真空蒸餾技術(shù)的內(nèi)河船舶黑水處理裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

真空蒸餾技術(shù)的內(nèi)河船舶黑水處理裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為保護內(nèi)河水質(zhì),研發(fā)了基于真空蒸餾技術(shù)(VDT技術(shù))的內(nèi)河船舶黑水處理裝置,并對其監(jiān)控系統(tǒng)開展了詳細設(shè)計。監(jiān)控系統(tǒng)主要包括硬件模塊、PLC軟件模塊、上位機軟件模塊,并重點闡述了基于模糊自適應(yīng)PID控制的真空度監(jiān)控模塊的設(shè)計任務(wù)。實驗結(jié)果說明,在監(jiān)控系統(tǒng)的作用下,該裝置可完成內(nèi)河黑水凈化處理的任務(wù),具有廣闊的推廣前景。

水上運輸具有投資少、運量大、運費低等顯著優(yōu)點，所以隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，內(nèi)河船舶的數(shù)量迅猛增加。而內(nèi)河船舶的生活污水（主要是黑水，如廁所污水等）絕大部分是沒有經(jīng)過處理就直接下河，這給內(nèi)河淡水資源帶來巨大的污染[1,2]。鑒于我國內(nèi)河水域遭受船舶黑水污染的嚴峻形勢，本文運用真空蒸餾技術(shù)，即VDT技術(shù)（VacuumDistillationTechnology，簡稱VDT）研發(fā)了一種新型節(jié)能環(huán)保的船舶生活污水處理裝置，并對其監(jiān)控系統(tǒng)開展了設(shè)計[3,4]。VDT技術(shù)是一種已取得專利的環(huán)保節(jié)能型污水處理技術(shù)，其原理是利用抽真空裝置制造并保持污水收集裝置的高真空度，再利用船舶廢熱（柴油機缸套冷卻水）出口余熱對黑水開展加熱，使黑水在較低的溫度條件下到達飽和，開展蒸餾凈化處理，而后將處理后的干燥物在船焚燒（如有焚燒爐）或送岸處理（可作肥料使用），最終到達內(nèi)河船舶生活黑水無污染排放的目的。處理過程中考慮了利用氣缸套冷卻水的廢熱，提高能源的利用率，到達節(jié)能效果；另外，黑水的凈化處理又減少了對內(nèi)河水質(zhì)的污染，到達環(huán)保的效果。內(nèi)河船舶黑水處理裝置的開發(fā)將對我國內(nèi)河水質(zhì)的改善起到重要作用，本文將對其監(jiān)控系統(tǒng)開展詳細設(shè)計。

內(nèi)河船舶黑水處理裝置基本架構(gòu)

內(nèi)河船舶黑水處理裝置主要由真空發(fā)生系統(tǒng)、黑水處理系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及控制回路等組成，如圖1。

真空發(fā)生系統(tǒng)采用高吸空能力，額定電壓為380V、額定功率為7.5kW的水噴射裝置，該噴射裝置可產(chǎn)生并維持0.098MPa的真空壓力。黑水處理系統(tǒng)由進料口、外箱、內(nèi)箱、密封保溫材料、觀察鏡以及進出口管路等部分組成，其中內(nèi)箱用于儲存，到一定程度時可開展送岸處理或在船焚燒；同時，為保證真空，需要考慮密封性問題，首先進料口的閥門采用球截止閥，確保其單向進料，抽真空裝置與處理箱體之間的閥件也需要用截止閥，其次，設(shè)計中采用8mm厚的雙層密封門，門內(nèi)層用3mm鋼板折邊焊接，門外層用8mm鋼板與內(nèi)層焊接。門內(nèi)邊用高性能嵌入式密封條，門外邊另加2個鎖緊鎖具，門鉸鏈及鎖具的安裝均在外門上。鋼板取料均采用剪板和折邊技術(shù)，以減少氣割和焊縫而提高裝置的密封性能。另外，為了提高低溫?zé)崃康睦寐?，減少散熱損失，整個裝置加熱系統(tǒng)外側(cè)均做有20mm厚的保溫層。對應(yīng)內(nèi)河船舶柴油機冷卻水溫度，該裝置處理真空度需要保持在0.09MPa以上。加熱系統(tǒng)在實船上采用柴油機缸套水的廢熱開展加熱即可，在本實驗裝置中，我們采用電阻絲加熱的方法來模擬缸套水的流場參數(shù)（主要考慮溫度、流量這兩個因素）。通過改變電阻絲的個數(shù)及電流大小來改變加熱強度以模擬主機的不同負荷，通過改變閥門開度來改變熱水流量以匹配不同的加熱要求。

控制系統(tǒng)主要功能有：真空度的監(jiān)測與控制調(diào)節(jié)；熱工參數(shù)的監(jiān)測與控制；泵浦設(shè)備及閥件的控制；安全保護及報警系統(tǒng)的設(shè)計。

實驗數(shù)據(jù)分析

從以上的兩次實驗數(shù)據(jù)及實驗過程可以看出：

（1）該裝置處理能力和處理效果均可以到達設(shè)計要求。當真空度為0.098MPa時，其飽和水溫度只需要17.511℃；當真空度為0.08MPa時，其飽和水溫度也只有60.09℃。換言之，在真空度到達0.09MPa及以上時，只要缸套水溫到達46℃左右即可對生活污水開展凈化處理，而一般缸套水的溫度均在60℃以上，這說明利用汽缸廢熱凈化生活污水的技術(shù)在內(nèi)河船舶上是切實可行的，且處理速度、處理能力、處理效果等均滿足現(xiàn)階段水質(zhì)保護的要求。

（2）本文設(shè)計的監(jiān)控制系統(tǒng)可以很好的發(fā)揮監(jiān)測、控制及保護作用，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。從實驗數(shù)據(jù)上來講，本裝置可以產(chǎn)生并保持0.098MPa的高真空環(huán)境；在運行過程中，能夠根據(jù)外界環(huán)境及熱負荷的要求在模糊自適應(yīng)PID控制作用下開展閥門開度的調(diào)節(jié)；監(jiān)控了系統(tǒng)中所有重要的熱工參數(shù)，對泵浦設(shè)備、閥件也實現(xiàn)了完善的控制、保護；軟件系統(tǒng)構(gòu)造完善、運行穩(wěn)健，同時人機界面友好、交互性能好，上手操作快。

結(jié)束語

內(nèi)河船舶黑水處理裝置具有初投資少，運行成本低、體積小、處理量大、污水零排放等優(yōu)點，其控制系統(tǒng)