Водоподготовка для котельных установок. Первичная водоподготовка для котельных установок

Водогрейные котлы не могут долго работать на обычной водопроводной воде. Без химводоочистки её состав способен быстро вывести оборудование из строя. «ВОДЭКО» предлагает специальные реагенты и технологии, чтобы этому воспрепятствовать.

Химводоочистка - обязательный процесс для водогрейного оборудования промышленного масштаба. Он предусмотрен техническими требованиями к условиям эксплуатации.

Химводоподготовка в котельной предназначена:

для очистки воды от солей и железа;
связывания излишнего кислорода, повышающего коррозию;
ХВО для котельной служит, чтобы скорректировать щелочность среды;
создания защитного слоя, препятствующего разрушению металлического оборудования.

Химводоочистка может иметь 1 или 2 ступени. Один этап смягчения воды достаточен для частных домов и коттеджей. Для максимально возможной минимизации содержания солей необходимы обе стадии очистки воды. Этот процесс может быть постоянным или прерывным.

Химводоподготовка в котельной экономит средства

Нет необходимости выделять деньги на внеочередные ремонты.
Уменьшается количество плановых сервисных осмотров оборудования;
ХВО для котельной, убирая накипь и снижая коррозию, повышает КПД отопительной техники. Это значит, количество входящих ресурсов можно сократить.
Химводоочистка также значительно продлевает общий срок службы техники.

Химводоподготовка в котельной с «ВОДЭКО»

Наша компания реализует только самые эффективные агрегаты. ХВО и реагенты для котельной позволят использовать оборудование дольше, повышая тем самым общую эффективность системы отопления.

Звоните прямо сейчас. Мы обеспечим эффективную, экономически выгодную очистку воды.

Производительность - 0,8–1,0 м3/ч

ЦЕНЫ: 485$ 445$

Комплект поставки АКВАФЛОУ SR 20-63M:

автоматической регулировкой

ЦЕНЫ: 910$ 445$

Без НДС. Оплата в рублях по курсу ЦБ РФ без дополнительных процентов. Со склада в Москве. Цены розничные, для постоянных заказчиков - существенные скидки.

Комплект поставки АКВАФЛОУ DC SP 61506:

дозирующий насос с ж/к дисплеем и датчиком уровня; водосчетчик с импульсным выходом; герметичная емкость рабочего раствора с градуировкой.

Производительность - 0,8 м3/ч

ЦЕНЫ: 910 $ 450 $ 410 $

Комплект поставки АКВАФЛОУ SR 20/2-73:

два фильтра в комплекте с катионитом и дренажно-распределительными устройствами; многоходовой управляющий клапан с автоматической регулировкой по расходу воды; бак-солерастворитель в сборе. фильтр в комплекте с катионитом и дренажно-распределительными устройствами; многоходовой управляющий клапан с автоматической регулировкой по таймеру; бак-солерастворитель в сборе.

Комплект поставки АКВАФЛОУ SR 20-63T:

Производительность - 0,8 м3/ч

ЦЕНЫ: 410 $ 5 400 $ 360 $ 455 $ 450 $ 410 $

Комплект поставки АКВАФЛОУ DC SP 606:

дозирующий насос с ж/к дисплеем и датчиком уровня; герметичная емкость рабочего раствора с градуировкой.

Комплект поставки АКВАФЛОУ RO 40-1,0-L-PP:

блок тонкой очистки;
насос высокого давления;
мембранный блок;
блок химической промывки.

Комплект поставки АКВАФЛОУ SR 20-63 T:

многоходовой управляющий клапан с автоматической регулировкой по таймеру;

Курсовой проект

Автоматизация установки химводоочистки.

Введение............................................................................................... 3

1 Описание технологического процесса.............................................. 5

2 Описание существующей схемы автоматизации............................ 11

3 Обоснование необходимости структуры автоматизации

установки химводоочистки............................................................. 19

4 Описание разработанной схемы автоматизации.............................. 21

Заключение......................................................................................... 27

Список используемых источников..................................................... 28

Введение

Автоматизация технологических процессов является решающим фактором в повышении производительности труда и улучшении качества продукции. Поэтому вопросом автоматизации в нашей стране уделяется огромное внимание.

Качество работы любой автоматической системы регулирования (АСР) зависит от того, на сколько хорошо она спроектирована, смонтирована, налажена и эксплуатируется. Современное производство развивается быстрыми темпами. Основная тенденция этого развития связана с укрупнением единичной мощности технологических машин и аппаратов и совершенствованием автоматических схем регулирования такими объектами. При этом совершенствование схем регулирования идет благодаря применению не только более совершенных и надежных средств регулирования детерминистских методов анализа и синтеза АСР, когда уравнение объектов и внешнее воздействие полагается известными, в настоящее время оправдано лишь для простейших систем или для предварительной оценки поведением системы и выбора параметра её настройки. В том случае, когда внешнее воздействие и характеристики объектов регулирования непрерывно изменяются и заранее не могут быть определены однозначно, возникает необходимость в использовании вероятных методов анализа и синтеза АСР. Настройка систем регулирования вероятностными с учетом реальных условий их работы позволяет в ряде случаев получить лучшее качество регулирования.

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них приборов, сигнальных устройств, аппаратуры автоматического управления, регулирования, защиты, блокировки и др.. в щитовых помещениях, как правило, предусматриваются условия, соответствующие условиям окружающей среды нормальных помещений, если примененные средства автоматизации не требуют для своей работы специальных условий.

Щитовые помещения не должны подвергаться воздействию вибраций, магнитных полей.

При проектировании схем автоматизации особое внимание стоить уделить правильному выбору микропроцессорных контроллеров. Микроконтроллеры

МК относятся к классу программно-аппаратных средств и ориентированы на решение конкретной задачи или набора однотипных задач.

Их внедрение — основное направление повышения уровня автома-тизации технологических процессов. По назначению они делят-ся на два типа: первый — МК, предназначенные для реализа-ции алгоритмов регулирования и различного преобразования аналоговых и дискретных сигналов, которые заменят регуля-торы; второй — МК, предназначенные для реализации задачи программно-логического управления; они должны заменить ре-лейные и логические схемы.

1 Описание технологического процесса

Установка химводоочистки производства аммиака мощностью 450 тысяч тонн в год предназначена для получения:

Обессоленной воды на приготовление питательной воды для котлов-утилизаторов агрегата аммиака - не более 300 м 3 /ч;

Обессоленной воды на впрыски в аппараты воздушного охлаждения - не более 117м 3 /ч;

Умягченной воды на подпитку ВОЦ-200 м 3 /ч;

Умягченной воды в сеть объединения - 100 м 3 /ч.

В состав установки химводоочистки (ХВО) входит:

Предочистка;

Ионитная очистка (2-х ступенчатое обессоливающее отделение).

В состав предочистки входят:

Два параллельно работающих осветлителя 7,

предназначенных для очистки исходной речной воды от взвешенных веществ, для снижения общего солесодержания (щелочности, жесткости), содержания кремнекислоты, железа и органических веществ методом коагулирования с известкованием;

Четыре параллельно работающих механических фильтра 16, за-груженных антрацитом, предназначенных для очистки осветленной воды от взвешенных веществ;

На данном этапе процесса происходит осветление исходной воды. Известкование с коагуляцией осуществляется для одновременного сниже-ния щелочности исходной воды и удаления взвешенных коллоидных веществ. Для этого в исходную воду вводят растворы реагентов -

известкового мо-лока и коагулянта. В процессе известкования и коагуляции происходит частичное умягчение и снижение сухого остатка обрабатываемой воды, а также удаление взвешенных веществ, соединений кремния и железа,

кроме того, снижается цветность воды.

При известковании воды протекают следующие процессы:

Удаляется свободная углекислота (СО 2) и образуется труднораствори-мое, выпадающее в осадок соединение - углекислый кальций (СаСОз):

СО 2 + Са(ОН2)→СаСОз↓+ Н 2 О

При введении извести в большем количестве, чем это необходимо для связывания свободной углекислоты, в воде повышается содержание гидроксильных ионов (ОН -), что приводит к переходу бикарбонатов (НСОз -) в карбонаты (СОз 2-);

ОН - + НСОз↔СО 3 2- + Н 2 О

Карбонаты образуют с находящимися в воде ионами кальция, выпадаю-щий в осадок карбонат кальция

Са 2+ + СО 3 2- → СаСО 3 ↓

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в оса-док в виде труднорастворимого гидрата окиси магния:

Мg 2+ + 2ОН - →Мg(ОН) 2 ↓

Коагуляция при известковании является процессом, улучшающим форми-рование осадка и процесса удаления примесей. В качестве коагулянта использует-ся железный купорос - FеSО 4 ∙ 7Н 2 О. При введении в воду наряду с известью рас-твора железного купороса происходит его гидролиз - окисление растворенным в воде кислородом и образование гидроокиси железа (Fе(ОН) 3):

FеSО 4 + Са(ОН) 2 →Fе(ОН) 2 + СаSО 4

4Fе(ОН) 2 + О 2 + 2Н 2 О→4Fе(ОН) 3 ↓

Коагулянт образует нерастворимое соединение, имеющее рыхлую абсор-бирующую поверхность. Совместное известкование и коагуляция обеспечивают наилучший эффект протекания обоих процессов, так как Са(ОН) 2 является поставщиком гидроксил-ионов при гидролизе FеSО 4 , что резко ускоряет выпадение осадка Fе(ОН) 3 . В свою очередь, при удалении коллоидных

веществ в процессе коагуляции создаются благоприятные условия для роста

кристаллов СаСО 3 . Для полноты протекания процесса известкования с коагуляцией.

В воде поддерживается избыток извести (создается гидратная щелоч-ность 0,1+0,35 мг-экв/кг);

Обрабатываемая вода нагревается до 30°С;

Используется образующийся осадок в качестве контактной среды.

Повышение эффективности осветления воды достигается с помощью вы-сокомолекулярного вещества - флокулянта полиакриламида (ПАА). Механизм действия полиакриламида заключается в том, что ионогенные окончания каждой молекулы этого полимера адсорбируют различные микрочас-тицы, содержащиеся в воде и образующиеся в процессе известкования с коагуля-цией. Каждая частица может адсорбироваться несколькими ионогенными оконча-ниями, принадлежащими различным молекулам активатора. В результате проис-ходит слипание агрегативно неустойчивых частиц и образование крупных хлопь-ев. Дозируется флокулянт с массовой долей основного вещества до 0,1%. Смешивание воды с дозируемыми в нее реагентами (FеSО 4 , Са(ОН) 2 и ПАА), образование осадка, контактирование обрабатываемой воды со взвешенным осадком, надлежащее осветление воды, уплотнение осадка и удаление его с продувкой происходит в осветлителе поз.7. Обработанная в осветлителе вода при нормальной работе осветлителя со-держит небольшое количество механических примесей (до 10 мг/кг) - остатков процесса коагуляции и известкования, а в момент нарушения работы осветлителя и в паводковый период количество примесей резко возрастает. Для улавливания этих примесей служат механические фильтры 16, загруженные антрацитом. Интенсивность работы фильтра зависит от скорости фильтрования воды. При нормальной скорости фильтрования частицы взвеси, содержащиеся в осветленной воде, задерживаются в основном в виде пленки на поверхности фильтрующего слоя, образуя как бы дополнительный фильтр, который

задержи-вает даже мелкодисперсные частицы. При больших скоростях фильтрования рав-номерная пленка на поверхности фильтрующего слоя не образуется. При работе напорных осветлительных фильтров допускается конечная по-теря напора воды до 1,2 кгс/см 2 , при которой фильтр выводится на промывку. После механических фильтров вода освобождается от взвешенных веществ

(до 3 мг/кг). Затем осветленная известково-коагулированная вода направляется на блок обессоливания на обработку ее методом ионного обмена, где происходит обмен растворенных в воде ионов на ионы, находящиеся на поверхности ионооб-менных смол.

В состав отделения обессоливающей ионитной очистки входят шесть параллельных блоков (цепочек) ионитных фильтров, работающих по схеме: Н 1 п →Н 1 0 →ОН 1 → Н 2 → ОН 2

1) Н 1 П - предвключенный Н-катионитный фильтр 1 ступени, предназначен-ный для удаления из воды катионов (Са++, Мg++, Fе++), методом ионного обме-на.

2) H 1 0 - основной Н-катионитный фильтр 1 ступени, предназначен-ный для удаления из воды катионов (Nа+), оставшихся после Н 1 п - фильтра ка-тионов (Са++, Мg++, Fе++) методом ионного обмена.

OH 1 - анионитный фильтр 1 ступени, предназначенный для удаления из воды анионов сильных кислот (SО 4 -- , СL -- , NO 3) методом ионного обмена.

Н 2 - Н-катионитный фильтр 2 ступени, предназначенный для удаления из воды катионов (NA + , К + , NH 4 +), оставшихся после Н-катионирования первой ступени методом ионного обмена.

ОН 2 - анионитный фильтр 2 ступени, предназначенный для удаления из воды анионов кремниевой кислоты (SIO 3 -), оставшихся после ОН-анионирования 1 ступени других анионов.

Ионное обессоливание воды основано на способности некоторых практи-чески нерастворимых в воде материалов-ионитов вступать в ионный обмен

с дис-социированными на катионы и анионы солями, растворенными в воде, при этом в раствор переходит эквивалентное количество катионов или анионов, которыми периодически насыщается ионит при регенерации. Способность ионитов к ион-ному обмену объясняется их специфической структурой, состоящей из твердой, нерастворимой в воде молекулярной сетки, к которой на поверхности и внутри присоединены химически активные функциональные группы атомов ионита. Ка-ждая молекула является твердым электролитом. В результате электролитической диссоциации ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмо-сфера с подвижными, способными к обмену ионами. В зависимости от характера активных функциональных групп ионита его подвижные, способные к обмену, ионы могут иметь положительные заряды, и то-гда ионит называется «Катеонитом», или отрицательные заряды - ионит называ-ется «Анионитом».

По своей способности ионы, вступая в обмен с ионитами, содержащимися в воде, располагаются в следующем порядке:

Катионы׃ H + →Fе 2+ →Ва 2+ →Sr 2+ →Са 2+ →Мg 2+ →К + →NH 4 + →Na +

Анионы׃ SO 4 2- →CL - →NO 3 - →HCO 3 - →HsiO 3 -

Каждый предыдущий ион способен вытеснять последующий из ионита при отсутствии избытка предыдущего иона в этом ионите; при наличии избытка возможна и обратная реакция. Различная активность обусловлена различной подвижностью ионов.

Н-катионирование

При Н-катионировании все катионы, содержащиеся в воде, заменяются катионом водорода. Фильтрующую загрузку (катионит) условно разбивают на 4 зоны׃

Верхняя зона насыщена кальцием и магнием;

Под верхней - зона, в которой вытесняются ионы натрия ионами

кальция и магния;

Ниже - зона замещения Н-катиона катионом натрия;

Еще ниже-зона Н-катионита, еще не участвующая в реакции обмена катионов.

По мере поглощения катионитом солей жесткости высота зоны с Са 2+ и увеличивается и смещается вниз. Как только зона замещения Н-катионита катионом натрия сместится до нижней границы катионита, начинается проскок иона Na + в фильтрат. В начале пропуска осветленной воды через фильтр в воде после Н-катионитного фильтра кислотность близка к сумме концентраций хлори-нов и сульфатов в исходной воде.Но после проскока натрия в фильтрат, кислот-ность уменьшается на величину концентрации натрия в данный момент. Как только насыщение катионита натрием достигает нижней границы, кислотность падает до нуля. При дальнейшей обработке воды через этот фильтр, в фильтрате появится щелочность, которая будет возрастать и постепенно достигнет щелочности исходной воды.

1-я ступень Н-катионирования предназначается для обмена всех катионов, содержащихся в фильтруемой воде, на катион водорода в Н-катионите.

2-я ступень Н-катионирования предназначается для обмена, главным образом остаточного натрия, после первой ступени Н-катионирования и катионов Na + , вымытых из низкоосновных фильтров. Регенерация катионита производится про-пуском через него раствора серной кислоты переменной концентрации последовательно со 2-й ступени на 1-ю ступень (Н - катионитный фильтр 2 ступени, Н-катионитный фильтр I ступени основной и, наконец, на предвключенный). Это даёт возможность снизить расход кислоты на регенерацию, сократить сброс сто-ков и увеличить фильтроцикл.

ОН-анионирование

При Н-катионировании воды в фильтрате остаются анионы сильных кислот SО 4 2- , С1 - , NO 3 и анионы слабых кислот НСО 3 - , НsiO 3 .

При ОН-анионировании все анионы, содержащиеся в воде, замещаются ОН - .

2 Описание существующей схемы автоматизации

Данная схема автоматизации технологического процесса основана на использовании локальных средств автоматизации. В схеме регулирования и контроля расхода, давления, уровня используются пневмотические приборы (13ДД11, ДПП2, УБ-П, ПВ10-1Э, ПВ10-2Э, РПВ4-2Э, ПКР2, ПР3.31), температуры (КСП3, КСМ3, КСП4, КСМ4, ФЩЛ), анализа (АЖК3101, РН-метр).

Обработка речной воды на предочистке (осветление и умягчение воды в осветлителях 7 методом известкования с коагуляцией.)

Речная вода поступает из общего коллектора ОАО «СНОС» в емкость 1. Уровень в емкости 1 регулируется клапаном LCV-137. центробежным насосом 2 вода из емкости 1 с объемным расходом не более 700 м 3 /ч (регулируется автоматически клапаном FCV-135, установленным на входе в осветлитель 7) подается в теплообменники 3 и параллельно в 4. В теплообменнике 3 вода нагревается до Т=30°С ± 1 (Т1RСА L H -138) паром, поступающим из сети объединения с избыточным давлением 0,7 МПа (7кгс/см 2). Регулирование температуры речной воды после теплообменников 3 осуществляется автоматически клапаном ТСV-138, установленным на линии подачи пара в теплообменник 3. Образовавшийся в теплообменнике 3 конденсат направляется в теплообменник 4 для доохлаждения и далее в емкость 5, откуда насосом 6 подается в сеть объединения.

Из теплообменников подогретая вода подаётся в воздухоотделитель осветлителя 7, оттуда по отводящей линии через тангенциальный ввод поступает в нижнюю конусную часть смесителя осветлителя. Туда же вводятся известковое молоко, раствор коагулянта (FеSО 4 ∙7Н 2 О). За счет тангенциального ввода воды в смеситель осветлителя возникает интенсивное вращательное движение потока, обеспечивающее хорошее перемешивание воды с реагентами. При этом происходит образование хлопьевидного осадка, которое заканчивается в цилиндрической части смесителя, в верхнюю часть которого подается флокулянт (полиакриламид ПАА). Интенсивность перемешивания регулируется регулирующим устройством, установленным на входе воды в

смеситель осветлителя.

В осветлителе 7 речная вода исветляется и умягчается. Основная часть воды, поступившей в осветлитель, проходит помимо шламоуплотнителя, встречает на своем пути верхнюю распределительную решетку, выравнивающую нагрузку по площади сечения и поступает в сборный желоб осветленной воды. По сборному желобу вода поступает в приемный короб распределительного устройства и далее самотеком поступает в емкость 14. Для удаления избытка «шламового фильтра» при постоянной подаче новых реагентов часть обрабатываемой воды вместе с увлекаемым ею осадком поступает в шламоуплотнитель. Шлам по линии продувки направляется в шламовую емкость 12, откуда насосом 13 откачивается на очистные сооружения. Из грязевика осветлителя крупный мусор и шлам удаляются через дренаж по трубопроводу в дренажный коллектор и далее также поступают на очистные сооружения.

Доосветление известково-коагулированной воды на механических фильтрах 16.

Обработанная в осветлителе вода доосветляется в механических фильтрах от мелких хлопьев остатков процесса коагуляции и известкования. Из осветлителя 7 известково-коагулированная вода самотеком поступает в емкости 14, откуда насосами 15 подается в осветлительные 2-х камерные механические фильтры 16 и после фильтров 16 собирается в ёмкости 18. Механический фильтр представляет собой стальной цилиндрический корпус, торцы которого закрыты сферическими днищами. Корпус фильтра разделен на две камеры плоским днищем. В верхней части каждой камеры имеются распределительные воронки для равномерного распределения потока воды по всему сечению фильтра. В нижней части каждой камеры находятся щелевые распределительные устройства для отвода осветленной воды. Фильтрующим материалом служит антрацит. Нагрузка осветлительных фильтров контролируется по расходомеру, установленному на выходе из фильтра (FI-75, от 160 до 220 м 3 /ч).

Обессоливание осветленной воды на блоке ионитных фильтров. Умягченная вода из ёмкости 18 насосом 17 из отделения предочистки подается на ионитное отделение, состоящее из шести блоков. В каждый блок входят два

Н-катионитных 19 и 20, один ОН-анионитный фильтры I ступени.21, один

Н-катионитный 22 и один ОН-анионитный фильтр 2 ступени 23.

Производительность одного блока (по FIR-151) до 150 м 3 /ч. Полученная частично-обессоленная вода (ЧОВ) с содержанием силикатов не более 200 мкг/кг и солесодержанием не более 5,0 мг/кг при рН от 7,0 до 8,0 со всех работающих блоков по общему коллектору поступает в емкость обессоленной воды 24. Емкости 24 снабжены уровнемером (LIRA L H -150) с сигнализацией по минимуму - 1000 мм и максимуму - 5340 мм. Из ёмкости 24 частично обессоленная вода насосом 25 с объ-емным расходом не более 300 м 3 /ч (расходомер FIR-83) подается на блок 10 для приготовления глубоко-обессоленной воды, которой питаются котлы-утилизаторы агрегата аммиака и насосом 26 с объемным расходом до 117 м 3 /ч (FIR-222) на впрыск в аппараты воздушного охлаждения (АВО). Из ёмкости 24 также насосами 25 от линии ЧОВ на блок 10 осуществляется подача химически очищенной воды (ХОВ) в коллектор воды объ-единения, для корректировки качественных показателей которой производится её амминирование. Регулирование расхода амминированной воды после насосов 28 производится клапаном FCV-91г. Слабоаммиачный раствор необ-ходимой концентрации готовится в ёмкости 29 путем разбавления обес-соленной водой крепкого аммиачного раствора концентрацией 25-50%, завозимо-го с агрегата аммиака.

Выдача ХОВ в коллектор воды объединения также осуществляется из емко-сти 24 напрямую насосами 27 и амминируется раствором из ём-кости 29 насосами-дозаторами 30. Расход выдачи ХОВ в коллектор воды объединения регулируется клапаном FCV-90. При остановке насосов 25 и 27 установлена световая и звуковая сигнализация.

Таблица 1- Нормы технологического режима

Наименование стадий процесса, аппара-ты, показатели режима	Номер позиции прибора на схеме	Допускаемые пре-делы тех. па рамет-ров	Примечание

Температура исходной воды на линии подачи пара в теплообменник поз.3			Показание, регистрация, регулирование сигнализация

Продолжение таблицы 1

Давление на нагнетательном трубопрово-де насосов 8.		не более 1,0 (10)
Давление на нагнетательном трубопрово-де насосов 11.		не более 1,0 (10)
Давление воздуха КИП на входе на уста-новку.			Показание, сигнализация
Давление на трубопроводе подачи пара на ХВО.		не более 0,7 (7,0)	Показание, регистрация
Расход исходной воды на трубопроводе перед емкостями 1.		не более 700	Показание, регистрация
Расход исходной воды на входе в освет-литель 7		не более 700	Показание, регистрация регулирование
Расход осветленной воды с механических фильтров 16.		в пределах 160-220	Показание
Расход пара на входе в ХВО.		не более 40	Показание Регистрация
Расход конденсата на выходе с установки		не нормируется	Показание Регистрация
Давление на нагнетательном трубо-проводе насосов 30.		не более 1,0(10,0)	Показание, сигнализация, блокировка
Расход умягченной воды на входе блоков (1-6) обессоливания.		не более 150	Показание, регистрация
Расход обессоленной воды на блок 10 от насосов 25		не более 300		Показание, регистрация
Расход обессоленной воды на АВО от насосов 26.		не более 117		Показание, регистрация, регулирование
Уровень шлама в емкости 12		в пределах 240-2240		Показание, сигнализация
Уровень конденсата в емкости 5		в пределах 400-2000
Уровень раствора сернокислого железа (FеSО4) в емкости 9.		в пределах 400-1700
Уровень раствор полиакриламида (ПАА) в ёмкости 10.		в пределах 450-2950		Показание, регистрация, сигнализация
Продолжение таблицы 1

Уровень умягченной воды в емкости 14.		в пределах 300-8000		Показание, регистрация регулирование сигнализация
Уровень обессоленной воды в ёмкости 24.		в пределах 300-6640		Показание, регистрация, сигнализация
Уровень обессоленной воды в емкости 29.		в пределах 300-4000		Показание, регистрация, сигнализация

Таблица 2 - Перечень блокировок и сигнализации

Наименование параметра	Наименование оборудования	Блокировка	Сигнализация	Операции по воздействию.
Наименование параметра	Наименование оборудования			Операции по воздействию.

1.Температура исходной воды, Т1RCA L H -138,°С.	Трубопровод исход-ной воды после теп-лообменника 3.			Автоматическое регулирование температуры исходной воды подачей пара в теплообменник 3.
2.Уровень исходной во-ды, LIRCA L H - 137, мм	Емкость 1			Автоматическое регулирование расхода воды клапаном на ли-нии подачи бельской воды в емкость 1.
3. Уровень умягченной воды, LIRA L H -135, мм	Емкость 14			Регулирование расхода воды в осветлитель 7.
4. Уровень осветленной воды, LIRCA L H -139, мм	Емкость 18			Регулирование уровня воды в 18
5. Уровень раствора сернокислого железа (FеSО4), LIRA L H -101, мм	Емкость 9

Продолжение таблицы 2


6. Уровень раствора полиакриламида (ПАА), LIRA L H -102, мм	Емкость 10	Обслуживающий персонал за-полняет емкости или прекра-щает заполнять в зависимости от загорания лампочек верхнего или нижнего уровня.
7. Уровень шлама, LIA L H -103, мм	Ёмкость 12	Откачка шлама по мере запол-нения ёмкости.
8.Уровень конденсата, LIRA L H -110, мм	Ёмкость 5	Откачка конден-сата по мере за-полнения емко-сти в коллектор объединения.
9. Уровень обессолен-ной воды, LIRCA L H -150, мм	Ёмкость 24	Регулирование производитель-ности на блоке обессоливания расходом воды на фильтры
10. Уровень обессолен-ной воды, LIRA L H -231/3, мм	Емкость 29	По мере убыли или набора уровня персонал начинает или прекращает прием воды из ем-кости 29.
11. Давление на нагнета-тельном трубопроводе PIS H A H -191, МПа (кгс/см 2)	Насос-дозатор 8	Автоматическая остановка на-соса со светозвуковой сигна-лизацией.
12. Давление на нагнета-тельном трубопроводе Р1S H A H -192,МПа (кгс/см 2)	Насос-дозатор 11
13. Давление на нагнета-тельном трубопроводе Р1S H A H -47, МПа(кгс/см 2)	Насос-дозатор 30	Автоматическая остановка на-соса со светозвуковой сигнализацией.

3 Обоснование необходимости структуры автоматизации установки химводоочистки

На данный момент в качестве систем управления и регулирования используется система «СТАРТ», основные средства контроля и регулирования это пневматические первичные и вторичные приборы. Их использование имеет ряд недостатков:

По приборам расположенным на щите в операторной, оператор не может контролировать одновременно несколько параметров, и одновременно следить за работой технологического оборудования и исполнительных механизмов;

При возникновении механических повреждений приборов невозможна правильное ведение технологического процесса;

При понижении температуры окружающего воздуха возможны обрывы импульсных линий, пневмокабелей и выход из строя измерительных частей приборов;

При ручном управлении технологическим процессом малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к различным серьёзным последствиям;

Действующие прибора учета расходов сырья, продукции и энергоресурсов не предоставляют возможности автоматизированного расчета экономических показателей.

Курсовой проект предусматривает реконструкцию АСУ установки химводоочистки. Устранения перечисленных недостатков путём внедрения централизованной АСУ на основе микропроцессорных устройств, создания АРМ оператора, внедрением новых приборов, заменой позиционного регулирования на непрерывное. Автоматизация приводит к улучшению основных показате-лей эффективности производства: увеличению количества продукции, улуч-шению качества и снижению себестоимости выпускаемой про-дукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство, удлинение сроков межре-монтного пробега оборудования.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнения атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу — анализ результатов управления, со-ставление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т. д. С повышением квалификации и культурного уровня рабочих стирается грань между физическим и умственным трудом.

4 Описание разработанной ФСА

Реконструкция АСУ ТП установки химводоочистки, состоит в создании многоуровневой АСУ, состоящей из нижнего (полевого), контроллерного и операторского уровней.

На нижнем уровне используется датчиковая аппаратура, предназначенная для сбора первичной информации о ходе контролируемого процесса, а также исполнительные механизмы для непосредственного управления процессом.

Контроллерный уровень обеспечивает:

Сбор и первичную обработку данных от датчиковой аппаратуры;

Математическую обработку исходных данных процесса;

Логико-программное управление;

Технологическую сигнализацию;

Предварительное архивирование расчетных и исходных данных

Для организации контроллерного уровня используются контроллеры общего или специального назначения, объединение которых в сеть возможно на основе интерфейса RS232C/485 с использованием протокола Bell202 или Modbus со скоростью обмена до 19,6 Кбит.

Операторский уровень предназначен для визуализации контролируемого технологического процесса, ведения архивов, оперативного вмешательства в ход технологического процесса и формирования отчетов.

Реконструкция существующей АСУ состоит из следующих основных этапов:

Установка новых интеллектуальных датчиков температуры, уровня и давления для сбора и дистанционной передачи данных о параметрах технологического процесса;

Установка новых интеллектуальных расходомеров для сбора и обработки информации о расходе сырья и продукции;

Внедрение логических программируемых контроллеров для автоматизированного управления уровнем, давлением, расходом и температурой в технологических процессах;

Создания АРМ оператора установки химводоочистки;

Замена исполнительных механизмов и регулирующих органов дискретного действия на механизмы и органы непрерывного действия.

Для получения необходимой информации о параметрах технологического процесса в реальном времени, централизованного отображения этой информации, и управления процессом в проекте применены следующие датчики - первичные преобразователи.

1) Датчики температуры

Термоэлектрический преобразователь ТСПУ - 055 с диапазоном измеряемой температуры -50…50°С, который обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал 4-20мА.

2)Датчики давления

Для измерения давления на установке ХВО предлагаю использовать первичный преобразователь давления Метран - 43 - Ех - ДИ, который обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал 4-20мА.

3)Датчики уровня

Датчик гидростатического давления (уровня) Метран-43Ф-ДГ 3595, обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал 4-20мА, устанавливается непосредственно на фланце аппарата, в котором измеряется уровень, имеет встроенный микропроцессорный преобразователь за счет чего имеет преимущество перед аналогичными датчиками с аналоговым преобразователем по метрологическим, функциональным, эксплуатационным показателям.

4)Датчики расхода

Для получения данных о расходе воды, воздуха, реагентов и пара в проекте применены следующие преобразователи расхода.

Преобразователь расхода вихреакустический Метран-300ПР, предел измерения 0,18…700 м 3 /ч, выходной сигнал - унифицированный токовый 4-20мА. Данный преобразователь использует принцип ультразвукового

детектирования вихрей образующихся в потоке жидкости при обтекании ею

призмы, расположенной поперек потока. Преимущество этого

преобразователя состоит в возможности поверки на месте без демонтажа, большом межповерочном интервале, самодиагностики. Устанавливается на трубопроводе АМЖ-1 на входе в изотермическое хранилище поз. 301

Интеллектуальный вихревой расходомер модели 8800 фирмы Fisher-Rosemount, выходной сигнал 4-20мА. Использует принцип определения частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы, которая прямопропорциональна скорости движущейся среды. Данный преобразователь благодаря использованию цифровой технологии позволяет расходомеру обеспечить максимальную точность и надежность измерений.

5)Устройства сбора и обработки данных

В качестве основного УСОД (устройства сбора и обработки данных) в проекте применена группа программируемых модульных контроллеров Twido фирмы Schineider Electric. Предусмотрена установка шести модульных контроллеров TWD LMDA 20DRT с разным количеством модулей расширения (модули аналогового и дискретного ввода/вывода). Контроллер предназначен для сбора, первичной обработки и предварительной архивации информации о потребленных и отпущенных энергоресурсах, таких как вода, воздух, пар, реагенты.

ПК Twido выполняет следующие технологические функции:

Регулирование уровня в ёмкости 1 и 18 по заданному закону управления;

Регулирование температуры в 3 путем воздействия на исполнительный механизм, стоящий на линии подачи пара на входе в теплообменник;

Регулирование производительности осветлителя путем воздействия на исполнительный механизм, стоящий на линии подачи воды в 7;

Регулирование РН осветлителя путем воздействия на исполнительный механизм, стоящий на линии подачи извести в 7;

Регулирование расхода воды после 28 и 27 путем воздействия на исполнительный механизм, стоящий на линии нагнетания насосов;

Преобразование и вывод информации о параметрах

технологического процесса с помощью интерфейса RS232/485 на операторскую станцию.

Компактные программируемые контроллеры Twido применяются в малых системах автоматизации. Они отличаются высокой производительностью процессора, большим количеством входов/выходов, напряжением питания 100-240В переменного тока и обеспечивает питание датчиков напряжением 24В постоянного тока.

Преимущества компактных ПК Twido:

Значительное количество точек входа/выхода (до 24 точек), при небольших занимаемых габаритах, позволяет уменьшить размеры панелей там, где параметры занимаемого места имеют важное значение;

Разнообразие модулей расширения и дополнительных модулей, обепчивающее пользователю степень гибкости платформ больших контроллеров. Возможности компактного контроллера TWD LMDA4 точками входа/вывода можно увеличить при помощи подключения до семи модулей расширения дискретного ввода/вывода (соответствующая конфигурация с 14 точками входа/выхода) и таких дополнительных модулей, как цифровой дисплей, катридж памяти, катридж часов реального времени, а также дополнительными портами связи с интерфейсами RS485 или RS232C;

Для подключения модулей расширения к контроллеру, предлагается несколько вариантов подключения, таких как съемные винтовые клеммные колодки и пружинные разъемы, обеспечивающие простое, быстрое и безопасное подсоединение;

Использование дисплея и встраиваемой памяти позволяет осуществлять настройку, передачу и резервирование приложений. Цифровой дисплей можно использовать как инструмент для локального отображения и настройки. Модули памяти EEPROM позволяют резервировать и передавать программы в любой компактный ПК Twido;

Программное обеспечение Twido Soft позволяет осуществлять простое программирование при помощи инструкций языка Instroction List или графических объектов языка Ladder;

Компактные контроллеры имеют два аналоговых потенциометра, расположенные на передней панели. Значения потенциометров хранятся в

системных словах и обновляются после каждого цикла программы.

Для возможности подключения к контроллеру датчиков с аналоговыми выходными сигналами и управления исполнительными механизмами в проекте предусматривается подключение дополнительных модулей расширения аналогового входа/выхода. К каждому контроллеру подключается два модуля TWD AMI 2HT 2 входа и 1 выход высокого уровня

Дополнительно к контроллеру подключаются адаптер RS485 TWD NAC485D (для связи с операторской станцией через дополнительный порт) и цифровой дисплей TWD XCP ODC.

Программирование контроллеров осуществляется с помощью программного обеспечения Twido Soft, через встроенный последовательный порт mini-DIN типа RS485

Для создания АРМ оператора установки ХВО на базе IBM совместимого ПК, в проекте предусмотрено использование SCADA системы на базе программного обеспечения Monitor Pro фирмы Schineider Electric.

Этот продукт базируется на открытых и стандартных на сегодняшний день технологиях и предлагает полный набор простых в использовании графических функций для систем визуализации.

Программное обеспечение для систем супервизорного управления и сбора данных (SCADA) Monitor Pro включает базовые пакеты для создания приложений супервизорного (диспетчерского) контроля и управления, а также дополнительные элементы (опции), усовершенствующие функции этих пакетов для таких специальных областей применения, как статистическое управление технологическими процессами или интеграция с базами данных.

Имеется четыре различных базовых варианта продукта в зависимости от размера доступной базы данных реального времени и максимального числа входных/выходных параметров процесса (тэгов). В широком смысле функциональность всех этих вариантов одинакова для всех вариантов базовой операционной системы. Это упрощает миграцию приложений от одной платформы к другой. В настоящее время Monitor Pro расчитан на работу под операционными системами Windows NT, Windows 95 и 98. Полный набор опций Monitor Pro возможен под Windows NT. Ограниченное число опций возможно под Windows 95 и 98. Версия Monitor Pro для OS/2 отсутствует.

Monitor Pro является многопользовательским SCADA-сервером приложений реального времени для автоматизации производственных и технологических процессов. Он позволяет собирать важнейшую информацию от многочисленных приборов и устройств промышленного объекта и затем распространять ее по всему предприятию (организации).

Monitor Pro обеспечивает такие важнейшие элементы функциональности SCADA-системы, как ретроспективные данные, сигнализацию и статистическое управление процессом. Кроме того, обновляемая по изменению база данных Monitor Pro обеспечивает уникальную масштабируемость - существуют приложения, обрабатывающие более 2 миллионов тэгов.

Функции визуализации Monitor Pro используются для:

Чтения значений переменных из ПЛК и отображение на экране этих переменных;

Управления и контроля систем с регулированием процессов;

Архивирования в базу данных значений переменных ПЛК или внутренних переменных системы регулирования;

Встроенной программной обработки данных.

Подключение к ПЛК производится через шину Modbus и выполняется с помощью интерфейса RS 485B в многоточечном режиме.

Заключение

В курсовом проекте рассмотрен вопрос реконструкции АСУ установки химводоочистки цеха № 54 ОАО «СНОС»

Разработанная система управления основана на использовании технических и программных средств фирмы Schineider Electric. Особое преимущество техники Schineider Electric состоит в том, что она охватывает все уровни автоматизации, что позволяет избежать проблем с совместимостью, масштабированием и добиться высокого уровня быстродействия, функциональности и надежности.

Внедрение системы обеспечит за счёт эффективного автоматизированного регулирования процесса высокое качество продукции, уменьшение затрат на сырьё и энергоносители, снижение нагрузки на обслуживающий персонал, снижение вредных выбросов в атмосферу.

В результате расчётов определён предполагаемый экономический эффект от реконструкции АСУ ТП в сумме 1022,120 тысяч рублей, который получен в результате снижении себестоимости продукции, срок окупаемости внедряемого оборудования составил 0,79года.

Список используемых источников

1 Башлыков А.А., Карев А.А. SCADA-системы. - Датчики и системы, 2003, №3, с.27-35.

3 Верёвкин А.П., Денисов С.В. Современные технологии управления процессами: Учеб. Пособие - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001. - 86 с.

4 Гревцов В.В., Страшун Ю.П. Семейство программируемых промышленных контроллеров СМ1820.ПК // Датчики и системы. 2000. № 1.

5 Клиначёв Н. В. Теория систем автоматического регулирования и управления: Учебно-методический комплекс. - Offline версия 3.5. - Челябинск, 2004. - 655 файлов, ил.

6 Технологический регламент цеха № 54 ОАО “Салаватнефтеоргсинтез”.

7 Шкамарда А.Н., Страшун Ю.П. Программно технические комплексы СМ1820М для создание систем автоматизации в промышленности // Датчики и системы. 2000. № 1.

Чертежи:

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

На нужды горячего водоснабжения и подпитку поступает вода из существующего хозяйственно-питьевого водопровода котельной, отвечающая требованиям ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая».

Требования к качеству подпиточной воды приняты по «Нормам качества подпиточной и сетевой воды тепловых сетей НР 34–70–051–83».

Для уменьшения содержания железа в проекте предусматривается установка обезжелезивания. Умягчение воды по способу натрий-катионирования.

Обезжелезивание воды происходит в фильтрах обезжелезивания. Через фильтр, загруженный сульфоуглем, пропускается аэрированная вода в течение 170–180 часов. За это время на поверхности зерен сульфоугля образуется пленка из соединений железа, служащая в дальнейшем катализатором. Когда потери напора в слое загрузки возрастают до 10 м. вод. ст., фильтр отключают на промывку.

Химводочистка воды принята по схеме двухступенчатого Na-катионирования. К установке принят блок из четырех Na-катионитовых фильтров. Два фильтра работают на 1-ой ступени умягчения, один - на 2-ой ступени умягчения и один резервный.

В баке мокрого хранения соли поддерживается постоянный уровень при помощи бачка постоянного уровня, 26% раствор соли из бака мокрого хранения поступает в емкость для хранения. Концентрированный раствор соли при помощи эжектора разбавляется до 7% концентрации и подается на регенерацию.

Для подпитки сети используется вода из системы водоснабжения, которая после химводоочистки поступает в вакуумную деаэрационную установку ДСА–50. Деаэрированная вода через регулятор давления поступает в обратный сетевой трубопровод для подпитки теплосети.

7.3. Выбор схемы водоподготовки

Расход пара на технологию D Т = 18 т/ч.

Количество потерянного конденсата:

G к =(1-  )  D Т = (1-0,7)  18=5,4 т/ч

где - доля возврата конденсата, принимаем (60-70%);

D Т – расход пара на производство, т/ч.

Количество возвращаемого конденсата:

G Т = D Т - G К = 18 - 5,4 = 12,6 т/ч

Расход пара на деаэрацию и подогрев сырой воды.

Принимается равной 9% от D Т:

D д + D св = 0,09  D Т = 0,09  18 = 1,62 т/ч

Потери пара внутри котельной принимается равными 2 % от D T:

D пот =0,02  D T =0,02  18=0,36 т/ч

Полное количество пара, производимого котельной:

D = D T + D д + D св + D пот = 18+1,62+0,36=19,98 т/ч

Количество пара, которое можно получить из расширителя непрерывной продувки:

где
т/ч

Р пр – величина прдувки (2-10%), принимаем 3%;

i l 1 - энтальпия котловой воды при давлении в котле

826,1кДж/кг;

i ll н иi l 2 – энтальпия пара и воды при давлении в

расширителе (1,5 кгс/см 2);

i ll н = 2692,39 кДж/кг;i 1 2 = 464,54 кДж/кг;

 - степень сухости пара, выходящего из расширителя

 под – КПД подогревателя (расширителя) (0,98)

Количество воды уходящей из расширителя:

G 1 пр = G пр - D пр =0,6 – 0,1=0,5 т/ч

Количество питательной воды, поступающей в котлы:

G пит =  D + G 1 пр =19,98+0,5=20,48 т/ч

Общее количество воды на выходе из деаэратора (питательная вода):

G д = G пит =20,48 т/ч

Если принять, что количество выпара из деаэратора питательной воды равно 0,4% расхода подаваемой через него воды, то:

D вып =0,004  G д =0,004  20,48=0,08 т/ч

Тогда производительность химводоочистки должна быть:

G хво = G к + G 1 пр + D пот + D вып =18+0,5+0,36+0,08=18,94 т/ч

Расход сырой воды на ХВО учитывается величиной коэффициентаk= 1,1-1,25. Этот коэффициент учитывает количество воды, идущей на взрыхление катионита, его регенерацию, обмывку и прочие нужды ХВО

G св = k  G хво =1,25  18,94=23,68 т/ч

Так как от производственных потребителей конденсат возвращается не полностью, то питание котлов предусматривается химически очищенной водой. Согласно нормам качества питательной воды для экранированных котлов давлением до 14 ата не должна превышать 20 мг-экв/кг.

(Справочник эксплуат-ка газ. котельных стр.223)

Замена в котлах твердого и жидкого топлив газовым позволяет увеличить их производительность за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения к.п.д. котла благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.

Вода, одновременно являющаяся дешевым теплоносителем и универсальным растворителем, может представлять угрозу для водонагревательного и парового котлов. Риски, в первую очередь, связанны с наличием в воде определенных примесей. Решение и предотвращение проблем в работе котельного оборудования невозможно без четкого понимания их причин, а так же знания современных технологий подготовки воды.

Для котловых систем характерны три группы проблем, связанных с присутствием в воде следующих примесей:

нерастворенных механических;
растворенных осадкообразующих;
коррозионноактивных.

Каждый тип примесей может служить причиной выхода из строя того или иного оборудования установки, а так же вносит свой вклад в снижение эффективности и стабильности работы котла. Использование в системах воды, не прошедшей механическую фильтрацию, приводит к наиболее грубым поломкам— выходу из строя циркуляционных насосов, уменьшению сечения, повреждению трубопроводов, запорной и регулировочной арматуры. Обычно механические примеси— это песок и глина, присутствующие как в водопроводной так и в артезианской воде, а так же продукты коррозии трубопроводов, теплопередающих поверхностей и других металлических частей, которые находятся в постоянном контакте с агрессивной водой. Растворенные примеси могут вызывать серьезные неполадки в работе энергетического оборудования, которые обуславливаются:

образованием накипных отложений;
коррозией котловой системы;
вспениванием котловой воды и уносом солей с паром.

Эта группа примесей требует особого внимания, поскольку их присутствие в воде зачастую не так очевидно, как наличие механических примесей, а последствия от их воздействия на котельное оборудование могут быть весьма печальны— от снижения энергоэффективности системы, до полного ее разрушения.

Карбонатные отложения, вызываемые повышенной жесткостью воды— хорошо известный результат процессов накипеобразования, протекающем даже в неизношенном оборудовании, однако далеко не единственный. Так при нагреве воды выше 130°Срезко снижается предельнаярастворимость сульфатов кальция, что приводит образованию особоплотной накипи гипса

(см. Таблицу №1)

Образующиеся накипные отложения ухудшают теплопередачу теплообменных поверхностей, что приводит к перегреву стенок котла и снижению срока его службы, а так же к увеличению потери тепла. Ухудшение теплообмена приводит к перерасходу энергоносителей, что отражается на эксплуатационных затратах. Образование на поверхности нагрева даже незначительного по толщине (0,1-0,2мм) слоя отложений приводит к перегреву металла и, как следствие, появлению отдушин, свищей и даже разрыву труб.

Образование накипи является однозначным признаком использования в котловой системе воды низкого качества. В этом случае неизбежно развитие коррозии металлических поверхностей и накоплении вместе с накипными отложениями, продуктов окисления металлов.

В котловых системах могут происходить два типа коррозионных процессов: химическая и электрохимическая коррозия. Электрохимическая коррозия связанна с образованием большого количества микрогальванических пар на металлических поверхностях. В большинстве случаев коррозия возникает в неплотностях металлических швов и развальцованных концов теплообменных труб; результатом таких поражений являются кольцевые трещины. Основными стимуляторами коррозии являются растворенный кислород и углекислый газ.

Если конструкции выполнены из черного металла, отклонение от диапазона рН 9-10 приводит к развитию коррозии. В случае алюминиевых конструкций превышение рН 8,3-8,5 приводит к разрушению пассивирующей пленки и коррозии металла. Особое внимание следует обращать на поведение газов в котловых системах.С повышением температуры растворимость газов снижается — происходит их десорбция из котловой воды. Этот процесс обуславливает высокую коррозионную активность кислорода и диоксида углерода. Кроме того, в процессе нагрева и испарения воды происходит разложение гидрокарбонатов на карбонаты и диоксид углерода, который уносится вместе с паром и обуславливает снижение рН и высокую коррозийную активность конденсата. Поэтому при выборе схемы химводоочистки и внутрикотловой обработки следует предусматривать способы нейтрализации кислорода у диоксида углерода.

Другой вид химической коррозии— хлоридная коррозия. Из-за своей высокой растворимости, хлориды присутствуют во всех доступных источниках водоснабжения.Они разрушаютпассивирующую пленку на поверхности металла, что стимулирует развитие вторичных коррозийных процессов. Гранично-допустимая концентрация хлоридов в воде котловых систем— 150-200 мг/л.

Накипеобразование и коррозионные процессы являются результатом использования в котловой системе воды низкого качества— химически нестабильной и агрессивной.Эксплуатировать котловые системы на такой воде экономически нецелесообразно и опасно с точки зрения техногенных рисков.

Обычно в качестве источников водоснабжения котловых систем используются водопровод или артезианские скважины. Каждый тип воды имеет свои недостатки и набор типичных проблем. Первый типичной проблемой любой воды являются соли кальция и магния, обуславливающие общую жесткость. В Российской Федерации, в зависимости от региона и типа источника водоснабжения, жесткость как водопроводной, так и артезианской вод, обычно, находится в пределах 2-20мг-экв/л.Другой типичной примесью являются растворенные соли железа, содержание которых может находиться в интервале 0,3-20 мг/л. При этом в большинстве артезианских скважин концентрация растворенного железа превышает 3 мг/л.

Котловые системы по их назначению принято подразделять на водогрейные и паровые. Для каждого типа существует свой набор требований кхимочищенной воде, которые также зависят от мощности котла и температурного режима. Требования к количеству воды для котловых систем устанавливаются на уровне, обеспечивающем эффективность и безопасность работы котла при минимальном риске образования отложений и коррозии. Разработку официальных требований осуществляют надзорные органы (Бсэнергонадзор), однако эти требования всегда мягче рекомендаций производителя, которые устанавливаются исходя из гарантийных обязательств. В Европейском Союзе требования производителей проходят всестороннюю экспертизу в органах стандартизации и профильных организациях с точки зрения эффективности и длительной эксплуатации котла. Поэтому целесообразно ориентироваться именно на эти требования.

Расход подпиточной воды для котловых систем и требования к ее качеству определяют оптимальный набор водоочистительного оборудования и схему химводоотчистки. Особое внимание во всех нормативных документах, касающихся качества подпиточной воды, уделяется таким показателям как: жесткость, РН, содержание кислорода и углекислоты.

Водогрейные котлы

Системы водогрейных котлов относятся к системам закрытого типа. В этих системах вода не должна изменять свой состав. Закрытая система заполняется химически отчищенной водой один раз и не требует постоянной подпитки. Потери обычно случаются из-за протечек в трубопроводах или вследствие ошибок в обслуживании. При правильной эксплуатации пополнение химически очищенной водой в водогрейных контурах осуществляется перед началом отопительного сезона или не чаще, чем один раз в год (исключением является аварийная ситуация).

Однако если речь идет о бытовом водогрейном котле, система химводоотчистки используется так же для постоянного холодного и горячего водоснабжения.

Обязательное условие для всех видов воды, используемой в котлах всех типов— отсутствие взвешенных примесей и окраски. Для охладительных систем с предписанными рабочими температурами до 100°с большинство производителей используют упрощенные требования к качеству воды, минимизирующие только уровень общей жесткости.

Для отопительных установок с допустимой температурой нагрева выше 100°С, рекомендуется использование деминерализованной или умягченной воды, и в зависимости от типа устанавливаются нормативы ее качества.

Таблица №2

Системы водоподготовки для водогрейных котлов можно классифицировать в соответствии с мощностью котельной установки и ее назначением.

Для бытовых котлов — очистка для заполнения замкнутой системы отопления, холодного и горячего водоснабжения. Она должна соответствовать требованиям производителя котельного оборудования и нормативам на питьевую воду.

Для котлов средней мощности (до 1000 кВт)— системы для периодической подпитки котлового контура, как правило с корректировкой рН и растворенного кислорода.

Для промышленных котлов— системы постоянной подпитки глубокоумягченной водой с обязательной корректировкой рН и растворенного кислорода.

Часто в качестве источника водоснабжения бытовых водогрейных котлов используется водопроводная вода с характерным набором проблем: механические примеси и повышенная жесткость. Схема отчистки, в этом случае, состоит из двух стадий: механическая фильтрация и умягчение.

Очистка от механических примесей должна осуществляться в механических фильтрах сетчатого, дискового или картриджного типа.

При выборе механического фильтра необходимо соблюдать условия— рейтинг фильтрации не выше 100 мкм, иначе высока вероятность попаданий примесей в систему водоочистки или питательную воду.

Для корректировки жесткости используют системы умягчения, основанные на применении сильнокислотных катионов в натриевой форме. Эти материалы осаждают катионы кальция и магния, обуславливающие жесткость воды, взамен выделяя эквивалентное количество ионов натрия, которые не образуют при нагревании воды нерастворимых соединений.

При использовании воды из артезианской скважины системы умягчения будут недостаточно, так как в артезианской воде обычно повышенное содержание железа и марганца. В этом случае применяется один из вариантов сорбционно-окислительных технологийкак то: аэрация с последующей сорбцией на каталитических фильтрах, хлорирование и осаждение на сорбционных фильтрах, либо использование окислительных фильтров на основе зеленого песка, регенерируемого перманганатом калия.

При использовании традиционной трехступенчатой технологии подбор оборудования и фильтрующих материалов начинается с подробного химического анализа. Его результат должен быть тщательно проанализирован специалистом-химиком, который затем правильно подберет фильтрующие материалы для каждой стадии и определит требуемую конфигурацию оборудования. Многоступенчатая технология сложна в эксплуатации, кроме того, в этом случае производится раздельная регенерация различными реагентами и отмывка трех видов загрузок, используемых в системе, что требует значительного расхода воды на собственные нужды. Для регенерации фильтров с использованием зеленого песка применяется раствор перманганата калия. Приобретение и сброс его в канализацию требует специального разрешения.

В противовес многостадийному построению системы водоподготовки специалистами украинской компании НПО «Экософт» разработана более современная и эффективная комплексная одностадийная технология на основе многокомпонентнойфильтрующей загрузки, состоящей из пяти ионообменных и сорбционных материалов, которые регенерируются раствором поваренной соли, что исключает образование высокотоксичных отходов и сокращает расходы воды на собственные нужды. Системы ХВО на базе технологии Ecomixаналогичны стандартным системам умягчения по принципу работы, аппаратурному оформлению и сервису. Для обслуживания такой системы не требуется специально подготовленный персонал.

Системы очистки для котлов средней мощности до 1000 кВт аналогичны системам для бытовых водогрейных котлов. В этом случае подготовленная вода применяется как для заполнения контура котла, так и для подпитки. Для современных котлов объем на подпитку обычно не превышает 1,5 м3/ч. Для водогрейных котлов мощностью 500-1000 кВт, как правило, надо применять реагенты длявнутрикотловой обработки. Традиционно применяют автоматически дозирующие станции для ввода реагента в предварительно подготовленную воду и реагенты для связывания кислорода (сульфит или бисульфит натрия), корректировки рН (гидроксид натрия или тринатрийфосфат). Такой подход требует наличия нескольких дозирующих станций, тщательно подготовленных растворов и постоянного контроля концентрации дозируемых веществ. При этом контроль дозирования заключается только в измерении рН котловой воды.

Очистка для промышленных водогрейных котлов— более сложная задача. Поэтому в зависимости от требований к жесткости очищенной воды могут применяться как одноступенчатые системы умягчения, так и двухступенчатые. При этом оборудование химводоподготовки должно обеспечивать непрерывную подпитку водогрейного контура, а рабочий расход подготовленной воды может варьироваться в широком диапазоне и определяется для каждой котельной индивидуально. Типичная схема подготовки состоит из механической фильтрации, ступени обезжелезивания, умягчения или комплексной отчистки (при использовании на 1-ой ступени комплексной отчистки отпадает необходимость в ступени обезжелезивания) на 1-ой ступени и умягчения на 2-ой ступени, завершающаяся деаэрацией и корректировки рН. В случае промышленных водогрейных котлов могут применяться как физические методы деаэрации и корректировки рН (вакуумные или мембранные деаэраторы), так и химические (дозирование реагентов).

Химводоочистка для паровых котлов

В отличие от водогрейных котлов, в паровом котле происходит непрерывный процесс испарения. Потери пара в парогенераторных системах неизбежны, поэтому необходимо постоянное их восполнение химочищенной водой. Примеси, поступающие в котел с химочищенной жидкостью, непрерывно накапливаются, следовательно, солесодержание в котле постоянно увеличивается. Для предотвращения перенасыщения котловой воды осуществляется замещение ее части химочищенной водой за счет непрерывной и периодической продувки. Таким образом, возникает необходимость пополнения контура очищенной водой в объеме, достаточном для компенсации продувочной воды и пара. Очевидно, что чем выше качество очищенной воды, тем меньше примесей вноситься в систему и меньше величина продувки, а значит тем выше качество пара и ниже расход энергоносителя.
К воде, используемой в системах с паровым котлом, предъявляются наиболее жесткие требования, которыепринято разделять на две группы в соответствии с типом воды— для питательной (Таблица №3) и котловой (Таблица №4).

Таблица № 3 Основные требования к качеству питательной воды.

Рабочее давление (бар)
рН при 25°С
Общая жесткость (мг-экв/л)


Железо общее (мг/л)
Медь (мг/л)
Перманганатная окислямость (мгО 2 /л)
Электропроводность при 25°С (мкСм/см)	≤5% от предельного значения котловой воды

Таблица № 4 Основные требования к составу котловой воды.

При выборе схемы подготовки воды определяющим критерием является также величина непрерывной продувки котла, которая является расчетной и зависит от качества очистки, доли возврата конденсата и типа котла. Величина непрерывной продувки котла нормируется СНиПом на котельные установки. Так например, для котельных, оборудованных паровыми котлами с давлением менее 14 бар, продувка не должна превышать 10%, а для котлов с рабочим давлением до 40 бар — 5%.

В зависимости от расчетной величины продувки и минерализации исходной воды принимается решение о выборе схемы подготовки.При низкой минерализации достаточно использования двухстадийных систем комплексной очистки и умягчения, аналогичных системам водогрейного котла.В случае высокой минерализации потребуется применение комбинированной технологии, включающей стадии умягчения или комплексной отчистки и обратноосмотической деминерализации.

Если расчетная величина продувки превышает нормативную, следует снижать солесодержание химочищенной воды, то есть выбирать схему, включающую стадию деминерализации. В противном случае необходимо применять схему двуступенчатого умягчения. Следует отметить, что чем выше величина непрерывной продувки, тем выше расходы на нагрев, то есть возрастает расход энергоносителя и затраты на приготовление воды (увеличивается частота регенерации и, как следствие, увеличивается расход поваренной соли). Кроме того, высокая непрерывная продувка требует больших капитальных вложений и на компоненты парового котла. С точки зрения экономической обоснованности выбора химподготовки более выгодной оказывается схема глубокого умягчения на основе баромембранных технологий. Суть баромембранных методов состоит в пропускании воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие примеси различного состава. Одной из наиболее прогрессивных схем деминерализации в настоящее время считается технология, включающая стадии ультрафильтрации, обратноосмотической деминерализации и электродионизации. Стадия ультрафильтрация используется для удаления взвешенных веществ, коллоидных примесей, части органических примесей (высокомолекулярную органику), а так же удаления бактерий, водорослей и прочих микроорганизмов, размер которых превышает сотые доли микронов. По своей сути ультрафильтрация является аналогом коагуляции в осветлителях и очистки на механических фильтрах, однако лишена недостатков, свойственных периодичной технологии. Так, основными преимуществами ультрафильтрационных установок являются:

Отсутствие необходимости содержания известкового хозяйства — при эксплуатации ультрафильтрационных установок требуется только периодическая кислотная и щелочная промывка модулей, однако количество реагентов в десятки раз меньше, чем в ионообменной технологии;
Отсутствие необходимости точного соблюдения технологических параметров (температуры, рН, скорости потока), как это требует эксплуатацияосветлителей.При этом качество очистки остается стабильно высоким и не зависит ни от условий эксплуатации, ни от человеческого фактора;
Существенное (в 2-4 раза) сокращение производственных площадей для размещения основного и вспомогательного оборудования;
Простота эксплуатации, возможность автоматизации процесса.

В промышленности ультрафильтрация начала применяться в 90-х годах прошлого столетия и сейчас считается наиболее эффективным методом механической очистки воды, особенно в качестве предподготовки воды в баромембранных технологиях.

В настоящее время существует несколько типов ультрафильтрационных мембран, отличающихся как технологическими особенностями, так и используемыми материалами. Наиболее прогрессивными с точки зрения эксплуатации считаются мембраны, работающие по принципу фильтрации снаружи - внутрь, позволяющие применять водо-воздушную промывку для интенсивного удаления отфильтрованных примесей. Среди материалов отдается предпочтение гидрофильным мембранам, изготовленным из механически и химически стойких полимеров (например, гидрофилизированногополивинилиденфторидаСН-PVDF).

На стадии обратноосмотической деминерализации происходит удаление из воды растворенных в ней примесей. В зависимости от требуемого качества очистки используют одно- или двухступенчатую схему. Как правило, остаточное солесодержание после первой ступени составляет 5-20 мг/л, что соответствует качеству воды после первой ступни Н/ОН ионизирования. В случае необходимости более глубокой деминерализации используют вторую ступень.

Важной особенностью применения метода обратного осмоса в технологиях подготовки в для энергетики является комплекс мер, направленных на поддержание достаточной производительности мембранных элементов в процессе их эксплуатации. Ухудшение проницаемости мембран, наблюдаемое при очистке практически любого происхождения, связано с образованием на их поверхности отложений различной природы: коллоидных и взвешенных частиц, неорганических осадков, крупных органических молекул, а так же с активностью микроорганизмов, для которых мембрана служит благоприятным субстратом. Избежать вышеупомянутых эффектов можно при соблюдении трех условий—надлежащей предварительнойподготовке воды, качественной и регулярной промывке мембранных элементов и использовании специальных реагентов—антискалантов. Антискаланты предотвращают рост кристаллов малорастворимых соединений на поверхности мембраны. Большинство современных антискалантов представляют собой смеси нескольких активных компонентов. Главным преимуществом современных антискалантов является высокая эффективность предотвращения отложения большинства труднорастворимых соединений кальция, магния, железа, марганца и кремния в широком диапазоне рН, температур и составов воды. Современные антискаланты проявляют высокую активность даже при небольших дозах 2-5 г/м3. Суммируя изложенное выше, можно выделить основные преимущества обратноосмотической деминерализации:
Исключительная надежность метода, обуславливающая стабильно высокое качество деминерализованной воды вне зависимости от сезонных колебаний качества исходной воды, технологических параметров и человеческого фактора;
Высокая экономическая эффективность— замена первой ступени ионообменной деминерализации на обратноосмотическую позволяет на 90-95% снизить потребность в кислоте и каустике, что по стоимости во много раз перекрывает увеличение затрат, связанных с расходом энергопотребления;
Как и для ультрафильтрационных систем сокращение производственных площадей и автоматизация технологических процессов;
Отдельного внимания в подготовке воды для паровых котлов заслуживает внутрикотловая обработка, основными задачами которой являются:

Защита котлового оборудования от коррозии;
Корректировки рН;
Защита пароконденсатного тракта от углекислотной коррозии;
Предупреждение накипеобразования при сбоях водоподготовки.

Традиционная схема химической коррекции состава воды требует использования нескольких реагентов, которые необходимо вводить в разных точках, четко соблюдая объемы дозирования и контролируя содержание каждого компонента в системе. С одной стороны привлекает низкая цена и доступность таких реагентов, с другой— практически показывает их существенные недостатки: сложность обеспечения полной защиты поверхностей, использование нескольких дозирующих станций, повышение солесодержания, высокий расход реагентов и необходимость постоянного трудоемкого контроля и настроек.
Современный подход к вопросу химической коррекции воды для паровых котлов представляет применение реагентов комплексного действия на основе пленкообразующих аминов. Эти реагенты одновременно:

Корректируют рН питающей, котловой воды и конденсата;
Образуют защитную пленку на поверхности сборника питающей воды, котлаи линии конденсата;
Препятствуют осадкообразованию в системе;
Частично переходят в паровую фазу и защищают пароконденсатный тракт от углекислотной коррозии за счет корректировки рН конденсата.

В состав реагента комплексного действия входят высокомолекулярные полиамины, диспергирующие полимеры инейтрализующие амины. Все компоненты имеют органическую природу, поэтому солесодержание котловой воды не повышается. Пленкообразующие амины блокируют рост кристаллов на теплопередающих поверхностях, в результате образуются аморфные осадки, которым не дают прилипнуть к поверхности диспергерующие полимеры. Впоследствии осадок легко удаляется при периодической промывке. Нейтрализующие амины работают как ингибиторы коррозии— они связывают углекислоту и обеспечивают безопасный рН. Сформированная на поверхностях пленка из полиаминов является водоотталкивающей, поэтому применение такого реагента защищает непосредственно трубы, а не просто корректирует состав жидкости.

Химводоподготовка для котельных подразумевает под собой комплексную обработку воды, поступающей в водогрейные и паровые котлы, специальными химическими реагентами с целью снижения жесткости воды и ее очищения от вредных примесей. Химводоподготовка для котельных различного типа обеспечивает сохранение работоспособности всех систем котельной. Главная задача химводоподготовки для котельных - предотвратить коррозию и защитить нагревательные элементы от образования накипи.

Таким образом, основным и обязательным элементом для котельных: будь то водогрейные или паровые установки, является процесс умягчения воды, который осуществляется с помощью специальных установок непрерывного действия. Подобные установки также используют на промышленных предприятиях с непрерывным производственным циклом.

Умягчение воды позволяет не только предотвратить образование твердых солевых отложений на внутренних поверхностях котлов, труб и нагревательных элементов, но и способствует экономному потреблению различных моющих средств. Практика показывает, что комплексная химводоподготовка для котельных снижает жесткость воды до 0,07-1 мг. экв/л (воду с таким показателям жесткости используют на текстильном, бумажном, химическом производствах), в некоторых случаях, например, для питания котлов среднего и низкого давления, в которых допускается использование воды с показателем жесткости не более 0,3 мг. экв/л, требуется двухступенчатая обработка воды, после которой показатель жесткости не превышает 0,01-0,02 мг. экв/л.

Как правило, умягчающие воду установки и , используемые для химводоподготовки для котельных, представляют собой конструкцию из двух фильтров, параллельно скрепленных между собой. Сами фильтры – выполненные из стеклопластика корпуса, которые имеют ламинированную полиэтиленом внутреннюю поверхность. Другими обязательными элементами установки для химводоподготовки в котельных являются два автоматических управляющих клапана, фильтрующая среда, дренажно-распределительная система и баки, в которых приготавливается раствор реагентов.

Существуют множество моделей фильтров непрерывного действия, применяемых в системах химводоподготовки для котельных, но все они работают по одной из трех схем: Twin Alternating, Twin Parallel (Duplex) и Triplex.

Первая из схем работает следующим образом: два фильтра включены параллельно, однако, только один из них работает в режиме фильтрации, другой же может быть либо в состоянии регенерации, либо ожидания. Когда цикл фильтрации завершается, фильтры меняются ролями и следующий цикл фильтрации осуществляется уже тем фильтром, который был в режиме ожидания или регенерации. Установки с подобными системами химводоподготовки для котельных используются, прежде всего, там, где необходимо постоянно поддерживать заданную изначально производительность.

Вторая из названных схем подразумевает одновременную работу двух параллельно включенных фильтров в режиме фильтрации. Такая отличается двойной производительностью. Однако фильтры также нуждаются в периодической регенерации, которая происходит по очереди и мере надобности. Соответственно, в какой-то момент на определенный временной период в режиме фильтрации будет находиться только один фильтр, в результате чего производительность установки резко падает.

Схема Triplex представляет собой усовершенствованию схему Twin Parallel: к двум параллельно включенным фильтрам, работающим в режиме фильтрации, подсоединяется третий. Такая установка химводоподготовки для котельных отличается тройной производительностью в момент работы всех трех фильтров. В режим регенерации фильтры переключаются также поочередно. Таким образом, двойная производительность схемы Twin Parallel поддерживается непрерывно.

Фильтрующая среда в установках для химводоподготовки для котельных может быть различной. Среди методов, применяемых для умягчения воды, наиболее распространенными являются: реагентный, при котором в воду вмешивают реагенты, вступающие в химические реакции с солевыми растворами, содержащимися в воде. В результате образуются малорастворимые кальциево-магниевые соединения, которые выпадают в осадок.

Другой метод – катионитовый, основанный на свойствах некоторых веществ, заключается в том, чтобы обменивать свои катионы (это может быть натрий или водород) на катионы магния и кальция, которые содержаться в соли, растворенной в воде. В результате образуются натриевые соли, не передающие воде жесткость. Зачастую в процессе комплексной химводоподготовки для котельных используют комбинацию названных методов умягчения воды.