智能化控制系统在化工企业水处理中的应用与效能提升

一、引言

化工企业水处理涵盖循环水（保障设备冷却）、废水（达标排放或资源化）、脱盐水（生产纯水）三大板块，运行稳定性影响生产安全与环保合规。随《“十四五”工业绿色发展规划》推进，企业对水处理精准度、稳定性、节能性要求提升。传统模式依赖人工巡检水质参数，凭经验调整药剂投加、水泵转速，易出现参数超标、药剂浪费、能耗偏高问题。智能化控制系统集成传感器、PLC、物联网、大数据技术，实现全流程实时感知、智能决策、自动执行，可解决传统痛点。研究其应用与效能，对推动水处理技术升级、降本增效具重要意义。

二、化工企业传统水处理控制模式的现存问题（一）参数监测滞后，风险响应不及时

传统依赖人工定时采样，检测周期1-2 小时，难实时捕捉水质波动。如循环水微生物滋生致浊度骤升，1 小时后才发现，生物黏泥降低换热器效率；废水COD 骤升易致生化池负荷超标，引发出水不达标。人工记录数据易误差，影响水质判断。

（二）调控方式粗放，资源浪费严重

药剂投加、设备运行多采固定参数或经验调整，缺乏精准调控。如循环水固定投加缓蚀阻垢剂，水质好时浪费、差时结垢；废水曝气风机固定转速，能耗比智能调控高 20%-30% ；脱盐水膜清洗凭经验，增加成本或影响产水。

（三）数据管理分散，优化依据不足

水质、设备数据多纸质或分散 Excel 存储，难整合分析。如循环水数据存运维部、废水数据存环保部，无法共享；缺历史数据对比与趋势预测，难判断药剂投加与水质、能耗与处理量关联，优化无依据。

（四）人工依赖度高，运维成本偏高

传统需大量人员巡检、操作，中型企业水处理车间需8-10 人，人工成本占总运营成本 30%以上。人工操作易失误，可能致设备故障或水质超标，增加维修整改成本。

三、化工企业水处理智能化控制系统的架构与核心功能

（一）系统整体架构设计

采用感知层-传输层-控制层-应用层四层架构，各层级协同运行。感知层部署pH、浊度、溶解氧、流量（精度±1%）、压力（0-1.6MPa）、温度（-20℃-1 0℃）及电流传感器，1-5 秒/次采集全参数，如溶解氧可精准捕捉0.1mg/L 变化。传输层采用工业以太网 延迟＜10m <10ms; ）与LoRa（覆盖1-3 公里，支持断点续传）双模通信，保障数据稳定。控制层以 -1200PLC 与浙大中控 JX-300XPDCS 为核心，控制 200+执行机构（如药剂投加泵精度±0.1L/h、电动阀门响应 2 秒），实现精准调控。应用层基于华为 FusionInsight 平台，支持10 万+数据点并发处理，提供仪表盘、趋势图、预警日志及自定义报表功能。

（二）核心功能模块

实时监测与异常预警：实时展示水质（pH0-14、浊度0-1000NTU、COD 0-5000mg/L 等）与设备参数（流量0-500m³/h、能耗 0-1000kW/h 等），参数超阈值（如循环水 PH<7.0 、 PH>9.0) 时，5 秒内触发声光报警、APP推送及仪表盘提示，同步分析异常原因并给出建议。

自动调控：依PID 逻辑与实时数据调整执行机构，如废水溶解氧＜2mg/L 时提曝气风机频率，循环水按浊度比例调絮凝剂投加量，脱盐水膜压差＞0.3MPa 时自动启动“酸洗-碱洗-冲洗”程序，避免人工误判。数据管理与分析：集中存储数据3 年，支持按时间/参数查询对比，通过决策树算法挖掘规律（如气化负荷升10%需增1.2PPM 缓蚀阻垢剂），自动生成含达标率、能耗、药剂消耗的报表，减少人工统计。

远程控制与运维：支持电脑/手机APP（兼容iOS/Android）远程查看（延迟 ）与授权调参（如启动备用水泵），自动记录设备运行数据，基于生命周期生成维护提醒（如水泵8000 小时换轴承），统计故障率（月

度 <1% ），巡检频次从每日3 次降至1 次。

四、智能化控制系统在化工企业水处理中的典型应用与效能提升（一）循环水系统：精准调控实现节能降耗与设备保护

煤制甲醇与LNG 生产企业的循环水系统，为日处理500 吨煤的气化装置、日产1200 吨甲醇的合成装置冷却，长期受戈壁缺水、设备结垢、药剂浪费问题困扰。基于PID 闭环控制理论，部署系统后，浊度传感器实时采集水质数据并反馈至控制单元，当浊度从15NTU 升至25NTU 时，系统按比例积分微分算法自动将絮凝剂投加量从10PPM 调至 15PPM，解决传统固定投加（12PPM）的“滞后性偏差”，药剂消耗降 28% ，月省成本 4200元；同时，系统依托多变量关联调控模型，依循环水温差（目标 3-5^∘C) 与气化装置负荷数据联动调整水泵转速，当负荷降至 80%H_P ，转速从2900rpm 精准降至 2400rpm，年节电15 万度，省能耗成本8.7 万元。此外，基于预测性维护理论，换热器压差升至0.45MPa（传统需超0.6MPa 才清洗）时提前触发酸洗程序，周期从3 个月延至4 个月，换热效率升 18% ，维修次数减 35% ，年省维修成本 6 万元；配合电化学除垢，循环水重复利用率从 85% 升至92%，年节水80 万立方米。

（二）废水处理系统：稳定运行保障达标排放与资源循环

主营煤制甲醇的煤化工企业，日均产含盐 8%的高盐废水1500 立方米、COD600-1000mg/L 的工艺废水800立方米。传统处理因缺乏实时反馈调控机制，COD 去除率仅 50% ，浓盐水需委外处置。部署系统后，基于在线监测-动态响应理论，COD 传感器实时采集进水浓度，浓度超 800mg/L 时，系统10 秒内降进水流量至 60m³/h （原120m³/h），同步提曝气风机转速至50Hz（原45Hz），使生化池溶解氧稳定在2-4mg/L（微生物活性最优区间），COD 去除率升至 72% ，打破进口技术垄断。依托能耗数据分析模型，系统发现生化池曝气能耗占比 62% ，夜间22:00-6:00 按“低负荷适配策略”降风机转速至38Hz，年省能耗成本 ；结合浓盐水零排放工艺理论，动态调整蒸发结晶装置参数，年减排污水120 万吨，回收98.5%纯度氯化钠5000 吨/年（增收150 万元），年节水费超600 万元。

（三）脱盐水系统：智能运维提升产水效率与成本控制

煤制甲醇企业的脱盐水系统，为日产 800 吨甲醇装置与4 台20 吨锅炉供高纯水（电导率≤0.5μS/cm），传统处理因依赖人工经验判断，膜寿命仅2 年、设备空转能耗高。部署系统后，基于膜污染预警与自动清洗理论，当反渗透膜压差从0.2MPa 升至0.3MPa 时，系统按预设程序自动启动“2%盐酸酸洗30 分钟+1%氢氧化钠碱洗 20分钟”的标准化清洗流程，避免人工药剂浓度偏差 (±0.5%) ）导致的膜损伤，膜寿命延至3.5 年，年省膜成本 22万元（44 支膜，单支5000 元）；依托用水需求-设备运行匹配模型，系统依锅炉水位、蒸汽压力数据，在用水高峰（白天10:00-16:00）启动3 套反渗透装置（单套产水 50m³/h⋅ ），低谷时停运1 套，年节电8 万度，省能耗成本4.6 万元。基于水质安全冗余设计理论， 水电导率超 0.6μS/ cm 时自动切换至500m³备用产水罐，设备故障率降28%，减停产损失15 万元；优化树脂再生时融入吸附容量动态调控理论，单次用水量从 20m³减至12m³，年省再生成本265 万元，树脂破碎率从 5%降至 3.25% ，年省更换费用376 万元，综合年省超600 万元。

五、结论

在化工企业水处理领域，智能化控制系统凭借实时监测的精准性、自动调控的及时性与数据优化的科学性，构建了传统“人工操作+经验调控”模式的升级路径，有效破解了传统模式中响应滞后、调控粗放、成本偏高的核心痛点。从实践成效来看，该系统在循环水、废水、脱盐水三大核心处理系统中均展现出显著价值，成为化工企业水处理技术升级的重要方向。

参考文献：

[1] 邢东,高翔,曲波.化工自动化仪表及控制系统智能化分析[J].中国信息界, 2024(8):43-45.

[2] 史志杰,徐凯.化工电气反应釜智能化控制系统研究与应用[J].中华传奇, 2023(26).