УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТА

Полезная модель 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 дозатор для жидких реагентов, содержащий контейнер для реагента и устройство для отбора динамического напора, расположенное в магистральном потоке, отличающийся тем, что устройство для отбора динамического напора выполнено в виде шара с двумя отверстиями, расположенными под углом друг к другу и сообщающимися с контейнером для реагента посредством двух соединительных трубок, шар выполнен с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной направлению магистрального потока, а ось одного из отверстий совпадает с осью вращения шара (см. патент №2256883, кл. F17D 3/12, «Дозатор для жидких реагентов»). Недостатком указанного дозатора является то, что он создает существенное гидравлическое сопротивление потоку жидкости. Это не позволяет применять его в системах с малыми рабочими давлениями, в системах с большим диапазоном изменения расходов жидкости в области малых расходов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому устройству является устройство дозирования реагента в трубопровод (см. С.Черкасов «Насосы-дозаторы: типы, выбор, монтаж» // журнал «Сантехника. Отопление. Кондиционирование», 2006 г. - №1), состоящее (фиг.1) из установленного на трубопроводе 1 расходомера 2, электрически связанного с контроллером 3, насоса-дозатора 4, производящего дозирование реагента в трубопровод 1. Контроллер получает сигнал от расходомера и вычисляет нарастающим итогом объем жидкости. По достижении величиной объема заданной величины контроллер включает насос-дозатор на время, необходимое для подачи в трубопровод расчетной дозы реагента, которую задают пропорционально заданному объему жидкости. Время включения 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 устройства. 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 указанном устройстве 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).
Целью предлагаемого устройства является устранение возможности возникновения режимов недостаточного и избыточного дозирования реагента.
Для достижения цели предлагается устанавливать в трубопровод 1 датчик давления 5, электрически связанный с контроллером 3 (фиг.1). При использовании такой схемы дозирования расчет времени включения насоса-дозатора проводить 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 Р.
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 Sm - производительность насоса-дозатора при среднем и максимальном давлении.
3
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. Устройство 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 устройства-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 устройства-прототипа приводит 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 устройства задано время определения объема в 1 ч. При максимальном расходе 150 м/ч объем воды за 1 ч составит 150 м. При фактическом давлении, измеренном датчиком давления, 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, измеренном датчиком давления, 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.
Предлагаемое устройство позволяет снизить расход реагента за счет повышения точности дозирования, исключить возможность превышения предельно допустимых концентраций реагента в обрабатываемой жидкости.