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

Динамические настройки регулятора возможны в пре­

Для управления бесконтактными исполнительными ме­ ханизмами к выходу регулятора подключается магнит­ ный усилитель МУ-23 или У-101. В остальных случаях применяется реверсивный магнитный пускатель.

В настоящее время на действующих очистных соору­ жениях промышленных объектов применяют электриче­ ские регуляторы, выпуск которых уже прекращен. К ним относится хорошо зарекомендовавший себя ПИД-регу- лятор РУ4-16А. Он предназначен для работы от одного реостатного датчика с любой зоной пропорциональности и различным сопротивлением. Исполнительный меха­ низм управляется через магнитный пускатель и должен

Челябинского завода «Теплоприбор». Регулятор БР-11 —

Он может быть настроен на режимы астатического и ста­ тического регулирования, а также использован в качест­ ве астатического регулятора соотношения двух парамет­ ров или соотношения двух групп параметров. Таким об­ разом, с его помощью может быть построена система ре­ гулирования как по отклонению, так и по нагрузке. Ре­ гулятор БР-11 в комплекте с исполнительным механиз­ мом БИМ-2,5/120 имеет следующую техническую харак­ теристику: диапазон пропорциональности 0—100%; пре­ делы изменения соотношения (для 100% -ных реостатных датчиков сопротивлением 120 ом) 0,7—1,3; наибольшая

Для ПИ-регулировамия на станциях нейтрализации ряда промышленных объектов применяют прибор ИРМ-240 того же завода-изготовителя. На вход регуля-

20

тора подаются сигналы от 10%-ного реостатного датчи­

3000 сек. Незначительные возмущения и большое само­ выравнивание в связи с узким диапазоном пределов про­ порциональности и необходимостью работы от 10%-ного вторичного датчика ограничивает применение этого ре­ гулятора в рассматриваемой области.

В САР процессов очистки сточных вод могут приме­ няться также регуляторы непрерывного действия, вхо­ дящие в комплекс приборов центральной части анало­ говой ветви ГСП.

Из электрических приборов следует назвать П-регу-

Входные параметры регуляторов одинаковы: по току 0—5 и 0—20 ма, по напряжению 0—2,5 в постоянного тока. Диапазон настройки коэффициента пропорцио­

ПИД-законы регулирования, имеет такие же диапазоны динамических настроек, как и у регулятора Р-201. При­ бор РП-2 отличается большим разнообразием вход­ ных сигналов. Он имеет два входа для унифицированно­ го сигнала постоянного тока 0—5 ма, один вход для сиг­ нала постоянного тока 0—20 ма, один высокоомный вход для сигнала напряжения тока, два высокоомных входа для подключения дифференциаторов, а также входы для подключения блока динамической связи, блока подстрой­ ки динамических параметров и для ввода логических ко­

сигналы от дифференциально-трансформаторных и ферродинамических датчиков, термометров сопротивления, термопар и от датчиков унифицированного сигнала по­ стоянного тока 0—5 ма.

Формирование ПИД-регулирования при использова­ нии регуляторов, не имеющих внутреннего дифференци­ рующего звена (например, приборов типа Р П И Б ) , осу-

21

ществляется с помощью специального блока-дифферен­ циатора (прибор ДЛ - П Московского завода тепловой автоматики), принимающего электрические сигналы от дифференциально-трансформаторных, индуктивных и реостатных датчиков. При отклонении регулируемого параметра на выходе из дифференциатора возникает напряжение постоянного тока, пропорциональное скоро­ сти этого отклонения. Знак выходного напряжения за­ висит от знака приращения входного сигнала. Постоян­ ная времени дифференцирования настраивается в пре­ делах от 0 до 1000 сек. На вход можно подключать два датчика. Дифференциаторы используются также в ком­ бинированных САР для передачи воздействия по нагруз­ ке или по второму параметру регулирования, как это по­ казано в последующих главах.

Рассмотренные выше законы регулирования можно осуществить с помощью пневматических САР. В настоя­ щее время получили распространение пневматические регуляторы системы «Старт». Они характеризуются оди­ наковыми параметрами у входа и выхода: диапазон из­ менений давления воздуха при подаче входных, ^выход­ ных и задающих импульсов 0,2—1 кгс/см2. Питание ре­ гуляторов осуществляется сжатым воздухом при давле­ нии 1,4+0,14 кгс/см2. Приборы построены по элементномодульному принципу с использованием платы «печат­ ного монтажа» и обладают высокой степенью унифи­ кации.

Позиционное регулирование осуществляется регуля­ тором ПР1.5, пропорциональное регулирование — прибо­ ром ПР2.5, имеющим диапазон дросселирования (изме­ нения коэффициента пропорциональности) 5—100, 10—300, 40—500, 100-1000, 150-1500, 500—3000%. При таком же диапазоне дросселирования ПИ-регулятор ПР3.21 имеет интервал настроек времени изодрома от 3 сек до 100 мин. ПИД-регулятор ПР3.25 может быть на­ строен на время предварения от 3 сек до 10 мин.

Широко применяются изодромные пневматические ре­ гуляторы типа 04, встраиваемые в стандартные автома­ тические вторичные приборы.

Системы экстремального регулирования могут быть построены на базе автоматического самонастраивающе­ гося пневматического импульсного регулятора АРС-1-ОН. Этот прибор используется для регулирова­ ния инерционных процессов, которые имеют характери-

22

стику со слабо выраженным максимумом или в виде мо­ нотонной кривой с убывающим темпом возрастания. Ре­ гулятор работает по принципу шагового поиска макси­ мума регулируемого параметра. Рабочий диапазон изме­ нения входных, выходных и задающих сигналов 0,2— 1 кгс/см2; диапазон длительности периода сравнения 10—60 сек; диапазон длительности импульсов 1—60 мин;

0,06 кгс/см2.

Управляющий сигнал электрических регуляторов че­ рез коммутационные устройства, расположенные отдель­ но или собранные в блоки управления, подается на маг­ нитный усилитель или на магнитный пускатель для вклю­ чения исполнительного механизма, перемещающего ре­ гулирующий орган. Пневматические регуляторы чаще всего управляют своими исполнительными механизмами с помощью встроенного вторичного пневмореле.

4. Дозирующие устройства и регулирующие органы

Выбор конечного звена САР — регулирующего орга­

ком ассортименте. На очистных станциях промышленных предприятий они имеют ограниченное применение, в ос­ новном при использовании в качестве реагентов чистых агрессивных и неагрессивных растворов, технология при­ готовления которых исключает попадание в растворы твердых примесей. К таким реагентам относятся газы, растворы кислот, аммиачная и хлорная вода и т. п. Одна­ ко при очистке сточных вод и водоподготовке весьма ча­ сто используют реагенты в виде суспензий или загряз­ ненных растворов, для дозирования которых применяют такие устройства, как шланговые клапаны, дозаторы суспензий, насосы-дозаторы.

Одним из наиболее удачных дозирующих устройств для известковой и других суспензий и загрязненных рас-

23

творов в настоящее время является дозатор, разработан­ ный ВНИИ ВОДГЕО (рис. 7) *. Действие дозатора осно­ вано на делении свободно падающей плоской струи, сте­ кающей со сливного лотка под постоянным напором. До­ затор изготовляют из листов стали толщиной 3—5 мм, соединенных сваркой. Он состоит из трех бункеров, уста-

Рис. 7. Дозатор грубых суспензий

новленных на раме 10, наибольший 9 из которых служит баком постоянного уровня. Известковое молоко пода­ ется в нижнюю часть этого бункера циркуляционным на­ сосом из бака-мешалки. Количество поступающего от на­ сосов раствора должно превышать полную пропускную способность дозатора на 50—100%- Излишек перелива­ ется через три стенки бункера в охватывающий их ло­ ток 8 и из него поступает в бункер возврата 4. Во внут­ ренней стенке бака постоянного уровня сделан прямо­ угольный вырез, напротив которого укреплен короткий сливной лоток 6. Известковое молоко стекает с кромки сливного лотка плоской ровной струей и рассекается на две части ножом-делителем 5. Одна часть струи, расход которой составляет объемную дозу реагента в еди­ ницу времени, сливается в приемный бункер /, откуда

* Б. Л. В а с и л ь е в , А. С. Д м и т р и е в , Д. Н. С м и р н о в . Дозатор суспензий. Авт. свид. № 190032. «Бюллетень изобретений», 1966, № 1.

24

направляется в обрабатываемую воду. Другая часть

шения волн на поверхности раствора в бункере постоян­ ного уровня устанавливают перегородки 7, не дости­ гающие днища, или стабилизирующие щитки. Поток реагента на лотке заранее регулируют перестановкой за­ слонки. Нож-делитель, который и является регулирую­ щим органом дозатора, вращаясь вокруг горизонталь­ ной оси, может изменять соотношение между количест­

нительного механизма 2 (электрического или пневмати­ ческого), который присоединяется к валу 3. Полный угол поворота ножа-делителя составляет 60°. В таких преде­ лах расходная характеристика дозатора близка к линей­ ной, что очень важно при использовании его в системах автоматического регулирования. В качестве исполни­ тельного механизма может быть использован любой однооборотный исполнительный механизм, снабженный ре­ остатными датчиками типа МЭК, МЭО, ПР, РМ и др.

Электрические исполнительные механизмы, имеющие реостатные датчики, снабжены прибором, указывающим угол поворота выходного вала (указателем положения). Поскольку расход дозируемого реагента находится в ли­ нейной зависимости от положения ножа-делителя, а сле­ довательно, от угла поворота вала исполнительного ме­ ханизма, указатель положения можно использовать для определения этого расхода в каждый момент времени. Указатель положения удобно располагать на щите уп­ равления, находящемся в помещении оператора, обслу­ живающего станцию нейтрализации.

Дозаторы устанавливают выше бака-мешалки и ме­ ста ввода реагента в смеситель, но таким образом, что­ бы трубопроводы, связывающие дозатор с баком-мешал­ кой, циркуляционным насосом и смесителем, были мини­ мальной длины и проходили с наибольшим уклоном. До­ затор оборудуют лестницей и круговой площадкой для осмотра, чистки и промывки с помощью гибкого шланга. Промывную воду к дозатору подают из водопроводной линии.

25

Дозаторы конструкции ВНИИ ВОДГЕО, получившие название ДИМБА (дозатор известкового молока бункер­ ный автоматический), могут быть изготовлены в механи­ ческих цехах или монтажных организациях по типовым проектам ГПИ Союзводоканалпроект. Имеются проекты дозаторов пяти типоразмеров: ДИМБА-1, ДИМБА-3, ДИМБА-10, ДИМБА-20, ДИМБА-30 (число в названии дозатора указывает верхний предел производительности в м2]ч, соответствующий наибольшей дозе реагента).

Описанный дозатор выгодно отличается от бункерных дозаторов, применяемых за рубежом. Например, доза­ тор фирмы «Дегремон» (Франция) не приспособлен для непрерывного регулирования дозы и не может служить в качестве расходомера. Применявшиеся ранее у нас до­ заторы других конструкций (черпаковые, со съемными калиброванными шайбами и т. п.) обладают меньшей на­ дежностью в эксплуатации или неудобны для автомати­ зации.

Клапаны как регулирующие органы расходов реаген­ тов до сих пор находили применение лишь для работы на неагрессивных чистых растворах и газах. Однако за последнее время промышленность освоила целый ряд конструкций, хорошо приспособленных для работы на агрессивных и загрязненных жидкостях. Применяемые шланговые клапаны имеют недостатки, заключающиеся в нелинейности расходной характеристики и в необходи­ мости иметь в трубопроводе противодавление для от­ крывания клапана. В конструкции шлангового клапана института Казмеханобр эти недостатки устранены: спе­ циально подобранная форма нажимного кулачка и креп­ ление приводного штока к стенке шланга обеспечивают линейную расходную характеристику и открывание кла­ пана без противодавления.

Для дозирования загрязненного раствора сернокис­ лого алюминия наиболее удобны импульсные клапаныпитатели ПРИ-1, входящие в комплект дозатора флотореагентов, разработанного КБ Цветметавтоматика [61].

Дозатор состоит из клапана-питателя ПРИ-1 и им­ пульсного электронного регулятора РИ-1. Питатель представляет собой электромагнитный клапан, который управляется импульсами постоянного тока, поступающи­ ми от регулятора. Частота импульсов и длительность открывания задаются регулятору вручную либо устрой-

26

ствами, измеряющими технологические параметры. При напоре 1,5—2 м вод. ст. расход через питатель достигает 1 —1,5 м3[ч; он может быть значительно снижен заменой проходного съемного ниппеля. Присоединением несколь­ ких питателей к одному регулятору можно наращивать производительность дозировочной установки или осуще­ ствлять дозирование нескольких реагентов от одного ре­ гулирующего устройства. Системы регулирования пода­ чи реагента, построенные на базе импульсных дозаторов, приведены в главе V I I .

Большое распространение получили поршневые насо­

этих насосов выполнена из стали марки Х18Н9Т, что поз­ воляет использовать их для перекачки различных аг­ рессивных растворов. Подача раствора регулируется из­ менением длины хода плунжера. Автоматическое непре­ рывное регулирование подачи раствора на ходу возмож­ но только насосами-дозаторами НД-0,5Э номинальной производительностью 2,5—100 л/ч (или насосными агре­ гатами ДА-0.5Э, скомплектованными из шести отдель­ ных насосов). Автоматическое регулирование подачи растворов остальными насосами типа Н Д осуществля­ ется приводом, работающим в импульсном режиме, ко­

с содержанием механических абразивных частиц до 6% по весу. Одновинтовой насос представляет собой корпус в виде металлической трубы с обоймой, выполненной из химически стойкой резины. Внутри обоймы имеется вин­ товая прорезь, в которой вращается винт, изготовленный из стали Х17Н12МЗТ. Зависимость между скоростью вращения винта и подачей насоса линейная. На базе од­ новинтовых насосов типа 1В/Х завод «Ливгидромаш» выпускает насосные агрегаты, укомплектованные цеп­ ным вариатором типа ВЦД и электромагнитной муфтой скольжения серии ПМУМ. Оборудование средствами автоматики позволяет плавно изменять производитель­ ность этих агрегатов и использовать их в САР очистки сточных и природных вод.

Для дозирования известковой пульпы и раствора

27

сернокислого алюминия применяют агрегаты 1В6-5/5 производительностью 0,2—1 мъ\ч с приводом ВЦД и ПМУМ. Для дозирования сернокислого алюминия при­ меняют и агрегаты 1В12-10/5 производительностью 3—

10 м3/ч.

Г л а в а I I

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И РАСЧЕТА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

щих для большинства объектов позиций, раскрывающих их регулировочные свойства. Основными показателями таких свойств являются емкость, способность к самовы­

вуют различные возмущающие факторы, вызывающие изменения выходного (регулируемого) параметра.

Мерой самовыравнивающей способности объекта ре­ гулирования является отношение величины возмущения

Емкостные свойства объекта и величина коэффициента

28

самовыравнивания служат его статическими характери­ стиками.

Процессы реагентной очистки производственных стоков могут регулироваться как по качественным пара­ метрам (рН, электропроводность, окислительно-восста­ новительный потенциал, концентрация), так и по коли­ чественным (расход, уровень, объем). Статическая характеристика объекта, регулируемого по количествен­ ным параметрам, бывает, как правило, линейной, т. е. величина коэффициента самовыравнивания не зависит от значения параметра и остается постоянной. При ис­ пользовании же в качестве параметра регулирования величины рН или электропроводности в САР дозы ре­ агентов весовое содержание загрязнений в сточной воде характеризуется существенно нелинейной функцией, как это показано в главе I . Статической характеристикой объекта, регулируемого по величине рН, служит кривая потенциометрического титрования (например, кривая / на рис. 4). Одному и тому же возмущению, выраженно­ му в весовых единицах концентрации обезвреживаемого компонента (так же, как и требуемому регулирующему воздействию, выраженному в тех же единицах), будут соответствовать совершенно различные приращения ве­

и при регулировании по электропроводности. Непостоян­ ство коэффициента самовыравнивания осложняет зада­ чу синтеза САР, поэтому определению границ его вариа­ ций и формы статической характеристики необходимо уделять большое внимание.

Под динамическими свойствами объекта регулирова­ ния подразумевается характер изменений параметра ре­ гулирования в переходном режиме работы объекта. Ди­ намические характеристики определяются кинетикой ре­ гулируемой реакции, свойствами используемых реакци­ онных аппаратов и технологической схемой процесса. Важную роль в динамике объекта при проведении гете­ рогенных реакций играют особенности нейтрализующе­ го реагента.

Необходимость получения динамических характери­ стик диктуется требованиями устойчивости САР. С этой же целью при синтезе САР должны быть изучены различ­ ные внешние факторы, способные нарушить регулируе­ мый процесс. Необходимо определить каналы их воздей-

29