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

руется выполнение управляющих воздействий исполни­ тельными органами и регуляторами режимов, фактичес­ кое окончание процесса десорбции, а также автоматиче­ ский перевод восстановленных фильтров в режим сорбции.

Пульт управления с мнемосхемой является рабочим местом оператора и предназначен для задания номина­ лов системе автоматического регулирования, оператив­ ного контроля, сигнализации состояния оборудования и

но-логическое управление фильтрами, в порядке очеред­ ности выводит их в режим десорбции, обеспечивая при­ оритет для фильтров более высоких ступеней очистки. С помощью СУБ и электроуправляемой машинки реги­ стрируется продолжительность работы фильтровального оборудования в разных режимах.

Основными показателями экономической эффектив­ ности системы «Осьминог-1» являются повышение про­ изводительности водоумягчительной станции и качества обработки воды: сокращение материальных и трудовых затрат, повышение оперативности управления, а следо­ вательно, и надежности водоснабжения предприятия.

2.Системы автоматического регулирования

Вусловиях комплексной автоматизации установок умягчения и обессоливания воды улучшение качества и надежности САР выдвигается на первый план. К основ­ ным задачам регулирования следует отнести регулиро­ вание производительности установки в соответствии с графиком водопотребления основного производства, а также регулирование интенсивности взрыхления и от­ мывки загрузки фильтра, производительности регенера­ ционного узла и концентрации регенерационного рас­ твора.

240

Регулирование производительности установки явля­ ется сложной технической задачей. Сложность ее объяс­ няется необходимостью:

1) стабилизировать давление в общем коллекторе обработанной воды, что определяется требованиями ос­ новного производства к водоподготовке;

2) стабилизировать давление исходной воды перед фильтрами, что определяется техническими условиями на эксплуатацию фильтровального оборудования и ре­ жимами взрыхления и отмывки загрузки фильтра;

3)надежно и экономично регулировать работу на­ сосных агрегатов и ионитовых фильтров;

4)выключать отдельные фильтры группы для их восстановления.

1) регулирование давления исходной воды изменени­ ем числа оборотов электродвигателя или центробежного насоса;

2)регулирование давления исходной воды методом дросселирования выходными задвижками насосных аг­ регатов;

3)регулирование давления обработанной воды зад­ вижками общих коллекторов обработанной воды.

Первая схема экономична и удовлетворяет второму условию. Недостатки ее — некоторая сложность приме­ нения [13] и нестабильность давления обработанной во­ ды при выводе фильтров на регенерацию. Такое регули­ рование осуществляется по схеме электрических каска­ дов и электромагнитными муфтами.

Вторая схема также удовлетворяет второму условию. Она проста для применения, но плохо согласуется с третьим условием, так как малоэкономична по потреб­ лению электроэнергии, кроме того, дросселирующие за­ движки не являются регулирующими органами, а поэто­ му не рассчитаны на частую автоматическую переста­ новку и не имеют линейной расходной характеристики. Плохо согласуется эта схема и с первым условием. Не­ смотря на отмеченные недостатки, данная схема, благо­ даря своей простоте и другим преимуществам, получила в настоящее время широкое распространение.

Третья схема удовлетворяет первому условию, но не удовлетворяет второму и третьему. Она имеет все недо­ статки второй схемы, поэтому, как правило, применяет­ ся только в тех случаях, когда после ионирования пре­ дусмотрена деаэрация (теплоэнергетика).

По третьей схеме осуществляется регулирование про­ изводительности в системе Харьковского отделения ТЭП, по второй схеме — в системе «Осьминог-1» (см. рис. 105). Для повышения надежности в системе «Осьминог-1» ре­ гулирование производится с апериодической настройкой только задвижкой одного из работающих насосных агре­ гатов (по усмотрению оператора), а остальные задвиж­ ки полуоткрыты и находятся на дистанционном управ­ лении. Это позволяет значительно снизить частоту авто­ матических перестановок и повысить надежность систе­ мы. При падении давления обработанной воды ниже предельно допустимого значения блок массового обслу­ живания системы блокируется и вывод на регенерацию следующих по очереди фильтров автоматически приос­ танавливается.

Схемы САР интенсивности взрыхления и отмывки загрузки фильтра в некоторой степени зависят от схе­ мы регулирования производительности установки, а так­ же от принятой схемы автоматического управления. Схема САР должна удовлетворять следующим требо­ ваниям: 1) стабилизации интенсивности взрыхления за­ грузки без выноса ионитовчерез верхний дренаж; 2) ста­ билизации интенсивности отмывки; 3) обеспечению эко­ номичного и надежного регулирования; 4) обеспечению одновременного проведения нескольких операций по взрыхлению и отмывке загрузки фильтра; 5) обеспече­ нию повторного использования отмывочной воды для взрыхления загрузки.

В групповых системах управления для регулирова­ ния интенсивности взрыхления и отмывки загрузки ус­ танавливают два дроссельно-поплавковых ограничителя скорости (схемы Московского отделения ЦКТИ) на блок (группу) фильтров [48]. При всей простоте такого технического решения оно нерационально, так как пре­ пятствует интенсификации производства.

В схеме Харьковского отделения ТЭП для взрыхле­ ния и отмывки загрузки используются насосы, управляе­ мые соответствующими регуляторами. Однако примене­ ние центробежных насосов для взрыхления и отмывки

242

загрузки вызывает неоправданное увеличение капиталь­ ных затрат на оборудование.

В комбинированной системе Барнаульского филиа­ ла ОКБА на фильтрах поддерживаются постоянные пе­ репады давлений. В режиме взрыхления загрузки посто­ янный перепад поддерживается за счет стабилизации давления во взрыхляющем коллекторе, а в режиме от­ мывки еще и за счет стабилизации давления в напорном коллекторе исходной воды (рис. 105). Устойчивость дав­ ления во взрыхляющем коллекторе осуществляется двумя регулирующими органами, один из которых про­

решение позволяет повторно использовать отмывочную воду для взрыхления загрузки без дополнительных бу­ ферных емкостей отмывочной воды. Поскольку система

ся параллельно с операциями отмывки загрузки на дру­ гих. Степень повторного использования отмывочной воды составляет 70—90%. Интенсивность названных опе­ раций определяется номиналом задания САР давления во взрыхляющей системе.

Технические требования к регулированию регенерационного узла определяются следующими соображени­ ями. В настоящее время в практике ионирования приме­ няется способ двухступенчатой обработки ионита реге­

вытесняемых ионов в твердой фазе высока, протекает с достаточно высокой скоростью и при малой концентра­ ции регенерационного раствора. Для поддержания вы­ сокой скорости прямой реакции на втором этапе, когда количество вытесняемых ионов значительно снизится,

ционного раствора. Отсюда вытекает необходимость ре­ гулирования концентрации регенерационного раствора по двухступенчатой программе и стабилизации его рас­ хода. Поддержание регулируемых параметров в опреде­ ленном диапазоне является одним из основных факто­ ров, определяющих эффективность регенерации, а зна­ чит, и производительность участка, поэтому динамическая точность САР должна быть высокой. При устойчивости расхода и концентрации на каждой ступени регенера­ ции доза регенерирующего вещества будет определяться временными настройками командных устройств систем автоматического управления. Высокая обслужива­ ющая способность системы возможна только при обес­ печении практически мгновенной готовности ее к повторному действию. Последнее условие требует отка­ заться от использования баков-мерников в регулирую­ щих устройствах. Баки-мерники, как правило, сочета­ ются с эжекторными смесителями, производительность которых стабилизируется по параметрам рабочей жид­ кости, подаваемой для перемешивания. Это вызывает большую погрешность дозирования при изменениях кон­ центрации крепкого раствора.

Барнаульским филиалом ОКБА предложена схема САР, в которой производительность регулирующих уст­ ройств стабилизируется по параметрам регенерационно­ го раствора изменением расхода исходной воды (см. рис. 105), а концентрация регулируется изменением рас­ хода крепкого раствора. Для этого на выходе из эжек­ тора контролируются расход и концентрация регенера­ ционного раствора. Крепкий раствор подается центро­ бежным насосом непосредственно со склада мокрого хранения. Запуск насоса производится системой управ­ ления в период дозирования.

Такая схема применена в системе «Осьминог-1» на приборах электрической аналоговой ветви ГСП, выпус­ каемых Чебоксарским заводом электрических исполни­ тельных механизмов. Это — регуляторы РП2-У2, кор­ ректирующее устройство (блок динамической связи), нормирующие преобразователи НП-Н1 и НП-ПЛ1 для преобразования сигналов датчиков концентрации и рас­ хода в стандартный сигнал связи.

Датчиком расхода является дифманометр с камерной диафрагмой ДКН-10, а датчиком концентрации — плот-

244

номер типа ИПР, выпускаемый экспериментальным це­ хом Барнаульского филиала ОКБА.

Введение параметрической связи в регулятор и блок динамической связи осуществляется включением дели­ телей напряжения (одним плечом которых являются управляемые резисторы) в каналы передачи сигналов этих приборов.

3. Основные элементы систем автоматического

управления

Разработанные в настоящее время для водоподготовки приборы химического контроля не обладают еще до­ статочной надежностью и хорошими метрологическими данными. В связи с этим необходимо резервировать эти элементы, сокращать час/оту автоматического контроля до обоснованного минимума и непрерывно или периоди­ чески контролировать их состояние.

Примером такой системы контроля являются блоки сбора и обработки информации системы «Осьминог-1». В этой системе, как уже отмечалось, используется груп­ повой контроль: группа из 15 ионитовых фильтров обслуживается двумя сигнализаторами жесткости (ос­ новной и резервный) и одним дифференциальным кондуктометрическим преобразователем. Такой контроль воз­ можен благодаря применению многоточечного пробоотборного устройства МПУ (рис. 106), состоящего из корпуса 10 со штуцерами 11 для присоединения пробоотборных импульсных линий и штуцером 2 для каждого отвода пробы в анализатор, сливного патрубка /, гид­ равлического распределителя 9, привода 7, элементов редуктора 4 и 8, блока обратной связи 5, лимба 3 для визуального контроля положения МПУ и кожуха 6.

Привод поворачивает распределитель, и выходной штуцер 2, соединенный с анализатором растворов, по­ очередно подключается к трубопроводам анализируемой воды',-соединенным со штуцерами / / . Не используемые для анализа пробы в зависимости от технологической схемы либо продуваются через сливной патрубок в дре­ наж, либо возвращаются в систему. Через блок обрат­ ной связи система управления получает информацию о положении МПУ. Конструкция предусматривает под­ ключение 16 трубопроводов анализируемой воды, из ко­ торых 15 рабочих и один контрольный, предназначен-

245

основанный на аматном методе химического контроля

дается в блок анализа, где она дозируется и смешива­ ется с точными дозами рабочей смеси. Соотношением в рабочей смеси амата калия и буферного раствора уста­ навливается контрольная точка по жесткости. Если ана­ лизируемая проба имеет жесткость, меньшую заданной, то в измерительной кювете над поверхностью воды обра­ зуется плотный слой пены, которая замыкает контакты чувствительного элемента, связанного с нуль-органом блока управления. В жесткой воде пена не образуется.

246

Качество отмывки ионитов от регенерационных рас­ творов контролируется дифференциальным кондуктометрическим преобразователем ДК П конструкции Барна­ ульского филиала ОКБА. Для контроля концентрации регенерационного раствора применяется плотномер ти­ па ИПР, выпускаемый БФ ОКБА.

Датчик плотности (рис. 107) состоит из измеритель­ ной весовой головки 4, заключенной в корпус, и проточ­

лонным раствором, проходит в измерительный сосуд 5 через распределительную сетку 6 и свободно сливается. При изменении плотности измеряемого раствора изме­ няется выталкивающая сила, воспринимаемая поплав­ ком сосуда 5, и коромысло весовой головки поворачива­ ется от положения равновесия на определенный угол. Термокомпенсация осуществляется за счет теплообмена между протекающим и эталонным раствором. С коро­ мыслом весовой головки через зубчатый сектор связан ферродинамический датчик, который соединяется с нор­ мирующим преобразователем НП-ПЛ1. Диапазон изме­ рения устанавливается центральным грузом. Погреш­ ность измерения не превышает ± 3 % . Расход измеряемой жидкости 100—200 л\ч. Прибор имеет несколько моди­ фикаций и может быть использован для измерения кон­ центрации растворов солей, щелочей и кислот. Недоста­

сти, электропроводности и плотности помимо описанных выше могут быть применены и другие выпускаемые оте­ чественной промышленностью жесткомеры, кондуктомеры и плотномеры.

В схемах автоматизации водоподготовительных ионо­ обменных установок в качестве регулирующей использу­ ется электрическая аппаратура аналоговой ветви ГСП. Разработанная в 1960—1962 гг. электронная агрегатная унифицированная система (ЭАУС) [63] имеет широкую номенклатуру изделий, обладает функциональными воз­ можностями, повышенной надежностью, возможностью согласования и другими преимуществами.

К сожалению, в настоящее время еще не освоены промышленностью функциональные преобразователи и аналоговые вычислители (блоки умножения, деления, интегрирования и т. д.).

247

Опыт применения уже освоенных промышленностью приборов показывает, что эта ветвь приборов является одной из-наиболее перспективных в области автоматиза­ ции различных производственных процессов, и в том числе процессов химводоочистки. Как уже отмечалось выше, для синтеза программно-логических устройств систем управления процессами водоподготовки уже ис­ пользовались практически все разновидности логических элементов, выпускаемых отечественной промышленно­ стью:

контактные электрические на основе серийно выпус­ каемых электромагнитных реле МКУ-48, ПЭ-6 и РМУГ в сочетании с командными электрическими КЭП-12У и МКП и электрогидравлическими ПК-ЭГП-12/8 и РЭГ-11 приборами;

бесконтактные пневматические на основе системы УСЭППА;

бесконтактные магнитные на основе ранее выпускае­ мых элементов ЭЛМ (в настоящее время заменены тран­ зисторными элементами системы «Логика»);

бесконтактные транзисторные на основе комплекса дискретных субблоков «Спектр» и аналого-дискретных субблоков «Спектр-АДС».

Наиболее законченный вид как система, предназна­ ченная для промышленной автоматизации, имеет комп­

субблоков. Дискретные субблоки предназначены для синтеза логических автоматов, блоков цифровых вычис­ лителей и телемеханики. Аналого-дискретные субблоки предназначены для синтеза аналоговых и комбинирован­ ных вычислителей, оптимизаторов и т. п. Исполнительные устройства комплекса «Спектр» легко сочетаются с электрическими, гидравлическими или пневматическими исполнительными механизмами задвижек фильтров че­ рез магнитные пускатели (МКРО), электрогидравличе­ ские (РЭГ-11) или электропневматические (П1ПР-5) преобразователи с номинальным напряжением 24 в по­ стоянного тока. Выпуск субблоков, блок-каркасов и на­ польных шкафов освоен Нальчикским заводом телеме­ ханической аппаратуры.

Для автоматизации ионитовых фильтров в настоящее время используется серийно выпускаемая арматура (за­ движки) с электроприводом типа А и мембранные ис-

248