CC BY
123
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© Лебедик Е.А.* *, Шариков Ю.В.*
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Рассмотрена значимость оборотной воды на промышленных металлургических предприятиях. Определены основные возникающие проблемы - накипь, биообрастания и коррозия. Приведены примеры существующих автоматизированных систем управления. Описаны основные критерии автоматизированной системы для поддержания оптимальных параметров качества воды системы оборотного водоснабжения. Актуальность создания системы управления на основе нового технологического решения.
Ключевые слова автоматизация, качество воды, оборотное водоснабжение, продувка, контроль, реагент.
Вода играет огромную роль и имеет широкое применение в большинстве промышленных предприятиях, в том числе металлургических. Промышленные предприятия металлургии подвержены строгому контролю по защите окружающей среды, расходу воды, за количеством и качеством сбрасываемых сточных вод.
Большой объем воды на промышленных металлургических предприятиях после использования для технических целей не загрязняется вовсе или загрязняется весьма незначительно и лишь нагревается (например вода, используемая для охлаждения производственных агрегатов, конденсации пара и др.). При недостаточной мощности природного источника или большой стоимости подачи из него требуемого количества воды (например, вследствие удаленности источника) оказывается необходимым или экономически целесообразным
* Аспирант кафедры Автоматизации технологических процессов и производств.
* Профессор кафедры Автоматизации технологических процессов и производств, доктор технических наук.
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
33
сбрасываемую предприятием (или отдельным цехом) воду охлаждать и подавать снова для использования на том же объекте [1].
Рис. 1. Классификация технической воды по целевому назначению
Потребление промышленными предприятиями охлаждающей воды очень велико (65-80 % расхода воды в промышленности). В связи с этим основную роль в водоснабжении предприятий играют системы оборотного водоснабжения (СОВ) [2].
Схемы систем оборотного водоснабжения приведены на рис. 2.
1 - охлаждающее устройство; 2 - насос;
3 - технологическое оборудование; 4 - бак-резевруар
Рис. 2. Схемы систем оборотного водоснабжения
34
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
В качестве водоохлаждающих устройств применяют пруды, брызгаль-ные бассейны и градирни. «Свежая» вода обычно подается в бассейн, в котором собирается охлажденная вода [1]. В системах оборотного водоснабжения для использования в теплообменных устройствах, содержатся обычные различные добавки, предотвращающие образование отложений на теплообменных поверхностях и коррозию труб. При охлаждении оборотной воды за счет испарения и брызгоуноса в градирнях концентрации этих добавок изменяются, и необходима автоматическая дозировка их в систему для поддержания постоянных свойств оборотной воды.
В результате испарения в охладителях части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в циркуляционной воде систем оборотного водоснабжения. При определенных концентрациях растворенные в воде соли временной жесткости (главным образом карбонат кальция СаСО3) могут выпадать из нее в теплообменных аппаратах, что резко снижает коэффициент теплопередачи теплообменной аппаратуры и ухудшает ее эксплуатационные показатели. Для предотвращения выпадения солей жесткости производится постоянная продувка системы оборотного водоснабжения, т. е удаление из нее части циркуляционной воды [1].
Для систем оборотного водоснабжения должен составляться баланс воды, учитывающий потери, необходимые сбросы и добавления воды в систему для компенсации убыли из нее [5]. Таким образом, из источника должно добавляться только некоторое количество «свежей» воды для восполнения потерь при обороте. Количество «свежей» воды q в таких системах составляет обычно незначительную часть (3-5 %) от общего количества используемой воды Q [1].
Продувка системы эффективна лишь в том случае, когда жесткость добавочной воды значительно ниже жесткости, допустимой по условию невыпадения солей при нагревании циркуляционной воды в теплообменной аппаратуре. В противном случае потребуется настолько большой расход добавочной воды, что подача ее окажется неэкономичной [1].
Кроме солей жесткости в трубках теплообменных аппаратов могут отлагаться продукты кислородной коррозии, механические взвеси и биологические организмы, содержащиеся в воде, что также резко снижает коэффи-
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
35
циент теплопередачи трубок. Ввиду этого большое значение имеют методы обработки охлаждающей воды, преследующие цель предотвращения накипи, биообрастаний, коррозии аппаратов и труб и обеспечивающие оптимальные условия для работы систем [7].
Очистка поступающей в систему добавочной воды от механических примесей осуществляется, как правило, с помощью сеток, а иногда с помощью отстойников, механических или песчаных фильтров.
Необходимость обработки охлаждающей воды для борьбы с отложениями накипи возникает главным образом для циркуляционных систем. Для этого применяют такие методы: подкисление, рекарбонизация, фосфатирование [7].
Сравнительно высокая в течение всего года температура циркуляционной воды в системах оборотного водоснабжения с градирнями или брыз-гальными бассейнами создает благоприятные условия для развития поступающих вместе с добавочной водой организмов, таких, как грибки (плесени), водоросли, бактерии (железобактерии, серобактерии) и других. Эти организмы отлагаются и развиваются в трубках теплообменников, а также в водоводах и на оросителях градирен.
Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором, бромом и биоцидными препаратами [1].
Системы охлаждения теплообменных аппаратов подвержены процессам электрохимической и биологической коррозии. В случае прямоточных систем применяют метод «контролируемого накипеобразования». Для борьбы с коррозией замкнутых систем рекомендуется в дистиллированную или обессоленную воду вводить хроматы [7].
Четкое знание предъявляемых к воде требований, обеспечивающих в системах производственного водоснабжения оптимальное водопотребление, позволяет оценить возможные области и перспективные направления применения способов подготовки воды для тех или иных видов природных и сточных вод, идущих для производственных целей, выбрать оптимальную технологическую схему очистки [2].
На сегодняшний день существуют различные методы контроля качества оборотной воды. Стабильность состава воды - один из основных показателей ее качества [6].
36
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Для достижения стабильности воды и требуемого качества применяют системы управления. Под управлением качеством оборотной воды подразумевается автоматизация процессов коррекционной обработки и продувки СОВ. Система управления решает основные проблемы СОВ - накипь, коррозия, отложения и биологическое обрастание [8].
В настоящее время применяемые системы автоматизированного управления (САУ) качеством воды основаны на расчетной информации по датчикам концентрации используемых реагентов. Ниже приведены несколько примеров существующих систем автоматического дозирования реагентов.
При обработке воды хлором с целью ее обесцвечивания или борьбы с биологическими отложениями, когда оптимальная доза хлора устанавливается по опытным данным, системы управления хлораторами строятся также по схемам стабилизации с коррекцией дозы хлора по концентрации остаточного хлора [3].
Существующие системы имеют ряд минусов, в результате чего возникает большая погрешность, неточная дозировка реагентов и как результат - не достигается постоянное качество воды.
Большие успехи в области САУ качества воды имеет компания Nalco, входящая в состав корпорации Ecolab.
Их технология 3D TRASAR для охлаждающей воды включает в себя уникальный мониторинг в режиме реального времени, борьбу с загрязнением с использованием запатентованных активных веществ, запатентованный стрессоустойчивый химический состав и информационные службы, работающие в режиме 24/7, для обнаружения, определения и обеспечения эффективной борьбы с накипью и коррозией, а также микробиологического контроля систем охлаждения [8].
Таким образом, система 3D TRASAR обнаруживает неполадки, предшествующие образованию накипи, коррозии и биозагрязнений, а затем обеспечивает соответствующее химическое реагирование [8].
Актуальным является создание АСУ, основанной на новом технологическом решении - создание системы управления подачей стабилизационных реагентов и продувки системы оборотного водоснабжения на основе разработанной методики для надежной и безотказной работы теплообменного оборудования.
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами
37
Для создания САУ обосновано использование синтеза методов исследований, с применением методов экспериментального изучения, анализа практических данных, методов математического моделирования процессов, методики использования стабилизационных реагентов оборотных систем охлаждения для разработки АСУ комплексом оборудования, поддерживающей оптимальные характеристики качества воды при ее обороте.
К АСУТП предъявляются высокие требования. При определении объема автоматизации цеха коррекционной обработки воды учитываются его производительность, режим работы, степень ответственности, требования к надежности, а также перспектива сокращения численности обслуживающего персонала, улучшение условий труда работающих, снижение потребления электроэнергии, расхода воды и реагентов.
Контролируемые параметры определяются исходя из принятой степени автоматизации сооружений, условий их эксплуатации и требований органов санитарно-эпидемиологической службы к составу и свойствам воды.
Система автоматизации сооружений водоснабжения должна предусматривать: автоматическое управление основными технологическими процессами в соответствии с заданным режимом или по заданной программе; автоматический контроль основных параметров, характеризующих режим работы технологического оборудования и его состояние; автоматическое регулирование параметров, определяющих технологический режим работы отдельных сооружений и их экономичность.
Для уменьшения трудоемкости, исключения контакта людей с реагентами и экономного расходования реагентов все операции, связанные с использованием химических реагентов на водоочистных станциях, максимально автоматизируются.
В качестве дозирующих устройств растворов коагулянтов и других реагентов в автоматизированных системах рекомендуется применять насосы-дозаторы, регулирующие клапаны и бункерные дозаторы [3].
АСУ ТП представляют собой высший этап автоматизации водопроводных сооружений и призваны обеспечивать оптимальное ведение технологических процессов водоснабжения.
Целью управления при функционировании АСУ ТП водоснабжения является обеспечение надежного водоснабжения промышленного предприятия.
38
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ
Промышленные предприятия предъявляют к качеству потребляемой воды специфические требования, иногда весьма высокие. От количества и качества используемой воды и организации водоснабжения промышленного предприятия в значительной мере зависят качество и себестоимость выпускаемой продукции. Таким образом, правильная организация водоснабжения промышленных предприятий имеет большое экономическое значение [1].
Разработка технического решения для контроля параметров качества воды, за счет применения новой методики, по предварительным расчетам, позволит существенно уменьшить количество необходимых реагентов и воды на продувку и решит проблему поддержания оптимального режима работы теплообменного оборудования, при котором предусматривается надежная и долговечная работа.
Список литературы:
1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение: учебник для вузов. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М., Стройиздат, 1974. - 480 с.
2. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: учебное пособие. - Издание 2-е, перераб. и доп. - М.: Издательство АСВ, 2003. - 288 с.
3. Пособие по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения (к СНиП 2.04.02-84).
4. Присяжнюк В.А. Анализ воды: цели, методы, прогнозирование свойств // «С.О.К.». Журнал Сантехника, Отопление, Кондиционирование. -2005. - № 6-7.
5. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. -М.: Стройиздат, 1986. - 120 с.
6. Сухотин А.М., Богачев А.Ф., Пальмский В.Г. и др. Коррозионная стойкость оборудования химических производств. Коррозия под действием теплоносителей, хладагентов и рабочих тел: справ. изд. / Под ред. А.М. Сухотина, В.М. Беренблит. - Л.: Химия, 1988 - 360 с.: ил.
7. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: учеб. пособие для вузов. -М.: Издательство МГУ, 1996. - 680 с.: 178 ил.
8. Технология 3D TRASAR® для охлаждающей воды [Электронный ресурс] // NALCO. - 2013. - Режим доступа: http://ru-eu.nalco.com/eu/servi-ces/3d-trasar-cooling-water.htm (дата обращения: 15.09.2014).
