книги из ГПНТБ / Смирнов, Д. Н. Автоматическое регулирование процессов очистки сточных и природных вод

шинного отделения ТЭЦ, по другому — из городского водопровода. Известковая суспензия поступает самоте­ ком из дозатора, расположенного выше уровня воды в смесителе. Обработанная известью вода из смесителя направляется в осветлители.

Параметр регулирования дозы реагента должен из­ меряться до наступления равновесного состояния про­ цесса, так как в противном случае система регулирова­ ния будет обладать чрезмерным запаздыванием. Поэто­ му собственно объектом автоматического регулирования является вертикальный смеситель.

Регулируемая величина рН измеряется погружным датчиком ДП-5274 со стеклянным и проточным хлорсеребряным электродами. В комплекте с датчиком работа­ ет высокоомный преобразователь ПВУ-5256 и автомати­ ческий регистрирующий потенциометр ПСР1-06, вторич­ ный датчик которого связан со входом в электронный бесконтактный изодромный регулятор РПИБ-П1. Рас­ ход воды по обоим трубопроводам, подающим воду в смеситель, измеряется расходомерами, состоящими из диафрагм и дифференциальных манометров ДММ-К. Электрический сигнал с индукционных катушек дифманометров поступает на вход в электронный дифферен­ циатор ЭД-60. Выходной сигнал этого прибора, пропор­ циональный первой производной величин приращений расхода воды, вводится в электронный блок регулятора. Если расход воды не изменяется, сигнал но нагрузке равен нулю.

Сформированный в регуляторе сигнал управления дозой извести через магнитный усилитель МУ-2Э посы­ лается в бесконтактный исполнительный механизм ИМ-2Б. Вал исполнительного механизма перемещает регулирующий орган дозатора.

При отклонении величины рН от заданного значе­ ния регулирующий орган сначала перемещается под действием регулятора на величину, пропорциональную этому отклонению, а затем в течение 10—15 мин изме­ няет дозу реагента короткими (около 1 % пропускной способности дозатора) импульсами. В результате коле­ бания величины рН на выходе из смесителя плавно за­ тухают. Вследствие того что изменение нагрузки, как говорилось выше, приводит к вариации времени запаз­ дывания смесителя, форма кривой регулирования не ос­ тается постоянной и при больших расходах может при-

230

ближаться к апериодической. Это объясняется тем, что стремление гарантировать необходимый запас устойчи­ вости системы вынуждает ориентироваться при динами­ ческой настройке регулятора на йаихудшие сочетания параметров объекта, которые наблюдаются при малых расходах воды.

Режим работы большинства станций водоподготовки позволяет в какой-то мере приблизить переходный про­ цесс регулирования к оптимальному. Дело в том, что преобладание больших или малых нагрузок носит сезон­ ный характер. Поэтому для станций с таким режимом можно рекомендовать несколько раз в год (в соответст­ вии с действующей средней производительностью) изме­ нять по заранее рассчитанному графику динамическую настройку регуляторов дозы извести. Это позволит по­ стоянно сохранять наилучший характер процесса регу­ лирования величины рН.

Для уменьшения первого отклонения величины рН (динамического коэффициента регулирования) при ко­ лебаниях расхода большое значение имеет сигнал, полу­ чаемый от дифференциатора. Благодаря этому прибору резкие изменения нагрузки (даже на 50—60%) не вызы­ вают отклонения величины рН на выходе из смесителя более чем на 0,2—0,3.

При использовании автоматических рН-метров со стеклянным электродом для контроля и регулирования процесса декарбонизации обычно возникают трудности, связанные с обрастанием электродов карбонатом каль­ ция. Некоторые другие технологические жидкости так­ же образуют на активной поверхности стеклянного электрода плотные осадки или пленки, в результате чего резко понижается точность измерения и усложня­ ется эксплуатация прибора.

Эти отложения следует удалять соответствующим растворителем, так как вследствие непрочности стеклян­ ного электрода почти исключается возможность его ме­ ханической очистки. Погружной датчик рН-метра необ­

трудоемка и не может выполняться силами дежурного персонала. При большой скорости образования осадков частота промывок настолько увеличивается, что приме­ нение рН-метра становится нецелесообразным.

231

В описываемой системе регулирования было приме­ нено устройство, позволяющее очищать электроды рНметра растворителем без извлечения погружного дат­ чика из воды. Это устройство — наполненный раствори­ телем резиновый баллон, от которого к электродам под­ веден тонкий шланг. Электроды промывают (один-два раза в смену) струей растворителя, подаваемой из бал­ лона. Применение такого устройства позволило добить­ ся необходимой точности действия рН-метра при мини­ мальной затрате времени на его обслуживание. Погреш­ ность показаний прибора не превышала 0,1 рН при промывке электродов 1 раз в сутки. Продолжительность промывки электродов — не более 1 мин. При необходи­ мости эта операция может выполняться дистанционно, а также автоматически.

Результатом действия описанной здесь комбиниро­ ванной системы автоматического регулирования дозы реагента является весьма точная стабилизация величи­ ны рН умягчаемой воды. Даже при резких колебаниях расхода воды и концентрации реагента параметр регу­ лирования не выходит за пределы +0,2 рН. Это позво­ ляет проводить процесс декарбонизации с заданными скоростью и полнотой при минимальном расходе извес­ ти. Вся аппаратура, использованная в системе регули­ рования, выпускается отечественной промышленностью и, следовательно, может широко применяться на суще­ ствующих и проектируемых станциях водоподготовки.

Аналогичные системы могут регулировать не только процесс умягчения, но и стабилизационную обработку воды, содержащей агрессивную углекислоту, а также другие процессы, параметром контроля которых служит величина рН обработанной реагентом воды.

4. Система экстремального регулирования

процесса реагентного умягчения воды по ее электропроводности

Контроль и автоматическое регулирование процесса реагентного умягчения воды могут осуществляться не только по водородному показателю, но и по ее электро­ проводности. При введении в воду извести и переходе бикарбонатов в карбонаты, выпадающие в осадок, электропроводность обработанной воды изменяется. В соответствии с кривой кондуктометрического титро-

232

вания в момент полной нейтрализации солей карбонат­ ной жесткости электропроводность достигает минималь­ ного значения. При дальнейшем увеличении добавок ре­ агента электропроводность повышается вследствие избытка реагента. Таким образом, оптимальная доза из­

зовать экстремальный ре­ гулятор, который совершает непрерывный поиск дозы

извести, соответствующей минимальной электропровод­ ности умягченной воды. В зависимости от времени пре­ бывания известкованной воды в смесителе и от характе­ ра основного возмущающего фактора — колебаний рас­ хода исходной воды — экстремальный регулятор может играть роль основного регулирующего звена либо кор­ ректировать систему регулирования соотношения «во­ да — известковое молоко».

Южным отделением ОРГРЭС разработана система дозирования извести по электропроводности умягченной воды с применением корректирующего экстремального регулятора для станций химвйдоочистки, имеющих сме­ сители большой емкости и характеризующихся резкими колебаниями расхода поступающей воды (рис. 102). В этой системе регулирование подачи извести в нижнюю

233

часть смесителя осуществляется сатуратором при воз­ действии на него регулятора соотношения через испол­ нительный механизм. Количество известковой воды про­ порционально расходу обрабатываемой воды, измеряе­ мому дифманометром, индукционная катушка которого включена на вход в регулятор соотношения. В смесителе устанавливается датчик кондуктометрического концентратомера, подающего на вход в экстремальный регуля­ тор сигнал, пропорциональный электропроводности во­ ды, обработанной известью. Экстремальный регулятор посылает на вход в регулятор соотношения корректиру­ ющие импульсы, вызывающие изменение дозы извести. Воздействие одного, знака продолжается до тех пор, пока электропроводность воды не пройдет точку экстре­

Освоение промышленностью производства кондуктометрических концентратомеров с бесконтактными дат­ чиками, а также электрических и пневматических экст­ ремальных регуляторов будет способствовать более ши­ рокому распространению подобных схем в системах автоматизации процессов водоподготовки.

Описанный метод регулирования умягчения воды по ее электропроводности представляет большой практиче­ ский интерес п поэтому нуждается в основательной про­ верке.

Г л а в а X I I

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИОННОГО ОБМЕНА ПРИ ВОДОПОДГОТОВКЕ

1. Системы автоматического управления

Существующие в настоящее время системы управле­ ния фильтровальными установками принято классифи­ цировать по оснащенности фильтров запорной армату­ рой и средствами автоматизации. До недавнего времени эти системы можно было по указанному признаку раз-

234

делить на две группы: индивидуальные и групповые. Совершенствование технологии ионного обмена и изме­ нение принципов управления привело к появлению сис­ тем комбинированного и непрерывного действия.

Рис. 103. Индивидуальная схема автоматизации фильтров

Индивидуальные и групповые системы неоднократно описывались в литературе [24, 48]. Установки непре­ рывного ионного обмена еще только внедряются в прак­ тику химводоочистки, поэтому принципы построения систем непрерывного действия еще не определились

вполной мере.

Вкачестве примера системы управления, построен­ ной по индивидуальному принципу, можно привести схему автоматизации Na-катионитовых фильтров, пред­ ложенную ВТИ (рис. 103). В этой схеме каждый фильтр оснащен полным комплектом средств автоматизации (исполнительные органы, командные приборы, регуля­ торы интенсивности взрыхления). Устройства группово­ го назначения (регенерационный узел и сигнализатор жесткости) обслуживают три-четыре фильтра. Наряду

235

с достоинствами (возможностью задания индивидуаль­ ных программ восстановления для каждого фильтра, од­ новременного восстановления двух или более фильтров и др.) эта схема имеет ряд недостатков, заключающихся

От датчиков

г - Ш а

11 12

в том, что она не позволяет добиться работы всех узлов в оптимальных режимах и обладает сравнительно низ­ кой эксплуатационной надежностью.

Примером групповой системы является пневматиче­ ская система управления «Парус» ЦНИИКА [18]. Эта система (рис. 104) имеет в своей структуре одно команд­ ное устройство, поэтому может обслуживать одновре­ менно не более одного фильтра. Так же как и схема ВТИ, система «Парус» имеет жесткую, неоптимальную временную программу восстановления. В системе ис­ пользуются регуляторы управления с низкой обслужи­ вающей способностью. Неоптимальна в данной системе также схема сбора и обработки информации. Достоин­ ством системы «Парус» (по сравнению со схемой ВТИ) является большая эксплуатационная надежность логи­ ческой части системы за счет централизованного конт­ роля выполнения команд исполнительными органами. Однако использование в этой схеме пневматических эле­ ментов УСЭППА требует установки устройств воздухоприготовления. Кроме того, специальная арматура

236

с пневмоприводом для химводоочистки в настоящее вре^ мя серийно не выпускается, а пневмоэлектрические пре­ образователи системы УСЭППА недостаточно надежны.

Классифицировать названные системы (ВТИ и ЦНИИКА) как индивидуальные и групповые можно только условно, так как каждая из них фактически со­ держит в своей структуре функциональные узлы как индивидуального, так и группового назначения. Приме­ ром типичной комбинированной системы является схема автоматизации химводоочистки, разработанная Харь­ ковским отделением ТЭП. В ее основе лежат разработки и рекомендации ВТИ и ОРГРЭС, а также система авто­ матического управления участком последовательного двухступенчат™ ионирования «Осьминог-1», предло­ женная Барнаульским филиалом ОКБА. Рассмотрим последовательно эти системы.

Система Харьковского отделения ТЭП выполнена на электрогидравлических приборах (реле РМУГ, электро­ гидравлический КЭП типа ПК-ЭГП-1218 и электрогид­ равлические реле РЭГ-П харьковского опытного завода

и выдерживания режимных параметров (расходов воды на взрыхление и отмывку загрузки, концентрации регенерационного раствора) и регулирование расходов. Ре­ гулирующее устройство системы включает насос взрых­ ления, насос промывки, насос-дозатор, мерники, общие вентили на подаче раствора, дренаже и др.

Для контроля истощения Н-катионитовых фильтров используется сигнализатор СИФ (конструкции Восточ­ ного филиала ВТИ), основанный на сравнении электро­ проводности проб фильтрата, отбираемых из выходного трубопровода фильтра и непосредственно из слоя ионита. Истощение остальных катионитовых фильтров кон­ тролируется лабораторным анализом. Исполнительные органы в системе включаются по групповой схеме, что препятствует одновременному восстановлению несколь­ ких фильтров. Электрогидравлический командный при­ бор работает по жесткой временной программе. Регули­ рующее устройство имеет сравнительно низкую точность дозирования и низкую обслуживающую способность. Регулирование концентрации регенерационного раство­ ра не предусмотрено. Все эти недостатки системы пре-

237

пятствуют интенсификации работы участка ионирования. Используемые в системе средства автоматизации (релейно-контактные элементы и КЭП) и оснащение фильтров контрольно-измерительными приборами по индивидуальной схеме снижают надежность системы и вызывают увеличение капитальных затрат. Невысо­ кую надежность имеют и исполнительные органы типа МИК.

Задачи оптимизации работы фильтров наиболее пол­ но решает система «Осьминог-1» Барнаульского филиа­ ла ОКБА, осуществленная на водоочистной установке Калининского комбината искусственного волокна. По своей структуре эта система также является комбиниро­ ванной.

Система «Осьминог-1» (рис. 105) построена на дис­ кретных и аналоговых модулях и приборах электриче­ ской ветви ГСП. В основу станции управления положе­ ны бесконтактные логические элементы комплекса «Спектр» [69] Нальчикского завода телемеханической аппаратуры. Многоточечное пробоотборное устройство и анализатор системы разработаны и изготовлены Бар­ наульским филиалом ОКБА. Система укомплектована устройствами группового назначения, в основном на 15 фильтров 1-й ступени, однако с помощью несложных приставок к некоторым блокам количество обслуживае­ мых фильтров можно увеличить до 18—20 за счет допол­ нительного обслуживания трех-пяти фильтров 2-й ступе­ ни. На мощных водоумягчительных станциях, имеющих многоступенчатую схему ионизации и включающих до 30 фильтров, можно устанавливать два комплекта груп­ повых устройств.

Система обеспечивает принципиальную возможность одновременного восстановления пяти фильтров (два в режиме взрыхления, один на регенерации и два на от­ мывке). За счет этого значительно сокращается продол­ жительность ожидания фильтрами начала обслужива­ ния (в период ожидания фильтры не останавливаются), становится возможным повторное использование отмывочной воды для взрыхления загрузки фильтра через коллектор водопроводной воды ВВ без применения для этого буферных емкостей. Регенерационный раствор РР получают перемешиванием в эжекторе исходной воды ИВ и крепкого раствора КР, поступающего непосредст­ венно со склада мокрого хранения, без применения

238