石化项目给排水自动化控制系统设计实践探索

摘要：石化项目给排水自动化控制系统对生产运行至关重要的情况下存在着系统稳定性差、水质监测处理困难、能源资源浪费及安全环保隐患等问题。通过优化硬件选型与软件架构采用先进监测技术与控制算法实施节能改造与资源循环利用，完善安全防护与环保监测措施等系列实践策略来提升系统可靠性与运行效率从而保障生产安全与环境友好的做法，研究成果对石化行业给排水系统升级有重要参考意义。

关键词：石化项目；给排水系统；自动化控制；稳定性；安全环保

引言

作为国家工业体系核心支柱的石化产业，生产过程涵盖高温、高压、高腐蚀等复杂工况。对给排水系统的稳定性与安全性提出严苛要求，作为保障生产连续性、优化资源配置关键设施的给排水自动化控制系统，直接影响石化企业的经济效益与环境效益，只是当前该系统在硬件可靠性、水质精准调控、能源高效利用及安全风险防控等方面存在短板，制约着行业高质量发展。本研究立足工程实践，深入分析系统痛点并提出针对性优化策略，为石化项目给排水系统智能化升级与绿色转型提供理论支撑与实践参考。

一、石化项目给排水自动化控制系统设计理论基础

1.1系统设计的基本原理

以自动化控制理论为根基，集成传感、通信与计算机技术的石化项目给排水自动化控制系统实现着给排水全流程智能管控。通过压力、液位、水质等传感器实时采集管网压力、水池水位、PH值及重金属离子浓度等参数。经信号处理模块把模拟信号转换为数字信号并借助工业以太网或无线通信网络传输至中央控制单元的该系统，由中央控制单元依据预设控制逻辑和算法对数据进行分析处理后向水泵、阀门等执行机构发送指令，实现给排水系统的动态调节与精准控制，确保系统稳定运行满足石化生产对给排水的需求[1]。

1.2相关技术支撑

以PLC作为系统核心控制单元凭借其高可靠性、强抗干扰能力及灵活编程特性，经模块化设计依项目需求灵活配置输入输出模块，运用梯形图、指令表等编程语言来实现水泵启停顺序控制、阀门开度精准调节等复杂逻辑控制，以此有效提升系统自动化水平与运行稳定性。靠高精度传感器协同工作由压力传感器监测管网压力、液位传感器反馈水池水位、水质传感器检测关键指标，为系统精准控制提供数据支撑。借工业以太网、无线通信等通信技术构建数据传输通道，其中工业以太网确保现场设备与中央控制室实时通信，无线通信增强系统在布线困难区域的部署灵活性，再配合分层分布式网络架构实现各层级高效协同，保障数据传输与指令响应。

1.3系统设计遵循的标准和规范

石化项目给排水自动化控制系统设计严格遵循国际国内标准规范，在国际上依循ISA工业自动化标准确保系统兼容性与开放性。在国内依据GB 50160《石油化工企业设计防火标准》、HG/T 20507《自动化仪表选型设计规定》从安全、可靠、功能等维度开展设计，同时参考SH/T 3104《石油化工仪表安装设计规范》来规范系统施工与运行，全方位提升系统质量与安全性确保符合石化行业严苛要求[2]。

二、石化项目给排水自动化控制系统存在的问题

2.1系统稳定性问题

石化项目给排水自动化控制系统长期面临严苛环境挑战的状况严重影响系统稳定性，硬件设备处于高腐蚀、高温、高振动恶劣工况的情况加速设备老化与故障。像压力传感器受含硫介质侵蚀导致敏感元件发生化学腐蚀，从而导致测量精度持续下降使管网压力控制失准并影响生产供水稳定性。电动阀门的执行机构因机械部件频繁动作产生磨损出现卡滞现象，使阀门开度调节响应迟缓无法及时满足系统动态控制需求的情形也存在。软件系统同样有短板部分项目沿用老旧系统，代码架构僵化、冗余度高的情况难以适配新型智能硬件设备，与第三方软件的数据交互因接口协议不兼容，容易出现数据传输中断、格式错乱等问题。导致系统运行中频繁出现程序异常、数据丢失严重影响系统连续可靠运行的状况也凸显[3]。

2.2水质监测与处理控制难题

石化生产废水因成分复杂导致水质监测与处理控制面临严峻挑战，现有水质监测设备在应对高浓度污染物、复杂介质时技术瓶颈凸显。如COD在线监测仪处理含大量悬浮物的石化废水时，光学检测部件易被污染物附着而致光强衰减异常、测量结果出现较大偏差难以真实反映水质状况。污水处理环节中传统PID控制算法适应不了水质水量的剧烈波动，在处理含油废水时因无法精准匹配水质变化实时调节气浮设备溶气压力、回流比等关键参数，导致油类物质分离不充分、除油效率难达理想水平，无法满足严格环保排放标准存在超标排放风险。

2.3能源消耗与资源浪费问题

系统在能源利用及水资源管理方面存在明显不合理现象，像水泵、风机等动力设备选型普遍有“选型过大”问题，导致实际运行工况远低于额定工况、设备效率低下从而造成电能大量浪费。部分石化企业给排水系统没配备变频调速装置使水泵长期工频运行，无法依实际用水需求灵活调节流量造成能源无效损耗。水资源管理方面管网存在隐蔽性漏损问题，因缺乏高精度泄漏监测设备与先进定位技术，难以快速准确发现漏点导致水资源持续流失。同时工业冷却水循环利用体系不完善中水回用系统建设滞后，大量达标处理后的中水未有效回用就直接排放至环境中，既加剧了水资源浪费又与可持续发展理念相悖。

2.4安全与环保隐患

系统安全与环保方面的风险不容忽视，比如电气设备长期运行受环境因素及运行负荷影响会有绝缘层老化、线路过载等问题逐渐显现而存在短路起火风险的情况。在石化生产的易燃易爆环境里电气故障产生的电火花容易引发火灾爆炸事故，从而威胁人员安全与生产稳定。有毒有害气体监测设备存在灵敏度不足的问题，导致对微量泄漏气体无法及时检测和预警，增加了有毒气体扩散引发安全事故的可能性。环保监测层面存在部分企业在线监测设备数据传输有延迟数据真实性存疑的状况，难以实现对污水排放指标的实时有效监控。此外污水处理过程中产生的污泥若未经过科学处理和安全处置，其中有害物质会渗入土壤和地下水中造成二次污染，违背绿色环保生产要求对生态环境构成潜在威胁也不容忽视。

三、石化项目给排水自动化控制系统设计实践策略

3.1提升系统稳定性的措施

针对硬件设备故障频发问题，某大型石化企业在新建给排水项目中采用抗腐蚀型压力传感器与智能电动阀门，压力传感器外壳钛合金材质、内部电路经特殊防腐处理，在含硫化氢高腐蚀环境中使用寿命较传统传感器延长3倍，测量误差控制在±0.5%以内。智能电动阀门集成高精度位置反馈装置与自润滑轴承，并配合故障诊断模块可提前预判机械磨损使阀门动作响应时间缩短至0.3秒，有效提升系统执行机构可靠性。在软件系统层面该企业引入微服务架构控制平台将数据采集、逻辑运算、人机交互等功能，让各模块独立运行可动态扩展。通过标准化接口协议实现与第三方环保监测系统、能源管理系统无缝对接，达99.9%的数据传输准确率使系统运行稳定性明显提升，年故障停机时间从48小时降至8小时[4]。

3.2强化水质监测与处理控制的方法

在水质监测层面，针对高盐高有机物废水的某沿海石化园区部署的多参数在线监测系统，融合光谱分析与电化学检测技术，通过紫外-可见分光光度计实时监测COD、氨氮等指标利用离子选择性电极同步检测氯离子、硫酸根离子浓度，每5分钟自动将检测数据上传至中央控制室。一旦监测数据异常会立即触发预警，并联动采样装置自动采集水样二次检测以确保数据准确性。在污水处理环节该园区引入基于模糊控制与神经网络的复合算法来优化污水处理工艺参数，拿含酚废水处理来说系统根据进水水质、水量实时调整曝气池溶解氧浓度、混凝剂投加量使酚类物质去除率从75%提升至92%，让出水水质稳定达到《石油化学工业污染物排放标准》要求，从而减少对周边水体的污染风险。

3.3降低能源消耗与资源浪费的策略

某炼化企业为解决能源浪费问题，通过对给排水系统水泵进行变频改造建立能源管理平台，安装变频器以根据管网压力与用水量自动调节水泵转速，实现水泵运行效率提升25%、年节电达80万度。同时在供水管网部署分布式光纤泄漏监测系统，利用光时域反射技术达成对管道泄漏的毫米级定位，成功检测并修复23处隐蔽漏点，达到年减少水资源浪费约15万吨。在水资源循环利用方面建成中水回用处理中心，采用膜生物反应器（MBR）与反渗透（RO）组合工艺使处理后的中水回用于循环水补水、绿化灌溉等场景，实现中水回用率从30%提升至70%，达成每年节约新鲜水用量超50万吨明显降低企业生产成本与水资源消耗。

3.4加强安全与环保保障的手段

某石化企业为保障系统安全，在电气设备区域安装防爆型电气控制柜并配置智能电弧光保护装置，该装置凭借高速光传感器与电流检测模块可在10毫秒内检测到电弧光故障从而迅速切断电源以避免火灾事故发生。同时在有毒有害气体监测系统引入激光气体分析仪，相较传统催化燃烧式传感器使苯、硫化氢等气体检测下限降至ppb级，响应时间缩至2秒从而实现对泄漏气体的早期预警。在环保监测方面把在线监测设备与环保部门平台直连，并采用区块链技术确保数据不可篡改。将污水处理产生经板框压滤脱水后的污泥送至高温热解装置进行无害化处理，把热解产生的可燃气体回收用于生产供热，彻底消除污泥对环境的污染隐患实现安全环保生产目标。

结语

围绕石化项目给排水自动化控制系统现存问题，本研究针对性提出设计实践策略并经实际案例验证有效性，从硬件优化、软件升级至先进技术应用，使系统稳定性、水质处理精度、能源资源利用效率及安全环保水平均获明显提升。为石化企业降本增效、绿色转型提供可行路径，不过面对石化行业数字化、智能化发展趋势，该系统在人工智能深度融合、多系统协同优化等方面尚有提升空间。未来研究可聚焦于AI算法实时决策应用、数字孪生技术全流程模拟以进一步推动石化给排水系统朝智慧化、低碳化方向发展。

参考文献

[1]陈承， and 常坡辉. "PLC控制系统在石化行业给排水专业的典型应用." 化工设计通讯 44.9（2018）：2.

[2]王铮. （2011）. 建筑设备电气自动化系统的节能控制研究与工程设计. （Doctoral dissertation， 郑州大学）.

[3]吴世祥，李家胜.基础自动化控制系统设计时的PLC选型研究[J].城镇供水， 2022（3）：59-65.

[4]陈承， and 常坡辉. "PLC控制系统在石化行业给排水专业的典型应用." 化工设计通讯 44.9（2018）：2.