东水厂的概况 2）、茂名河东水厂的具体工艺流程，需要包括各个具体工艺流程的 作用。 3）、概述茂名河东水厂的所参观的各个工艺流程的自动控制特点和 形式，包括泵房、加药、滤池的自动控制系统的特点及具体控制算法 等；另外，还需要包括中控系统的特点，以及各个具体的流程系统与 中控室的联系及通信的特点。 4）、附上相关工艺流程的系统原理图并进行具体原理说明。 5）、实验总结和心得体会。
五、附表2（实习内容和过程）
