СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТА
PROCEDURE FOR REAGENT METERING

Изобретение относится к области дозирования реагента в трубопроводы в теплотехнических и гидравлических системах (паровые и водогрейные котлы, бойлеры, тепловые сети и системы горячего водоснабжения). Применение реагентов позволяет исключить возможность образования накипи на поверхностях теплопередачи и отложений в трубопроводах, предотвратить или значительно замедлить коррозию металлических частей оборудования, не нарушая режима работы оборудования, удалить имеющуюся накипь и продукты коррозии. Эти задачи решаются путем введения в воду, используемую для питания теплотехнических устройств, небольших количеств специальных реагентов-комплексонов. Для обработки воды в теплотехнических системах различных типов применяются различные комплексоны, разрешенные санитарными нормами и правилами в определенных дозах.
Известен способ дозирования реагентов путем их периодического ввода в перекачиваемую среду, при котором осуществляют прерывистое дозирование реагентов путем чередования дозирования и остановки их ввода в среду (см. патент №2176356, кл. F17D 3/12, «Способ дозирование реагентов»). Недостатком указанного способа является низкая точность дозирования из-за отсутствия связи процесса дозирования с текущей величиной расхода перекачиваемой среды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому способу является способ дозирования реагента в перекачиваемую среду, при котором измеряют расход жидкости, определяют объем жидкости, сравнивают объем с заданной величиной, при достижении объемом заданной величины вычисляют дозу реагента W пропорционально определенному объему жидкости, включают насос-дозатор на заданное время (см. С.Черкасов «Насосы-дозаторы: типы, выбор, монтаж» // журнал «Сантехника. Отопление. Кондиционирование», 2006 г. - №1). При технической реализации способа (фиг.1) в трубопровод 1 устанавливают расходомер 2. Контроллер 3 получает сигнал от расходомера и вычисляет нарастающим итогом объем жидкости. По достижении величиной объема заданной величины контроллер включает насос-дозатор 4 на время t, необходимое для подачи в трубопровод расчетной дозы реагента, которую задают пропорционально заданному объему жидкости. Время включения t насоса-дозатора определяют делением расчетной дозы реагента на производительность насоса-дозатора при заданной величине давления Рз. Величину давления Рз выбирают равной максимальному давлению Рм насоса-дозатора или максимальному давлению в трубопроводе; или как другую фиксированную величину Рс из реального диапазона давлений в трубопроводе.
Недостатки способа. Расход воды V в системах водоснабжения в течение времени (например, суток) изменяется в широких пределах (фиг.2 - линия 1). Давление воды Р в трубопроводе также изменяется, график давления обычно находится «в противофазе» к графику расхода воды (фиг.2 - линия 2) - чем больше водоразбор из трубопровода, тем меньше давление в трубопроводе. В способе не учитывается, что производительность S насоса-дозатора зависит от величины давления Р в трубопроводе, в который производится дозирование (фиг.3). При давлении в трубопроводе, меньшем заданного давления (Р<Рз), дозирование реагента происходит в большем объеме (фиг.2 - линия 4), чем рассчитано в предположении, что давление Р стабильно во времени (фиг.2 - линия 3). Возникает передозировка сверх расчетной, которая приводит к перерасходу реагента, может привести к превышению допустимой по санитарным нормам концентрации реагента в жидкости. При давлении Р в трубопроводе, большем заданного давления (Р>Рз, например, при Рз=Рс), дозирование реагента происходит в объеме, меньшем расчетного (фиг.2 - линия 4). Если заданное давление Рз выбрано как максимальное давление (Рз=Рм), то в течение всего времени дозирования происходит передозировка реагента (фиг.2 - линия 5).
Другой недостаток способа. При малых величинах расхода жидкости V время, необходимое для того, чтобы объем жидкости, определяемый контроллером, достиг величины заданного объема, достаточно велико. Поэтому насос-дозатор включается редко, реагент смешивается с проходящей через трубопровод жидкостью неравномерно.
Целью предлагаемого способа является устранение возможности возникновения режимов недостаточного и избыточного дозирования реагента, достижение более равномерного дозирования реагента при малых расходах жидкости в трубопроводе.
Для достижения цели предлагается:
- в качестве заданной величины, по достижении которой включается насос-дозатор, принимать не заданный объем жидкости, прошедшей по трубопроводу, а заданное время измерения расхода жидкости;
- производить расчет времени включения насоса-дозатора не по его производительности при заданной величине давления Рз в трубопроводе, а в соответствии с характеристикой производительности S(P) насоса-дозатора при фактических значениях давления P.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе дозирования реагента в перекачиваемую среду, при котором измеряют расход жидкости, определяют объем жидкости, вычисляют дозу реагента W по объему жидкости, включают насос-дозатор на заданное время, предусмотрены следующие отличия:
- задают время определения объема жидкости, протекающей через трубопровод;
- за время определяют объем жидкости;
- измеряют давление в трубопроводе Р;
- рассчитывают время включения насоса-дозатора как Т=W/S(P),
где S(P) - производительность насоса-дозатора при давлении Р в трубопроводе.
На фиг.1 представлена блок-схема, где 1 - трубопровод, 2 - расходомер, 3 - контроллер, 4 - насос-дозатор, 5 - датчик давления.
На фиг.2 представлены графики, где V - расход жидкости в трубопроводе, Р - давление жидкости в трубопроводе, W - расход реагента, t - время.
На фиг.3 представлен график зависимости производительности S насоса-дозатора от давления Р в трубопроводе, в который производится дозирование, где Рс и Рм - среднее и максимальное давление в трубопроводе, Sc и Sм - производительность насоса-дозатора при среднем и максимальном давлении.
Технически предлагаемый способ может быть реализован установкой в трубопровод 1 датчика давления 5, связанного с контроллером 3 (фиг.1).
3
3
3
3
3
3
Пример. Горячая вода для водоснабжения жилого микрорайона подогревается теплообменником в квартальном тепловом пункте. Максимальный расход воды (утренние часы) - 150 м/ч при давлении в сети 5 бар, минимальный расход (ночные часы) - 20 м/ч при давлении в сети 8 бар. На основании предварительного химического анализа воды рассчитана доза реагента (сухого вещества) в 1 г/м, при использовании 10-% водного раствора и плотности реагента 1,4 г/мл расчетная доза составит 7,1 мл/м. Система дозирования реагента включает контроллер, датчик давления, расходомер, насос-дозатор типа DLX-MA/AD-15 (производительность при давлении 5 бар - 8,9 л/ч, при давлении 8 бар - 5,6 л/ч). Заданный объем для расчета времени включения принят равным 150 м. При расходе воды в 150 м/ч расчетный часовой расход реагента должен составить 150×0,0071=1,065 л, при расходе воды 20 м/ч - 20×0,0071=0,142 л.
3
3
3
При использовании способа-прототипа время включения насоса-дозатора необоснованно определяют по совпадению двух максимумов - при максимальном давлении в сети - 8 бар и при максимальном расходе 150 м/ч, хотя на практике эти максимумы не совпадают. Результат - время включения - получают делением необходимой дозы реагента при максимальном расходе на производительность насоса дозатора при максимальном давлении, т.е 1,065/5,6=0,19 ч. Рассчитанное таким образом время включения 0,19 ч при реальном соотношении расхода в 150 м/ч и давлении 5 бар (утренние часы) приводит к дозированию 8,9×0,19=1,691 л, т.е. к передозированию на 0,626 л (в 1,59 раза). При реальном соотношении расхода в 20 м/ч и давлении в 8 бар (ночные часы) применение способа-прототипа приводит к дозированию 5,6×0,19=1,064 л, т.е. к передозированию на 0,922 л (в 6,5 раза).
3
3
3
3
При использовании предлагаемого способа задано время определения объема в 1 ч. При максимальном расходе 150 м/ч объем воды за 1 ч составит 150 м. При фактическом давлении, равном 5 бар, производительность насоса-дозатора составляет 8,9 л/ч, расчетное время включения насоса-дозатора составит 1,065/8,9=0,12 ч, за это время произойдет дозирование 1,065 литра, что соответствует заданной величине. При минимальном расходе 20 м/ч объем воды за 1 ч составит 20 м. При фактическом давлении 8 бар производительность насоса-дозатора составляет 5,6 л/ч, расчетное время включения составит 0,142/5,6=0,025 ч, за это время произойдет дозирование 0,142 л, что соответствует заданной величине.
Предлагаемый способ позволяет снизить расход реагента за счет повышения точности дозирования, исключить возможность превышения предельно допустимых концентраций реагента в обрабатываемой жидкости.