一种海水淡化能量回收装置的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种海水淡化能量回收装置的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 反渗透RO技术是当前海水淡化主流技术之一，通常反渗透海水淡化过程的系统操 作压力处于5.8~8 .OMPa，同时从反渗透膜堆排放出来的浓盐水压力也高达5.0~6.5MPa。 目前大型海水淡化系统都采用能量回收装置，能量回收装置是反渗透海水淡化系统的关键 装置之一，能量回收装置的作用就是把反渗透系统高压浓盐水的压力能量回收再利用，从 而降低反渗透海水淡化的制水能耗和制水成本。能量回收装置是反渗透海水淡化产业链中 的重要环节，绝大部分能量回收装置都采用从国外进口的，价格十分昂贵，开发出具有自主 知识产权的国产能量回收装置，逐步打破国外产品的垄断，形成完整的国产反渗透海水淡 化产业链，已成为我国反渗透海水淡化产业发展的关键。
[0003] 能量回收装置按工作原理主要分水力涡轮式和功交换式两大类。水力涡轮式回收 率约35~70%，功交换式回收率高达94%。功交换式能量回收装置主要由切换器、水压缸、 止回阀组以及可编程逻辑控制器组成。功能交换水压缸式能回装置的工作原理为通过切换 器将高压浓盐水流入到不同的水压缸内，通过浓盐水推动水压缸内活塞的移动使得原海水 升压，进而将高压浓盐水压力能转变为低压原海水的压力能。
[0004] 现有的PLC的PID调节控制方法主要根据主副水压缸高低压侧切换位置反馈信号， 调节能量回收提升栗的频率，通过能量回收提升栗压力、流量变化，实现水压缸活塞运行位 置与切换器协调配合。采用常规PLC的PID频率调控方式在实际运行会出现主副水压缸内水 压缸活塞与切换器的配合不协调，到切换点进行切换器换向时，主副水压缸内的水压缸活 塞运行出现超前或滞后，导致出现水压缸活塞与水压缸端部缸体的撞击问题。主副水压缸 内活塞相对运行位置反馈信号，显示每一切换周期相向运行位置有差异，随着切换周期的 累计，位置差异逐渐增大。上述位置差异的累计增加，会导致能量回收系统的运行不稳定， 严重影响装置的使用寿命。
[0005] 如何解决上述反渗透海水淡化系统的能量回收装置在工作过程中切换器换向动 作与水压缸活塞运行配合不协调的问题，进而提高装置运行的稳定性及可靠性，是目前本 领域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种海水淡化能量回收装置的控制方法，采用通过对能回 提升栗变频器频率的调节，避免了系统运行不稳定问题，延长了装置的使用寿命，使得切换 器换向动作与水压缸活塞运行更协调，系统运行更稳定可靠。
[0007] 为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种海水淡化能量回收装置的控制方 法，其中，所述海水淡化系统包括:能量回收装置、设有变频器的能回提升栗、高压出水流量 计、低压进水流量计;所述能量回收装置包括切换器，设置于切换器内的切换器活塞，主水 压缸，副水压缸，设置于主水压缸内的主水压缸活塞，设置于副水压缸内的副水压缸活塞， 设置于主水压缸和副水压缸外部的感应装置，单向阀a，单向阀b，单向阀c，单向阀d，以及可 编程逻辑控制器，所述控制方法包括：
[0008] 在主水压缸活塞高压行程中，可编程逻辑控制器获取主水压缸活塞高压行程实测 周期T;
[0009]比较所述实测周期T与预先设定的运行周期TSD，若实测周期T大于或等于运行周期 Tsd，增加能回提升栗变频器的频率调节值AF;若实测周期T小于运行周期TSD，减小能回提 升栗变频器的频率调节值A F;所述频率调节值Δ F=(实测周期T-运行周期Tsd)/运行周期 Tsd*主水压缸活塞在高压行程中能回提升栗变频器的频率Fn;
[0010] 在副水压缸活塞低压行程中，此时，主水压缸活塞处于高压行程，当副水压缸活塞 运行到低压行程终点时，可编程逻辑控制器获取副水压缸活塞实测位置P;
[0011] 比较所述实测位置P和副水压缸活塞的目标位置Pu-F，若实测位置P大于或等于目 标位置Pu-F，减小能回提升栗变频器的频率调节值△ f;若实测位置P小于目标位置Pu-F，增 加能回提升栗变频器的频率节值A f;所述频率调节值△ f =(目标位置Pu-F-实测位置P)/ 运行周期Tsd*副水压缸缸体内截面积S*频率与流量系数α*主水压缸活塞在高压行程中能回 提升栗变频器的频率F n。
[0012] 作为优选方案之一，所述感应装置包括主水压缸活塞位置感应器A和副水压缸活 塞位置感应器B，其中，所述位置感应器A设置在所述主水压缸外部预先设定的Po处，调节所 述位置感应器A，使所述位置感应器A采集到信号的范围为以Po为中心自临界位置P 1至临界 位置P2;所述位置感应器B设置在所述副水压缸外部预先设定的位置P5&，调节所述位置感 应器B，使所述位置感应器B采集到信号的范围为以内为中心自临界位置P 3至临界位置P4。
[0013] 优选地，所述获取所述主水压缸活塞高压行程实测周期T之前还包括：
[0014] 可编程逻辑控制器利用高压出水流量计累计计算主水压缸活塞开始运行起的位 置理论值Ph;
[0015] 自主水压缸活塞开始运行起至到达临界位置内时，将Ph的当前值校正为P2;自临界 位置内起，继续利用高压出水流量计累计计算主水压缸活塞位置的理论值Ph。
[0016] 进一步优选地，所述获取所述主水压缸活塞高压行程实测周期T的步骤包括：
[0017] 在主水压缸活塞高压行程中，当主水压缸活塞运行到高压行程的高位置切换点 Php-z时，立即调节切换器活塞向副水压缸侧运行，完成切换器换向动作；并且，可编程逻辑 控制器记录从主水压缸活塞开始运行至主水压缸活塞到达Php-z位置的时间，以该时间作为 所述实测周期T。
[0018] 优选地，所述可编程逻辑控制器获取副水压缸活塞实测位置P之前还包括：
[0019] 在副水压缸活塞的高压行程中，当副水压缸活塞的运行时间达到预先设定的运行 周期Tsd时，调节切换器活塞向主水压缸侧运行，实现切换器的换向。
[0020] 进一步优选地，所述可编程逻辑控制器获取副水压缸活塞实测位置P之前还包括：
[0021] 可编程逻辑控制器利用低压出水流量计累计计算副水压缸活塞的低压行程位置 P;
[0022] 当副水压缸活塞运行至位置感应器B可采集到信号的临界位置P4时，比较P与P4;
[0023]若P大于或等于P4,可编程逻辑控制器将P校正为P4,之后，利用新的P值继续进行累 计副水压缸活塞运行的理论位置值；
[0024]若P小于P4,可编程逻辑控制器将P校正为P4,之后，利用新的P值继续进行累计副水 压缸活塞运行的理论位置值。
[0025] 进一步优选地，所述可编程逻辑控制器获取所述副水压缸活塞实测位置P的步骤 包括：
[0026] 在副水压缸活塞低压行程中，自副水压缸活塞开始运行起，可编程逻辑控制器利 用低压进水流量计统计的流量，累计计算副水压缸活塞的低压行程的理论运行位置P，将低 压行程终止时的副水压缸活塞的位置做为副水压缸活塞的实测位置P。
[0027] 由以上技术方案可知，根据长时间的观察和分析，虽然主水压缸和副水压缸的长 度、内径相同，但是由于受切换器结构、供液管路等因素的影响，两个水压缸内水压缸活塞 在高压行程中和低压行程中存在运行差异。采用单变量的PID调节方法，控制效果不佳，系 统运行不稳定。
[0028] 本发明采用通过对能回提升栗变频器频率的调节，避免了系统运行不稳定问题， 延长了装置的使用寿命，使得切换器换向动作与主水压缸活塞和副水压缸活塞运行更协 调，系统运行更稳定可靠。
【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0030] 图1为本发明实施例提供的一种海水淡化能量回收装置的控制方法的流程图；
[0031] 图2为本发明实施例采用的反渗透海水淡化系统的典型结构示意图；
[0032] 图3为本发明实施例提供的开机启动前示意图；
[0033] 图4、图5为本发明实施例提供的主水压缸活塞9第一次走高