Установка реагентной подачи
REAGENT SUPPLY INSTALLATION

Изобретение относится к устройствам для измерения и управления расходом жидкостей и может применяться в химической промышленности для дозирования жидких химических реагентов и растворов в объемах, необходимых для работы водоподготовительных установок.
Из уровня техники известен самотечный дозатор жидкости (RU2045748C1, МПК G01F 11/00, опубл. 10.10.1995). Устройство содержит емкость для дозируемой жидкости, снабжено впускным и выпускным патрубками для сообщения емкости со средой с дозируемой жидкостью. Выходные концы патрубков смещены по вертикали, в один из патрубков выполнен с насадкой с калиброванным отверстием, снабженным пленочным рукавом для соединения выходного конца впускного патрубка с зоной скопления поступающей в емкость среды.
Недостатком известного устройства является низкая скорость его работы, связанная с отсутствием в конструкции дозатора управляемых насосов для регулирования скорости подачи текучей среды.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан дозатор для жидких реагентов (RU2249795C2, МПК G01F 11/00, F17D 3/12, опубл. 10.04.2005). Дозатор содержит контейнер для реагента и трубопровод, соединенный с контейнером посредством двух трубок. При этом трубопровод выполнен по дуге окружности, одна из соединительных трубок присоединена к внешней стороне дуги, а другая - к внутренней стороне дуги.
Недостатком дозатора следует признать его низкую технологичность, связанную с применением для дозирования реагентов двух трубок, устанавливаемых с двух сторон трубопровода, что делает сложным применения дозатора в стационарных, в том числе лабораторных условиях. Кроме того, дозатор не оснащен системами автоматического контроля расхода жидкости, что снижает точность дозации подаваемых в трубопровод реагентов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка конструкции установки реагентой подачи, обеспечивающей точное дозирование подаваемой жидкости.
Указанная задача решена тем, что установка реагентной подачи содержит бак-мерник, снабженный загрузочным люком, установленный в защитном поддоне, рядом с которым смонтирован стенд, состоящий из всасывающей реагент гидролинии, напорной гидролинии подачи реагента, сливной и дренажной гидролиний. Всасывающая реагент гидролиния состоит из трубопровода, первый конец которого снабжен обратным клапаном и введен в бак-мерник, а второй конец снабжен шаровым краном и подключен к входу насосного агрегата, выход которого подключен к напорной гидролинии подачи реагента, состоящей из трубопровода, снабженного обратным клапаном, первым и вторым шаровыми кранами, при этом выходной конец трубопровода подключен к трубопроводу водоподготовительной установки. К всасывающей реагент гидролинии подключена сливная гидролиния, состоящая из трубопровода, снабженного шаровым краном, выходной конец которого выведен в защитный поддон, а к напорной гидролинии подключена дренажная гидролиния, состоящая из трубопровода, снабженного предохранительным клапаном, выходной конец которого введен в бак-мерник. На всасывающей, напорной, сливной и дренажных гидролиниях установлены манометры, а на всасывающей гидролинии дополнительно установлен расходомер, выходы манометров и расходомера подключены к измерительным входам блока управления установкой, силовой выход которого подключен к управляющему входу насосного агрегата.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является возможность осуществления дозирования с его помощью жидких химических реагентов и растворов в объемах, необходимых для работы водоподготовительных установок, за счет применения в установке бака-мерника с подключенными к нему всасывающей гидролинии, подключенной через насосный агрегат к напорной гидролинии, которая в свою очередь подключена к трубопроводу водоподготовительной установки. При этом регулирование интенсивности подачи реагента обеспечивается за счет применения в составе гидролиний, шаровых кранов, предохранительных клапанов, а также манометров и расходомера, подключенных к блоку управления и обеспечивающих измерение интенсивности тока жидкости, при этом силовой выход блока управления обеспечивает управления скоростью работы насосного агрегата, что в целом обеспечивает реализацию замкнутой системы автоматического регулирования подачи реагента в водоподготовительную установку.
Конструкция установки поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен внешний вид установки в изометрической проекции; на фиг. 2 показана гидравлическая схема установки; на фиг. 3 приведена структурная схема блока управления установкой.
Установка реагентной подачи устроена следующим образом.
Ее основой является бак-мерник 1, вертикально установленный в защитном поддоне 2, снабженный загрузочным люком 3. Рядом с баком-мерником 1 на несущей раме 4 смонтирован стенд, состоящий из всасывающей реагент гидролинии, напорной гидролинии подачи реагента, сливной и дренажной гидролиний. Всасывающая реагент гидролиния состоит из трубопровода 5, один конец которого снабжен обратным клапаном 6, и введен в бак-мерник 1, а второй конец снабжен шаровым краном 7 и подключен к входу насосного агрегата 8, выход которого подключен к напорной гидролинии подачи реагента, состоящей из трубопровода 9, снабженного обратным клапаном 10, первым 11 и вторым 12 шаровыми кранами, при этом выходной конец трубопровода 9 подключен к трубопроводу водоподготовительной установки (на фигурах условно не показана). К всасывающей реагент гидролинии 5 подключена сливная гидролиния, состоящая из трубопровода 13, снабженного шаровым краном 14, выходной конец которого выведен в защитный поддон 2, а к напорной гидролинии подключена дренажная гидролиния, состоящая из трубопровода 15, снабженного предохранительным клапаном 16, выходной конец которого введен в бак-мерник 1. На всасывающей, напорной, сливной и дренажных гидролиниях установлены манометры 17, 18, 19, 20, а на всасывающей гидролинии дополнительно установлен расходомер 21, выходы манометров 17, 18, 19, 20 и расходомера 21 подключены к измерительным входам 22, 23, 24, 25, 26 блока управления 27 установкой, силовой выход 28 которого подключен к управляющему входу насосного агрегата 8.
Бак-мерник 1 может представлять собой химический реактор цилиндрической формы, предназначенный для работы с реагентами, находящимися под давлением не выше атмосферного. Химический реактор может быть дополнительно снабжен рубашкой нагрева-охлаждения 29, с подсоединенными к ней впускным 30 патрубком, снабженным шаровым краном 31 и выпускным патрубком 32. При этом в рубашке нагрева-охлаждения 29 может циркулировать текучая среда, например вода, для поддержания внутри реактора заданной температуры реагента. В нижней части бака-мерника 1 выполнено сливное отверстие, к которому подсоединена линия слива 33, снабженная шаровым краном 34, выведенная в поддон 2.
Бак-мерник выполнен из полимерных материалов, в качестве которых может использоваться полиэтилен ПНД (PE), полипропилен ПП (PP), поливинилхлорид ПВХ (PVC), поливинилиденфторид ПВДФ (PVDF), перфторалкоксид ПФА (PFA).
Насосный агрегат 8 представляет собой узел, включающий, по крайней мере, один насос-дозатор и один приводящий двигатель. Целесообразно в конструкции установки использовать насосный агрегат, содержащий, по крайней мере, два насоса-дозатора и два приводящих двигателя, при этом один из них будет являться основным, а второй использоваться в качестве резерва. В последнем случае напорная линия будет содержать два однотипных трубопровода, соединенных между собой дополнительной перепускной гидролинией, снабженной шаровым краном (на фигурах условно не показана), подключаемой между первым 11 и вторым 12 шаровыми кранами напорной гидролинии. Двигатели насосного агрегата могут быть выполнены электрическими или двигателями внутреннего сгорания, выходные валы которых соединены с входными валами насосов механической или ременной передачей.
Шаровые краны 11, 12, 14, 31, 34 установки могут быть выполнены как ручными, так и электромеханическими с приводом от шаговых двигателей. В последнем случае для управления ими могут использоваться дополнительные силовые выходы 35, 36, 37, 38, 39, выполненные с возможностью формирования сигналов прямоугольной формы (алгоритм бегущей единицы), необходимых для управления шаговыми двигателями.
1
Основой блока управления 27, предназначенного для регулирования режимов работы насосного агрегата 8, управления шаровыми кранами 11, 12, 14, 31, 34 и опроса манометров 17, 18, 19, 20 и расходомера 21 может применяться промышленный логический контроллер (ПЛК), в качестве которого целесообразно применить отечественный модульный ПЛК REGUL R500, входящий в семейство программируемых контроллеров REGUL RX00.
Контроллер предназначен для опроса оконечных датчиков и формирования управляющих сигналов, передаваемых на силовые механизмы объекта управления по алгоритмам, хранящимся в памяти программ контроллера. Кроме того, контроллер обеспечивает возможность обмена управляющей и телеметрической информацией с удаленной автоматизированной системой управления технологическим процессом посредством сети Ethernet или по последовательным каналам связи с помощью физических интерфейсов универсального асинхронного приемопередатчика (UART) RS-232 и RS-485.
Контроллер для управления установкой реагентной подачи может состоять из следующих основных базовых модулей ПЛК REGUL R500:
R500 PP 00 011 - модуль источника питания постоянного тока (DC) 24В 75 Вт без гальванической изоляции (U1);
R500 CU 00 021 - модуль центрального процессора 512 Мб ОЗУ, 1 Гб ПЗУ, RS-232, RS-485, 2x Ethernet RJ45, поддержка внешних SD накопителей (U2);
R500 AI 16 011 - модуль аналогового ввода, ток от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА, 16 каналов, общая гальваническая изоляция (U3);
DO 32 011 - модуль дискретного вывода, предназначенный для вывода тридцати двух дискретных сигналов, коммутирующих цепи напряжением 24В постоянного тока и/или переменного тока (U4).
В случае применения в составе блока управления реагентной установкой контроллера, имеющего конфигурацию, рассмотренную выше, управляющая программа и уставки для управления устройством могут храниться в ПЗУ модуля центрального процессора (R500 CU 00 021). К входам модулей аналогового ввода (R500 AI 08 242, R500 AI 08 242), выполняющих роль измерительных входов 22, 23, 24, 25, 26 блока управления 27, могут быть подключены выходы манометров 17, 18, 19, 20 и расходомера 21. Выходы модуля дискретного вывода (DO 32 011), выполняющие роль силовых выходов 28, 35, 36, 37, 38, 39 могут быть подключены через коммутирующие устройства, например реле, к шаговым двигателям, управляющим шаровыми кранами 11, 12, 14,31, 34.
Установку реагентной подачи используют следующим образом.
2
Первоначально установку монтируют на ровной и твердой поверхности в непосредственной близости от точки дозирования, максимально близко к системам хозяйственно-бытовой или производственной канализации. Далее осуществляют подключение установки к трубопроводу исходной воды через инжекционный клапан с функцией обратного клапана. При монтаже установки предусматривают возможность ее отключения от систем подачи воды и канализации, а также техническую возможность ее быстрого демонтажа. Перед проведением монтажных работ следует убедиться, что в течении суток давление исходной воды не превышает 6.0 кг/см, в противном случае перед точкой врезки дозирования реагента необходимо обеспечивать наличие редукционного клапана;
Для обеспечения электропитания установки и насосного агрегата 8 устанавливают розетку европейского стандарта с заземлением, подключенную к электрической сети с параметрами 220±10% В, 50 Гц. При больших отклонениях напряжения необходимо дополнительно установить стабилизатор. Заземление розетки должно быть предусмотрено в обязательном порядке.
Для всех уплотнений бака-мерника 1 и гидролиний установки целесообразно использовать тефлоновую уплотнительную ленту.
При подготовке установки к работе в бак-мерник 1 через загрузочный люк 3 заливают химический реагент вручную или с помощью бочкового насоса и обеспечивают подачу электропитания на установку. После чего из установки выпускают воздух следующим образом: последовательно открывают шаровые краны 7, 11, 12; закрывают шаровой кран 14; запускают насос-дозатор насосного агрегата 8 на режим максимальной производительности; сбрасывают воздух до момента образования плотной струи на выходе напорной гидролинии без воздушных пузырей; останавливают насос-дозатор; закрывают шаровые краны 7, 11, 12; производят калибровку насоса-дозатора насосного агрегата 8 в соответствии с показаниями манометров 17 и 18 всасывающей и напорной гидролиний и подключают трубопровод 9 к трубопроводу водоподготовительной установки. После выполнения указанных действий установку запускают в работу.
В дальнейшем работа установки рассматривается с учетом того, что в качестве основы блока управления 27 используется промышленный логический контроллер, конфигурация которого рассмотрена выше.
Во все время работы установки модуль центрального процессора U2 контроллера на основе управляющей программы и уставок, хранящихся в его ПЗУ, осуществляет регулирование производительности насосного агрегата 8 с помощью силового выхода 28 модуля дискретного вывода U4 на основе данных о давлении в гидролиниях установки, получаемых от манометров 17, 18, 19, 20 и расходе реагента, получаемых от расходомера 21. Данные регистрируются с помощью входов 22, 23, 24, 25, 26 модуля аналогового ввода U3; положением запорных элементов шаровых кранов 11, 12, 14, 31, 33 контроллер управляет с помощью силовых выходов 35, 36, 37, 38, 39 модуля дискретного вывода U4. Телеметрическая информация о давлении в гидролинях установки и текущем расходе реагента может передаваться удаленной автоматизированной системе управления технологическим процессом, а от упомянутой системы могут приниматься дополнительные управляющие команды с помощью физических интерфейсов Ethernet RJ45, RS-232 или RS-485 модуля центрального процессора U2 контроллера.
При штатной работе установки шаровой кран 14 закрыт, шаровые краны 7, 11, 12 открыты, насосный агрегат 8 обеспечивает поступление реагента из бака-мерника 1 во всасывающую гидролинию по трубопроводу 5, затем в напорную по трубопроводу 9, при этом обратные клапаны 6 и 10 предотвращают обратный ток реагента по упомянутым гидролиниям, а предохранительный клапан 16 при нормальном давлении в напорной гидролинии закрыт и предотвращает поступление реагента в дренажную гидролинию. При повышении давления в напорной гидролинии выше максимально допустимого значения предохранительный клапан 16 открывается, обеспечивая перетекание реагента из напорной гидролинии в дренажную гидролинию по трубопроводу 15 и сток жидкости в бак-мерник 1, при этом контроллер фиксирует повышение давления в дренажной линии с помощью манометра 20 и может аварийно остановить работу установки, выключив насосный агрегат 8 и перекрыв шаровые краны 7, 11 и 12.
В случае необходимости слива реагента из всасывающей гидролинии контроллером останавливается работа насосного агрегата 8, затем открывается шаровой кран 14, после чего реагент из всасывающей гидролинии и частично из напорной гиролинии сливается в защитный поддон 2.
В случае необходимости слива реагента из бака-мерника 1 контроллером останавливается работа насосного агрегата 8, затем открывается шаровой кран 34, после чего реагент из бака-мерника 1 сливается в защитный поддон 2.
Во все время работы установки при необходимости поддержания постоянной температуры реагента в баке-мернике 1 открывают шаровой кран 31, обеспечивая циркуляцию воды в рубашке нагрева-охлаждения 29, подступающей из системы циркуляции (на фигурах условно не показана) через впускной 30 патрубок и вытекающей из рубашки в систему циркуляции через выпускной патрубок 32.
Таким образом, рассмотренная в настоящей заявке установка реагентной подачи является высокотехнологичным устройством, позволяющим в автоматическом режиме осуществлять подачу реагентов в трубопровод водоподготовительной установки при заданном и контролируемом расходе жидкости и давлении во всасывающей и напорной гидролиниях установки.