bbk 000000

УДК 628.16:66.028

Мицкевич А. А.

Устройство пропорционального дозирования реагентов для систем водоснабжения

Аннотация

В последние годы широкое применение в котельных, системах теплоснабжения и горячего водоснабжения получили устройства дозирования реагентов (комплексонов), позволяющие снизить затраты на водоподготовку, уменьшить скорость коррозии трубопроводов, удалить солевые отложения с внутренних поверхностей труб и теплообменных аппаратов. Описаны недостатки эжекционных и инжекционных систем дозирования реагентов. Предлагается устройство, предусматривающее постоянный контроль за давлением в трубопроводе, в котором производится дозирование, а также ограничение максимального времени между вводом очередных доз реагента.

Ключевые слова:

солевые отложения , водоподготовительная установка , перепад давления , реагент , дозирующий насос , расходомер , инжекционные системы

Скачать журнальную верстку статьи PDF

Большинство муниципальных котельных (около 80%) [1] используют «сырую» воду без какой-либо предварительной обработки. По этой причине на внутренних стенках труб котлов с течением времени образуется слой солевых отложений (рис. 1, а), что приводит к снижению технико-экономичес­ких показателей работы котлов, выходу их из строя. При толщине слоя накипи 1 мм потери теп­ловой энергии составляют 10–12%, при слое 10 мм – до 50%. Достаточно высокий уровень солевых отложений возникает и на внутренних поверхностях теплообменников горячего водоснабжения центральных и крупных индивидуальных теп­ловых пунктов (ЦТП и ИТП) при их многолетней работе на подготовленной водопровод­ной воде без периодических промывок (рис. 1, б). Применяемые в крупных котельных водоподготовительные установки с традиционными технологиями требуют постоянного расхода реагентов на регенерацию фильтров, затрат воды на собственные нужды, что приводит к загрязнению водоемов сточными водами.
В последние годы в котельных, системах теплоснабжения и горячего водоснабжения широко применяются системы дозирования реагентов (комплексонов), позволяющие значительно снизить затраты на водоподготовку, уменьшить скорость коррозии трубопроводов, удалить солевые отложения с внутренних поверхностей труб и теплообменных аппаратов. Первоначально такие сис­темы дозирования использовались в котельных, затем сфера их применения расширилась до систем тепло- и водоснабжения предприятий, ЦТП и ИТП. Большое распространение в теплоэнергетике получили антинакипины и ингибиторы коррозии ОЭДФ, НТФ, ИОМС, а также другие реагенты отечественного и зарубежного производства. Ориентировочные расчеты [2] показывают, что использование антинакипинов позволяет снизить затраты на водоподготовку по сравнению с Na-катионированием до 10 раз.

Системы дозирования реагентов, используемые в энергетике и коммунальном хозяйстве, делятся на две группы:
эжекционные, работающие от энергии потока жидкости в трубопроводе, в который дозируется реагент. Принцип их действия основан на том, что при движении воды через секционированное сужающее устройство на этом участке возникает перепад давления воды [3], под действием которого реагент вытекает из резервуара через калиброванный жиклер и поступает в поток воды. Недостатком таких систем является необходимость регулировки устройства в процессе эксплуатации по показаниям водосчетчика подпитки;
инжекционные, работающие от внешнего источника энергии. Принцип действия таких систем заключается в подаче дозы реагента в трубопровод дозирующим насосом после прохождения заданного объема воды через расходомер-счет­чик, установленный на трубопровод [4] (рис. 2). При кажущейся простоте инжекционные системы дозирования имеют ряд существенных недостатков.

Системы дозирования реагентов предлагаются как системы непрерывного пропорционального дозирования. Однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что такие системы не обеспечивают ни непрерывного, ни пропорционального дозирования. Это менее заметно при использовании их в котельных, где графики расхода воды и давления в сети достаточно стабильны во времени. Но в распределительных сетях
и у потребителей влияние не­стабильности расхода и давления оказывается существенным, и в ряде случаев может привести к негативным последствиям.
Главным недостатком инжекционных устройств является отсутствие контроля за давлением в трубопроводе, в который производится дозирование. Подбор таких устройств для конкретных объектов (котельных, ЦТП) проводится, как правило, по максимальной величине водоразбора (рис. 3) и по максимальному давлению в трубопроводе в предположении, что давление в системе неизменно в течение суток, недели, года.

В точках разбора, откуда производится подача жидкости в теплообменники горячего водоснабжения, давление в трубопроводе в течение суток может изменяться в достаточно широких пределах и определяется не только режимом потребления конкретного объекта, но и режимами работы всей системы водоснабжения и водопотребления в целом. На практике суточный график давления в трубопроводе (рис. 4) имеет переменный характер с максимумом в ночное время (минимальный водоразбор) и минимумами в утренние и вечерние часы (максимальный водоразбор).
Производительность мемб­ранного дозирующего насоса в значительной мере зависит от давления в трубопроводе, в который производится дозирование. Например, при давлении 3 бар производительность насоса в зависимости от его марки на 30–60% выше, чем при давлении 6 бар (рис. 5).
Совместный анализ характерного суточного графика горячего водоснабжения квартального ЦТП, суточного графика давления в водопроводе, из которого производится забор воды для горячего водоснабжения, и характеристики типового дозирующего насоса показал, что недоучет переменного характера давления в сети может привести к избыточному дозированию реагента (на 30–50% больше расчетной величины) за сутки (рис. 6).

При максимальном водоразборе и минимальном давлении в сети текущая величина передозировки может достигать 60–70% (рис. 7). Следствием избыточного дозирования является перерасход реагентов, возможно также превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) реагентов в питьевой воде. Поэтому нежелательно использовать инжекционные устройства дозирования реагентов без контроля давления
в сети.
С целью снижения передозировки и перерасхода реагента разработчики используют способ подстройки систем дозирования реагентов под реальные условия эксплуатации объекта. При этом рекомендуется через 1–2 сут после запуска системы в эксплуатацию провести корректировку коэффициента дозирования, определив по водосчетчику объем поступившей на объект воды и объем реально израсходованного реагента за то же время (по снижению его уровня в емкости). После такой подстройки суммарный суточный объем дозирования может совпадать с расчетной величиной, однако в разное время суток возникают режимы как избыточного, так и недостаточного дозирования (рис. 8).

Такой подход не обеспечивает точного дозирования из-за существенных изменений давления в течение суток, недели, сезона, а также из-за невозможности учесть все факторы (аварии в сети, неплановые водоразборы и пр.). В рассмот­ренном случае избыточное дозирование достигает в утренние и вечерние часы 16%, в ночное время недостаток дозирования может составить 40% (рис. 9).
Системы дозирования реагентов не являются системами непрерывного действия. Введение дозы реагента в трубопровод производится дискретно после прохождения через водосчетчик заданного при наладке системы объема. В часы максимального водоразбора дозирование происходит достаточно часто. При минимальном водоразборе заданный объем накапливается в течение длительного времени, затем расчетный объем реагента дозируется в трубопровод. При этом текущий расход воды в момент дозирования невелик, поэтому концентрация реагента в воде в разы превышает расчетную величину, что может привести к превышению ПДК. Такая ситуация крайне нежелательна в
системах водоснабжения, особенно в тупиковых, где отсутствует циркуляция и нет смешивания реагента со всем объемом воды системы горячего водоснабжения.
Для устранения указанных недостатков инжекционных систем дозирования реагента разработаны способ и устройство [5], предусматривающие постоянный контроль за давлением в трубопроводе, куда производится дозирование, а также ограничение максимального времени между вводом очередных доз реагента (рис. 10). Ввод реагента при этом производится пропорционально объему воды, прошедшему через трубо­провод за заданное время, с уче­том производительности дозирующего насоса при давлении в трубопроводе в этот момент. При пусконаладочных работах на объекте (котельная, ЦТП) после монтажа в контроллер устройства дозирования вводятся следующие константы: коэффициент дозирования (отношение расчетного объема дозирования реагента к объему воды, прошедшей по трубопроводу); интервал дозирования (время между вводом очередных доз реагента); максимальный расход водосчетчика; передаточный коэффициент водосчетчика (импульс/л); максимальное давление датчика.

Выводы

Универсальность устройства пропорционального дозирова­ния реагентов заключается в возможности применения рас­ходомеров-счетчиков воды и дозирующих насосов различных типов и типоразмеров на сооружениях любой производительности. Устройство можно перемещать с объекта на объект при промывке котлов и теплообменников без остановки их работы. В процессе эксплуатации не требуется регулировка и подстройка устройства дозирования. Выбор точки ввода реагента в трубопровод (до или после насоса подпитки или в ином месте) может быть произведен непосредственно при монтаже. Это не оказывает влияния на объем дозирования, так как датчик давления устанавливается рядом с точкой ввода, и устройство автоматически корректирует объем дозирования по давлению именно в этой точке. Возможный вариант – модернизация ранее установленных систем пропорционального дозирования, не имеющих корректировки по давлению.

Список литературы

1. Герцев Р., Дербышев А. Как победить коррозию… // Жилищно-коммунальный комплекс Урала. 2006. № 4.
2. Балабан-Ирменин Ю. В., Рубашов А. М., Тарасов С. Г. Некоторые проблемы внедрения фосфонатов-антинакипинов // Водоочистка. 2008. № 12.
3. Чаусов Ф., Плетнев М., Казанцева И. «ИЖИК» – компактные энергонезависимые дозирующие устройства для водоподготовки // Водо­очистка. 2008. № 9.
4. Хайхян Р. А. Использование антинакипинов для обработки воды в котельных МУП «Мос­теплоэнерго» // Новости теп­лоснабжения. 2001. № 11.
5. Пат. 89661, РФ. МПК F 17. D 3/12. Устройство дозирования реагента / В. П. Каргапольцев, А. А. Мицкевич // Изобретения. Полезные модели. 2009. № 34.