№11|2010
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВКХ
bbk 000000
УДК 628.32
Освоение новых производств
Аннотация
Группа компаний «Экополимер» помимо изделий из полимерных материалов производит широкий ассортимент оборудования из нержавеющих и углеродистых сталей для решения различных технологических задач систем водоснабжения и водоотведения. Описаны конструкции оборудования для очистки сточных вод и обработки осадка: щитовых затворов, реечных решеток тонкой очистки, ленточных фильтр-прессов. Приведены основные технические характеристики и преимущества выпускаемого оборудования. Специалисты компании совместно с инженерами южно-корейского партнера разработали конструкцию и освоили серийное производство ленточного фильтр-пресса серии BFS, который соответствует уровню лучших мировых образцов.
Ключевые слова
очистные сооружения , оборудование , щитовой затвор , решетки , фильтр-пресс
Скачать статью в журнальной верстке (PDF)
20 лет назад Группа компаний «Экополимер» начинала свою деятельность с производства полимерных изделий. Первоначально это были аэраторы, затем – дрены. В последующем спектр изделий из полимеров постоянно расширялся: оборудование для модернизации отстойников, загрузка для прикрепленной микрофлоры в биофильтрах и биотенках, трубы из полиэтилена для водопроводных и канализационных сетей, эрлифты, пневмоперемешиватели, тонкослойные модули. Однако опыт работы компании показал, что повышение технического уровня объектов водоснабжения и водоотведения невозможно без оборудования, изготовленного из металла. Традиционно отечественные производители уделяли чрезвычайно мало внимания этому оборудованию, в особенности изделиям из нержавеющих материалов. В то же время в Западной Европе и Америке нержавеющая сталь давно уже вытесняет так называемый «черный металл».
В связи с этим руководство ГК «Экополимер» приняло решение освоить производство оборудования из нержавеющих металлов. Для этого был построен и введен в эксплуатацию новый производственный корпус предприятия «Экополимер» в поселке Полотняный завод Калужской области, установлены новые технологические линии, закуплено соответствующее оборудование. В компанию пришли специалисты, технологи и конструктора по металлообработке.
В кратчайшие сроки было освоено производство щитовых затворов из нержавеющих материалов с широким диапазоном размеров проходных сечений, а также решеток тонкой очистки сточных вод. В последующем компанией освоено такое сложное технологическое оборудование, как ленточные фильтр-прессы. Это оборудование усилило позиции ГК «Экополимер» на рынке водоснабжения и водоотведения и позволило перейти от разовых внедрений к масштабной ретехнологизации систем очистки воды и строительству водоочистных комплексов.
В настоящее время Группа компаний «Экополимер» производит широкий ассортимент продукции из нержавеющих и углеродистых сталей для решения различных технологических задач.
Щитовые затворы предназначены для регулирования и перекрытия потоков жидкости на сооружениях водоподготовки и очистки сточных вод коммунальных и промышленных предприятий. При внешней простоте конструкции щитовых затворов часто возникают проблемы при их эксплуатации на сооружениях водоснабжения и водоотведения. Конструкции затворов должны удовлетворять целому комплексу требований: безотказность в работе (щиты не должны перекашиваться и заклиниваться); водонепроницаемость контактов затвора с сооружением; необходимая быстрота маневрирования; минимальная мощность механизмов для операций с затвором, легкость ручного управления; удобство монтажа, ремонта и замены изнашиваемых в процессе эксплуатации деталей и узлов; устойчивость материала затворов к воздействию агрессивной сточной жидкости; максимально простое устройство затвора, обеспечивающее выполнение всех основных функций; сочетание надежности с низкой металлоемкостью. ГК «Экополимер» разработала и производит щитовые затворы (рис. 1), удовлетворяющие всем этим требованиям.
Конструктивно затвор состоит из подвижного щита и неподвижной рамы, жестко закрепленной в канале. В зависимости от размеров проходного сечения и величины гидравлической нагрузки щит выполняется из одного или нескольких ригелей и обшивки. Затвор оснащен оригинальным уплотняющим устройством, позволяющим герметично перекрыть канал. В рабочее положение щит перемещается винтовым подъемным механизмом с ручным приводом. По желанию заказчика затвор оснащается электроприводом. Конструкция затворов позволяет резиновым уплотнителям выдерживать нагрузку любого напора воды. Применение клиньев обеспечивает надежную герметичность затворов при зажатии резинового уплотнителя между уплотняющими поверхностями, а также при подъеме щита предотвращает трение уплотнителя, что значительно продлевает срок его эксплуатации.
Основные типы щитовых затворов, выпускаемых компанией «Экополимер»:
затвор щитовой лотковый (ЗЩЛ) предназначен для герметичного перекрытия потоков, устанавливается в лотках (открытых каналах) методом заливки бетоном. Уплотнение осуществляется по трем сторонам щита, повторяющим контур лотка;
затвор щитовой накладной (ЗЩН) предназначен для герметичного перекрытия потоков, устанавливается на существующих трубопроводах методом прифланцовывания или методом приваривания. Уплотнение осуществляется по всему периметру щита;
затвор щитовой глубинный (ЗЩГ) предназначен для герметичного перекрытия потоков, устанавливается на трубах и в проемах, расположенных ниже нулевой отметки земли более чем на две высоты щита. Отличается от ЗЩН удлиненной рамой;
затвор щитовой с регулируемым водосливом (ЗЩВ) предназначен для регулирования потока иловой смеси, устанавливается в лотках методом заливки бетоном. Состоит из рамы, изготовленной из стандартных стальных уголков, и стального неподвижного щита, перекрывающего проем нижней части рамы. Вдоль неподвижного щита по стойкам при помощи маховика винтовой передачи перемещается подвижный щит с прямоугольным отверстием требуемого размера (водослив). Опуская или поднимая его, регулируют расход активного ила. Поджатие подвижного щита к неподвижному щиту и стойкам рамы осуществляется динамическим напором воды;
затвор щитовой регулирующий (ЗЩР) предназначен для регулирования и негерметичного перекрытия потоков, устанавливается в лотках методом заливки бетоном и в проемах методом прифланцовывания с использованием крепежных деталей. Затвор состоит из рамы, изготовленной из стальных уголков, по стойкам которой при помощи маховика винтовой передачи перемещается щит. Поджатие щита к стойкам рамы осуществляется динамическим напором сточной жидкости с нормируемой величиной утечек;
затвор щитовой бункерный (ЗЩБ) предназначен для закрывания и открывания выпускных отверстий бункеров. Перемещение щита осуществляется при помощи электропривода. Для повышения плавности хода и снижения нагрузки на электропривод в конструкции щита предусмотрены ролики.
Среди отличительных особенностей щитовых затворов производства ГК «Экополимер» можно выделить следующие:
герметичность лотковых щитовых затворов с ручным управлением в крайнем нижнем положении щита обеспечивается оригинальной конструкцией механизма уплотнения с использованием тепломорозокислотощелочестойкой резины (ГОСТ 7338-90), герметичность затворов соответствует ГОСТ 9544-93 класс «А»;
щитовые затворы по желанию Заказчика могут изготавливаться из коррозионностойких и углеродистых (с химически стойкими защитными покрытиями) сталей; исполнение затворов в части воздействия климатических факторов и окружающей среды по ГОСТ 15150-69;
опора винтовой передачи содержит самоустанавливающийся роликовый радиальный сферический двухрядный подшипник в пылекаплезащищенном исполнении;
сборно-разборная конструкция изделия обеспечивает его повышенную ремонтопригодность (простота замены уплотнителя, подшипника, винта и ползуна винтовой передачи);
простота конструкции изделия обеспечивает его надежную и длительную эксплуатацию, срок службы резинового уплотнителя составляет не менее 5 лет (зависит от режима эксплуатации затвора), срок службы остальных частей устройства для затворов из углеродистой стали составляет 25 лет, из нержавеющей стали – практически не ограничен;
простота технического обслуживания (необходима только периодическая смена смазки подшипника и винта винтовой передачи);
в затворах, оснащенных электроприводами, для защиты от перегрузок предусмотрена муфта предельного момента, ограничивающая крутящий момент электропривода. При достижении щитом предельного верхнего или нижнего положения и возникновении на муфте предельного момента заданной величины выходной вал электропривода останавливается.
Компания «Экополимер» разрабатывает различные модификации щитовых затворов в диапазоне размеров ВЧН от 300Ч250 мм до 2000Ч3000 мм (В и Н – соответственно ширина и высота прозора затвора).
Кроме того, компания разрабатывает и изготавливает щитовые затворы с комбинированным ручным и электромеханическим приводом подъемного механизма, а также щитовые затворы с нестандартными размерами (по индивидуальным заказам). По желанию заказчика затворы комплектуются электроприводами подъемного механизма щита. Выполняется конструкторская документация монтажа щитовых затворов на объекте.
ГК «Экополимер» осуществляет монтаж вновь устанавливаемых и демонтаж ранее установленных щитовых затворов, ремонт и профилактическое обслуживание щитовых затворов на объекте.
Решетки реечного типа. Проведя анализ передовых технологий в области очистки сточных вод от крупнодисперсных механических загрязнений, а также рассмотрев основные потребности предприятий отрасли, инженерно-технический персонал ГК «Экополимер» разработал конструкцию решетки тонкой очистки реечного типа (патент РФ № 2307696). Использование решеток производства ГК «Экополимер» на предприятиях ЖКХ позволяет:
повысить эффективность работы очистных сооружений в связи с увеличением степени извлечения взвешенных веществ на ступени предварительной механической очистки. Поскольку взвешенные вещества в поступающих на очистку сточных водах включают многие примеси (например, азот и фосфор) или адсорбируют их (тяжелые металлы, органические микрозагрязнения), качество очистки по этим показателям улучшается;
облегчить эксплуатацию механического оборудования. Извлечение твердых включений из потока обрабатываемых стоков позволяет значительно уменьшить износ рабочих колес насосов, исключить забивание систем транспортировки осадка из отстойников, увеличить срок службы фильтрующей ленты фильтр-прессов;
улучшить работу песколовок за счет уменьшения проскока налипшего на органических включениях песка через песколовки (количество проносимого таким образом песка даже через идеально работающие решетки грубой очистки достигает 25%). Уменьшается загрязнение извлекаемого песка органическими примесями;
улучшить работу отстойников. Поступающие в отстойники крупные загрязнения и песок снижают текучесть осадка и затрудняют его выгрузку из отстойников и транспортировку по трубопроводам. Извлечение крупных загрязнений и исключение проскока песка через песколовки позволяет избежать забивания систем транспортировки осадка из отстойников;
снизить затраты на обработку осадка. Увеличение степени извлечения взвешенных веществ на стадии предварительной механической очистки позволяет снизить нагрузку на все ступени технологической схемы обезвоживания осадка (илоуплотнители, метантенки, фильтр-прессы и др.). Поэтому появляется возможность применения менее производительных, а следовательно, более дешевых фильтр-прессов, или снижения их количества. Кроме того, уменьшение объема обрабатываемого осадка существенно снижает расход дорогостоящего флокулянта.
На сегодняшний день предприятием освоено производство реечных решеток тонкой очистки с величиной прозора фильтрующего экрана 6 мм и решеток грубой очистки с величиной прозора 20 мм (рис. 2). Решетка состоит из рамы, фильтрующего экрана, механизма очистки фильтрующего экрана (граблин), очистителя граблин, привода, устройства подъема и установки.
Фильтрующий экран представляет собой набор из стержней (решетин) трапецеидальной формы, установленных с определенным шагом (прозором). Форма поперечного сечения решетки разработана на основе гидродинамического моделирования движения воды в прозорах между стержнями. Граблины проникают на всю глубину фильтрующего экрана, что позволяет полностью его очищать.
Механизм очистки фильтрующего экрана предназначен для удаления механических загрязнений, оседающих на решетинах при протекании сточных вод. Он включает в себя две замкнутые цепи с установленными между ними скребками, зубья которых заходят в прозоры решетин.
Стержни (решетины) фильтрующего экрана, граблины и механизм очистки фильтрующего экрана изготовлены из коррозионно-стойкой стали, остальные узлы и детали – из углеродистой стали с антикоррозионным покрытием.
Решетка перегораживает канал перпендикулярно его стенкам и в рабочем положении отклонена от вертикальной оси на угол 15 по направлению течения сточной воды. При прохождении потока сточной жидкости через решетку к стержням фильтрующего экрана под действием гидродинамического давления потока прижимаются загрязнения, имеющие размеры не менее 6 мм и обладающие положительной или нулевой плавучестью.
В результате загрязнения проходное сечение фильтрующего экрана уменьшается, а уровень сточной воды перед решеткой увеличивается. Загрязнения, обладающие отрицательной плавучестью (но с плотностью, близкой к плотности воды), перемещаются по дну канала до порога решетки.
Для удаления задержанных фильтрующим экраном загрязнений включается циклический режим работы привода решетки. При этом цепи с закрепленными на них скребками совершают плоскопараллельное движение. Скребки, увлекаемые цепями, совершают вращательное движение вокруг оси нижних звездочек и захватывают загрязнения, лежащие перед порогом решетки. Далее цепи на своих ведущих участках, находясь между нижними и средними направляющими, поднимаются вверх. Вместе с ними поднимаются скребки, освобождая стержни от задержанных загрязнений и перемещая их по верхней поверхности фильтрующего экрана к склизу рамы.
Загрязнения, поднятые скребками над верхним краем склиза рамы, сдвигаются на конвейер (или в контейнер-накопитель) фторопластовой пластиной очистителя с плоской рабочей поверхности скребков, продолжающих движение вверх. При этом фторопластовая пластина очистителя, перемещаясь вдоль плоской рабочей поверхности скребка, совершает поворот относительно оси очистителя. Когда скребки вместе с цепями, пройдя верхние звездочки, опускаются вниз, происходит плавный возврат фторопластовой пластины очистителя в исходное положение, при котором он своими рычагами опирается на упор очистителя. По достижении скребками венцов нижних звездочек процесс очистки повторяется.
Отличительные особенности решеток производства ГК «Экополимер»:
применение фильтрующего экрана оригинальной конструкции позволило добиться увеличения жесткости конструкции и снижения гидродинамического сопротивления решетки;
решетки выполняются по исходным данным потребителей. На основании технологических данных очистных сооружений (размеры каналов, уровень жидкости в канале, характер извлекаемого мусора, расход сточных вод через решетку и пр.) специалисты предприятия формируют технические требования к изделию. Ориентация на потребителя позволяет устанавливать решетки как в проектируемые, так и в существующие каналы. В настоящее время выпускаются решетки для установки в каналы с размерами от 500 до 1500 мм;
для предупреждения поломок деталей и узлов решетки от нагрузок, превышающих максимально допустимую (50 кг), ее привод оснащен устройством предельного крутящего момента, отрегулированным на заводе-изготовителе;
работа решетки полностью автоматизирована, для чего используются датчики уровня собственного производства. Блок управления решеткой оснащен системой защиты от нештатных режимов работы (повышенное сопротивление сдвигу подвижных узлов решетки; отсутствие фаз питающего напряжения; помехи в питающей сети; короткое замыкание в цепи нагрузки; обрыв в цепи нагрузки, отключающей питание привода решетки и подающей звуковой сигнал);
для сохранения первоначального взаимного расположения рабочих поверхностей скребков и пластины очистителя используется автономное регулирующее устройство.
Ленточные фильтр-прессы. Группа компаний «Экополимер» уделяет повышенное внимание проблеме обезвоживания осадков сточных вод. В связи с техническим отставанием в этой области и возросшими требованиями к охране окружающей среды специалисты компании совместно с южно-корейским партнером разработали конструкцию и освоили серийное производство ленточного фильтр-пресса серии BFS. Реализованные в этой разработке технические решения свидетельствуют о том, что фильтр-пресс соответствует уровню лучших мировых образцов. Это универсальная машина для обезвоживания осадка, эффективность эксплуатации которой мало зависит от качества механически очищенных сточных вод на решетках и песколовках. Это особенно актуально для большинства действующих очистных сооружений. Фильтр-прессы такой конструкции были введены в эксплуатацию на очистных сооружениях в следующих городах: Городец, Воронеж, Жуковский, Черноголовка, Улан-Уде, Калининград, Барнаул, Выкса, Кинешма, Лысьва и др.
Фильтр-прессы серии BFS (рис. 3) производства компании «Экополимер» относятся к аппаратам непрерывного действия и предназначены для обработки осадков, суспензий и шламов методом фильтрации под давлением через ленточное полотно. Для обеспечения их работы применяется вспомогательное оборудование, которое вместе с фильтр-прессом, составляет технологическую линию по обработке осадков. В состав фильтр-пресса дополнительно включен ленточный сгуститель, что повышает общую производительность технологической линии. Фильтр-пресс и сгуститель смонтированы на общей раме. Такая конструкция позволяет перегружать предварительно уплотненный на сгустителе осадок на полотно фильтр-пресса без дополнительного механического воздействия, что исключает разбивание флокул.
Диаметр валов, их количество, расположение, а также форма водоотводящих канавок и покрытие подобраны таким образом, чтобы процесс обезвоживания протекал наиболее интенсивно. Фильтр-прессы серии BFS относятся к машинам нового поколения для обработки осадка (типа «J»). Отличительной особенностью аппаратов этого типа является расположение оси отжимных валов в плоскости, близкой к вертикальной, поэтому траектория движения осадка повторяет начертание буквы J.
В процессе обезвоживания осадок проходит несколько зон.
1. В зоне гравитационного обезвоживания с восходящим движением полотна кондиционированный осадок подается на верхнее полотно и распределяется тонким слоем. Автоматический питатель позволяет равномерно распределять осадок по всей ширине полотна независимо от вязкости осадка. Время пребывания осадка определяется скоростью движения полотен. В этой зоне большая часть несвязанной воды дренируется из осадка через полотно только при помощи силы тяжести. В зоне гравитационного обезвоживания под действием сил гравитации происходит наиболее интенсивный отток свободной воды (до 90% объема).
2. Основная задача «клиновидной зоны» – плавное увеличение нагрузки полотен на осадок. В этой зоне полотна плавно сходятся, обеспечивая равномерное отжатие воды из осадка.
3. Зона S-образного прессования состоит из валов уменьшающегося диаметра. За счет разности линейной скорости внешнего и внутреннего полотен происходит сдвиг осадка, и в его слое формируются микротрещины, по которым отводится вода. Чем меньше диаметр вала, который огибают полотна, тем выше усилие сдвига. Именно в этой зоне при обезвоживании осадка большую роль играет пространственное расположение валов. При горизонтальном расположении валов часть фильтрата, отжатого на предыдущем валу, остается наверху полотна и снова вдавливается в осадок на последующем валу. При расположении валов, близком к вертикальному, есть возможность отвести всю воду с помощью водосборных лотков. В результате эффективность работы валов в машинах типа «J» практически в полтора раза выше. Кроме того, такое расположение валов позволяет сократить их количество.
4. В зоне повышенного давления (дополнительного отжима) давление доводится до физического предела влагосодержания в осадке. В фильтр-прессе серии BFS это давление формируется специальной системой натяжения полотен (рис. 4), которая обеспечивает высокое стабильное давление прессования.
Особенностью процесса эксплуатации фильтр-прессов является отклонение траектории движения полотен от заданной. Это происходит из-за прогиба валов (особенно актуально для фильтр-прессов с шириной полотен 2 м и более). Бочкообразные обрезиненные валы серии BFSсо спиральными водоотводящими канавками компенсируют прогиб валов под нагрузкой. Канавки спиралевидной формы на поверхности валов обеспечивают свободный отвод фильтрата (рис. 5).
Фильтр-пресс оборудован автоматической системой натяжения лент и слежения за их положением (функция защиты от «сползания» лент), скребками для очистки лент от кека, автоматической системой промывки лент, системой автоматического поддержания давления прессования при изменениях нагрузки. Питание пневмоцилиндров системы натяжения лент и системы коррекции их положения осуществляется сжатым воздухом от компрессора через панель управления воздухом, где производится очистка воздуха от конденсата и подача смазки на зеркала пневмоцилиндров.
Для промывки лент может использоваться фильтрат, очищаемый системой рециркуляции промывной воды. Система рециркуляции представляет собой механический сетчатый самоочищающийся фильтр непрерывного действия. Применение системы рециркуляции позволяет отказаться от подачи чистой воды на промывку полотен (типовой удельный расход промывной воды для фильтр-прессов составляет 6–8 м3/ч на 1 м ширины полотна).
Промывка лент осуществляется водой под давлением через самоочищающиеся форсунки специальной конструкции. При засорении каждая отдельная форсунка автоматически раскрывается, сбрасывает загрязнения и снова принимает рабочее положение. Кроме этого имеется система автоматической периодической принудительной очистки одновременно всех форсунок. В зависимости от качества промывной воды устанавливается период включения системы автоматической промывки и ее продолжительность.
Фильтрат и вода после промывки собираются с помощью сборных лотков в поддон из нержавеющей стали, наличие которого не требует бетонирования ванны под фильтр-прессом. Часть фильтрата может быть использована для системы разбавления флокулянта. Предусмотрена также возможность раздельного сбора фильтрата и воды после промывки полотен.
Фильтр-прессы серии BFS имеют самое низкое энергопотребление по сравнению с известными аппаратами механического обезвоживания осадков, высокую надежность работы всех узлов технологической линии. Все процессы полностью автоматизированы.
Фильтр-прессы серии BFS выпускаются следующих типоразмеров (по ширине фильтрующих полотен): 500, 700, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 мм. В состав фильтр-пресса могут быть дополнительно включены ленточный или барабанный сгуститель, что повышает общую производительность технологической линии, особенно при обработке малоконцентрированных осадков (5–20 кг/м3 по сухому веществу). Имеются и другие варианты исполнения фильтр-прессов, что позволяет обеспечить самые высокие требования к процессу обработки осадка.
В 2010 г. Группа компаний «Экополимер» ввела в действие линию производства фильтр-прессов типа BFS, что несомненно приведет к снижению себестоимости этого оборудования и большей его доступности для российских Водоканалов.
Инженерно-технический персонал предприятий ГК «Экополимер» постоянно совершенствует конструкции оборудования с целью повышения надежности, ремонтопригодности, прочности, уменьшения металлоемкости, а следовательно, снижения стоимости изделий. Изменения в конструкции вводятся с учетом современных технологий изготовления и материалов.
