ВОДОПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ДАТЧИКА ХЛОРА (ВАРИАНТЫ).
WATER TREATMENT PLANT (VERSIONS) AND METHOD FOR FUNCTIONAL CONTROL OF CHLORINE SENSOR (VERSIONS)

Изобретение относится к гидравлической системе для контроля качества, функционального контроля и/или регулирования действующих по физическому или химическому принципу ступеней фильтрации предварительной очистки воды для работы установки обратного осмоса или другой водоочистной установки или системы контроля качества воды.
Недостатком фильтровальных участков считается не предусматриваемое или исключительно трудоемкое выполнение дистанционной диагностики содержания хлора и определения жесткости воды и (недостаточный) контроль степени загрязнения механических фильтров.
Кроме того, из соображений безопасности, прежде всего, на установках для подготовки диализной воды ежедневно необходимо прибегать к трудоемкому ручному документированию показателей жесткости воды и/или содержания хлора, прежде всего, для ведения подтверждающей отчетности по удалению токсичного хлора из жидкости с помощью применяемых фильтров.
Существующие датчики хлора для выполнения замеров в оперативном режиме часто не подвергаются регулярному хлорированию или при отсутствии хлора в жидкости могут выдавать недостоверные результаты измерений.
Для удаления из воды трудно растворимых солей, например солей кальция и/или магния, часто используют умягчители воды.
При использовании умягчителей с кислыми катионообменными смолами они должны подвергаться регулярной регенерации с помощью соляного раствора хлористого натрия.
Подобную регенерацию выполняют, как правило, с помощью раствора хлористого натрия, который подготавливают в так называемом резервуаре для соляного раствора, в котором соль растворяют в заранее определенном количестве жидкости.
Выход регенерационной установки из строя, например, из-за отсутствия соляного раствора хлористого натрия может привести к значительному обызвествлению далее расположенного оборудования.
Кроме того, вследствие относительно большого объемного содержания смол в умягчителях отмечается тенденция к росту микробов с последующим загрязнением проточной жидкости.
Проблематичными являются блокировки фильтров, потому что вытекающая из этого замена фильтрующих материалов обычно сопровождается прерыванием производственного процесса.
Цель изобретения заключается в разработке системы управления с использованием исполнительных механизмов и датчиков, позволяющей пользователю выполнять оценку функциональности установки посредством оперативного доступа в нее, и на этой основе осуществлять дистанционную диагностику ее фактического рабочего состояния.
Для выполнения требований нормативной документации и/или стандартов предприятия параллельно с автоматической регистрацией данных можно получать необходимые документальные подтверждения с помощью подключенной системы электронной обработки данных.
С помощью целевой, с учетом специфики оборудования оценки на основе анализа и визуализации эксплуатационных параметров представляется возможным обеспечение нециклической разбивки процедур практического использования и, следовательно, уменьшение количества сервисных режимов.
На этой основе возможен рабочий подход, учитывающий экономические и экологические аспекты, поскольку тем самым можно лучше координировать задействование обученного персонала по месту и целенаправленно, за счет профилактики исключить выход оборудования из строя в результате износа.
Для исключения вышеупомянутых недостатков или для соответствующего достижения целевой постановки согласно одному аспекту изобретения на участке перед и за ступенями фильтрации с помощью включенных в трубопровод клапанов обеспечивают направление ответвленных потоков на соответствующие датчики и выполнение анализа с помощью электронных измерительных устройств. При этом эти измерительные устройства также могут быть составной частью далее расположенного оборудования системы водоподготовки и/или находиться также в диспетчерской, причем возможен двунаправленный рабочий режим по обратной связи между исполнительными механизмами и датчиками.
Предпочтительно, различные ступени механической фильтрации с помощью электронного датчика давления в оперативном режиме проверяют на степень их загрязнения посредством измерения показателей давления и определения разности давлений и с использованием соответствующих фильтров, оснащенных надлежащей автоматикой для обратной промывки, запускают программу автоматической обратной промывки.
Согласно другому аспекту изобретения используют поточный измерительный датчик хлора, функциональное срабатывание которого в плане обеспечения безопасности проверяют согласно изобретению посредством того, что на датчик регулярно подают полученный электролитическим способом хлор известной концентрации.
Результат измерения регистрируют электронными средствами и документируют.
Хлор может быть получен из имеющегося соляного раствора.
Функционирование умягчителя, то есть процесс фильтрации и уменьшение содержания трудно растворимых солей кальция и магния можно контролировать с помощью ионочувствительного датчика кальция и/или магния.
Уровень заполнения резервуара для соляного раствора или остаточное объемное содержание солей в резервуаре для соляного раствора контролируется просто, с помощью весов. Для этого резервуар для соляного раствора устанавливают на конструктивный элемент с датчиком массы. Поскольку опорная конструкция этого конструктивного элемента в любое время используется без конкретной привязки к используемому резервуару для соляного раствора, то на это контрольное устройство можно устанавливать также и резервуары для соляных растворов, непосредственно находящиеся в рабочем процессе.
Индикацию объемного содержания солей можно выдавать непосредственно или с помощью сигнального раствора, меняющего индикаторную расцветку; также возможны передача данных и их регистрация в диспетчерской или передача в далее расположенную систему водоподготовки, которая может быть выполнена, например, как установка обратного осмоса.
В результате можно отказаться от ежедневно проводимых эксплуатационным персоналом проверок и документирования запаса солей в резервуаре для соляного раствора.
Регулярное слабое хлорирование умягчителя в процессе регенерации с помощью хлора, полученного электролитическим способом из обслуживающего умягчитель резервуара для соляного раствора, уменьшает рост микробов в смоле умягчителя и, тем самым, обеспечивает более стерильную жидкость.
На фиг. 1 показаны блок предварительной фильтрации согласно изобретению с механико-химической ступенью 4 фильтрации, укомплектованный исполнительными механизмами и датчиками контрольный блок 3, относящаяся к нему система аналитической 2 электроники и потенциальная система 5 электроники, относящаяся, например, к далее расположенной установке обратного осмоса, причем система 2 электроники может быть выполнена также как электронное оборудование диспетчерской и объединена с системой 5 электроники.
Механико-химическая ступень 4 фильтрации представлена только в качестве примера, иллюстрирующего выборочную компоновку ступеней фильтрации, чтобы наглядно продемонстрировать функционирование системы контроля согласно изобретению.
Примерная трассировка водяного трубопровода 6а начинается с водовпускного патрубка 6, запорного клапана 8 и рассчитанного на автоматическую обратную промывку фильтра 9 грубой очистки со спускным клапаном и дренажным патрубком. Далее следует предохранительный запорный клапан 10, срабатывающий от сигнализатора 22а протечек с датчиком 22b протечек жидкости.
Другими компонентами могут быть уравнительная труба 11 (компенсатор) и предохранительный обратный клапан 12 для предотвращения загрязнения водовпускного патрубка 6.
При низких значениях давления воды на подаче существует возможность дополнительного включения блока 13 повышения давления. Возможная дополнительная ступень 14 фильтрации может быть выполнена в виде патронного фильтра 14а, песочного фильтра 14b, или не показанным здесь фильтром из полых волокон с фильтрацией через нано- или ультрапористую мембрану.
Умягчительную установку 15, например представленную дуплексной умягчительной установкой, заполняют, как правило, сильнокислотной катионосодержащей смолой, которую в случае истощения необходимо регулярно регенерировать раствором NaCl из приготовительной установки 16 соляного раствора.
При этом важным условием считается осуществление контроля уровня заправки соли в резервуар 16 для соляного раствора. Контроль осуществляют с помощью весоизмерительного устройства 17, конструктивно выполненного как отдельная опорная конструкция.
Согласно фиг. 2 весоизмерительное устройство 17 включает в себя датчик 46 массы, сигнал которого после усиления и предварительной электронной обработки в электронном блоке 44 на весоизмерительной платформе 42 можно обрабатывать с помощью как системы 2 электроники, так и возможной, далее расположенной системы 5 электроники. При этом можно контролировать предварительно заданные предельные значения массы резервуара для соляного раствора и дистанционно диагностировать их для выдачи оптической или акустической индикации или для использования в технических целях в системе электронной обработки данных.
Датчик 46 массы закрепляют на весоизмерительной платформе 42 с помощью шурупов 48 таким образом, что треть нагрузки от веса соли или соляного раствора приходится на измерительный башмак 47. Для ограничения бокового смещения резервуара для соляного раствора устанавливают боковые ограничители 45.
С помощью установки 18 для электролиза можно во время процесса регенерации умягчителя 15 подготавливать хлорсодержащий раствор из потока соляного раствора, направляемого к ячейке 18 электролизера. При этом подразумевается, что концентрация хлора зависит от концентрации соляного раствора, но, прежде всего, от значения электрической мощности, подводимой к ячейке электролизера. В результате сильно уменьшается рост микробиологических организмов в смоле умягчителя.
Позицией 19 обозначена спаренная установка угольного фильтра / дехлорирования, которую используют для фильтрации хлора.
Ступень 20 фильтрации, представляющая собой ступень фильтров тонкой очистки, может улавливать мельчайшие частицы из фильтруемой воды 7, прежде чем она будет подана, например, в установку обратного осмоса или установку для приготовления питьевой воды.
Блок 3 датчиков и исполнительных механизмов может быть укомплектован электронным водяным расходомером 21 для регистрации и выдачи сообщений по расходу воды.
Для контроля содержания хлора в подаваемой жидкости в камеру 29 датчика хлора предпочтительно устанавливают датчик 30 хлора, предназначенный для замеров либо общего содержания хлора, либо содержания свободного хлора.
Для камеры 29 датчика хлора обеспечивают приток и свободный сток жидкости. Непосредственно перед камерой датчика устанавливают отпирающий клапан 28.
Воду, подаваемую предприятием водоснабжения, обычно можно хлорировать хлором различной концентрации, причем в зависимости от санитарного состояния при определенных обстоятельствах хлор время от времени может и не вводиться. В этом случае, если не прибегать к дополнительным мерам, невозможно получить информацию о надлежащем функционировании датчика 30.
Для регулярной проверки датчика хлора открывают контрольный клапан 27, всасывающий клапан 24 соляного раствора и отпирающий клапан 28 и включают ячейку 18 электролизера. При этом соляной раствор или хлорсодержащий раствор с выбранным соотношением концентраций с помощью насоса 23 всасывают из резервуара 16 для соляного раствора через регулируемый всасывающий клапан 24 соляного раствора, через дросселирующий клапан 25 расхода смешивают с жидкостью и направляют дальше в измерительную камеру 29, а замер регистрируют по датчику 30 хлора и анализируют системой 2 электроники или 5. Благодаря этой регулярной проверке можно обеспечить надлежащее функционирование измерительного элемента 30.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить осуществление подготовки и контроля соляного раствора хлористого натрия, в том числе и исключительно в целях функционального мониторинга датчика хлора, независимо от умягчителя или дополнительных ступеней фильтрации. Для этого всасывающий трубопровод соляного раствора и ячейку электролизера для получения хлора электролитическим способом выполняют независимо от всасывающего трубопровода соляного раствора и ячейки электролизера для умягчителя.
Предпочтительно, показанный насос 23 является насосом, работающим по принципу Вентури, однако для обеспечения функционального срабатывания возможны также и другие типы насосов, причем в этом случае дозированную подачу хлорсодержащего раствора осуществляют с помощью не показанного здесь насоса из трубопровода 24а в трубопровод 25а.
Для контроля правильного функционирования установки 19 угольного фильтра/дехлорирования сначала открывают клапан по стороне впуска, например, 40 или 27. Также открывают отпирающий клапан 28. При наличии хлора в подаваемой жидкости этот факт регистрируют с помощью предварительно прошедшего поверку датчика 30 хлора.
Затем последовательно открывают клапаны: 33 после первой ступени фильтрации, 31 после второй ступени фильтрации или также 32 после ступени 20 фильтров тонкой очистки, и отпирающий клапан 28 для хлора. Так можно проверить ступени фильтрации угольного фильтра. Если датчик хлора зарегистрирует отсутствие хлора, это означает, что проверка фильтра выполнена успешно. По замыслу изобретения предполагается, что также и это измерение может проводиться автономно и регистрироваться техническими средствами (системой электронной обработки данных).
На фиг. 3 показан другой блок предварительной фильтрации согласно изобретению, отличающаяся от установки на фиг. 1 решениями по обеспечению надлежащего функционирования измерительной камеры хлора и ее контролю. При этом соляной раствор или хлорсодержащий раствор с заранее определенным соотношением концентраций всасывают либо из резервуара 16 для соляного раствора, установленного для обслуживания регенерации умягчителя 15, либо из отдельно стоящего подготовленного резервуара 16b для соляного раствора. Соответствующий контрольный трубопровод 24а для хлора врезан за запорным клапаном 49 в контрольный циркуляционный контур 50 для хлора, в котором по часовой стрелке циркулирует всосанный соляной раствор и в котором последовательно смонтированы насос 51, ячейка 18b электролизера и измерительная камера 29b с датчиком хлора, а также другой запорный клапан 52. Измерительная камера 29b хлора соединена со свободным стоком 53, как это предусмотрено также в варианте конструктивного выполнения на фиг. 1. В данном варианте конструктивного выполнения (иным образом, чем в варианте конструктивного выполнения согласно фиг. 1) соляной раствор всасывают непосредственно из резервуара 16 для соляного раствора, а не отбирают как хлорсодержащую жидкость из отвода от соединительного трубопровода 16а между ячейкой 18 электролизера и умягчителем 15.
При этом из резервуара 16 для соляного раствора, предусмотренного для регенерации умягчителя 15, или из факультативно имеющегося в распоряжении резервуара 16b для соляного раствора отбирают незначительное количество соляного раствора и направляют на циркуляцию через хлор-генератор 18b и измерительную камеру 29b хлора. Предпочтительно, этот процесс осуществляют через регулярные интервалы времени для поддержания активации измерительной камеры хлора и выполнения функциональной проверки. При этом измерительная камера хлора или же датчик 30 хлора на протяжении кратковременного, всегда одинакового периода включения хлор-генератора 18b должны зафиксировать результат измерения в заданном диапазоне. После этого цикла активации и регистрации результата всю трубопроводную разводку в направлении резервуара для соляного раствора промывают без нагнетания давления. Интервал промывания без нагнетания давления определяют таким образом, чтобы снова восполнилось отобранное количество соляного раствора.
Задача изобретения состоит в том, чтобы вместо резервуара 16b для соляного раствора использовался резервуар с обесцвечивающим раствором хлора или диоксидом хлора или аналогичной хлорсодержащей жидкостью. В этом случае отпадает необходимость в хлор-генераторе 18b.
С помощью вышеописанной активации измерительной камеры хлора надежно предотвращается ее пассивация. При этом расходуется только минимальное количество NaCl.
За исключением вышеописанных признаков, характеризующих активацию и контроль измерительной камеры хлора, блок предварительной фильтрации на фиг.3 совпадает с таковой на фиг. 1, так что ее ссылочные обозначения применимы также и к варианту конструктивного выполнения на фиг. 3. Компоновка восьми клапанов 37, 38, 39, 40, 27, 33, 31, 32 представлена исключительно схематически. Эти клапаны и приданные им исполнительные элементы, обозначаемые в описании также как исполнительные механизмы, могут, в отличие от изображения на чертежах, предусматриваться также в тех точках, в которых соответствующие отводы для отбора проб ответвляются от водяного трубопровода 6а.
Для контроля ступеней 9, 14, 20 фильтрации на датчик 41 давления через представленные на фиг. 1 клапаны 37, 38, 39, 40, 31, 32, расположенные перед или за ступенями фильтрации, выборочно-последовательно подают давление, доминирующее на ступенях фильтрации.
Так, например, контроль перепада давления на ступени 9 фильтрации выполняют посредством измерения давления на входе с помощью клапана 37 по стороне впуска и контроля давления на выходе с помощью клапана 38 по стороне выпуска.
По аналогии с вышеуказанной схемой измерений измерение перепадов давлений на фиг. 1 должно воспроизводиться с помощью включения клапанов 39/40 для ступени 14 фильтрации и клапанов 31/32 для ступени 20 фильтрации.
Определение перепадов давления в умягчителе 15 и установке 19 дехлорирования также возможно с помощью последовательного включения клапанов 40, 27, 33, 31.
Сброс давления на атмосферу со стороны датчика 41 давления может осуществляться как таковой или в промежутках между измерениями как через клапан 34, так и клапан 28.
Опираясь на измерения расхода через трубопровод 6а с помощью водомера/расходомера 21 или также соответствующего расходомерного устройства на следующем участке водоподготовки, можно с помощью системы 2, 5 электроники рассчитать измеренные на фильтрах значения давления как стандартные или средние значения и в привязке к предварительно заданным перепадам давления спрогнозировать временные точки для срабатывания сигнализации, проведения замены (элементов), выполнения промывки или технического обслуживания.
Поскольку при определении перепадов давления на фильтрах речь, как правило, идет об относительных измерениях, то применение единственного датчика 41 давления считается преимущественным как в стоимостном выражении, так и в части затрат на его калибровку.
Обычно значения входного давления воды в трубопроводе 6а уже известны, например, по замерам на фильтре 9, так что датчик 41 давления, на который перед началом цикла измерений подводится известное давление, должен проходить поверку (только) в рамках технического обслуживания или технической проверки.
Преимущественным решением для осуществления измерений давления считается определение средних значений давления с помощью системы 2, 5 электроники на соответствующих фильтрах 9, 14, 15, 19, 20, когда результаты, например, 50 измерений сводят в одно среднее значение и представляют его в увязке с периодом, например, в 1000 часов эксплуатации. Следовательно, изменения, объясняемые выработкой рабочего ресурса датчика 41 или блокировкой фильтров, можно технически определять с помощью электронной обработки данных или прогнозировать и дистанционно запрашивать информацию на этот счет.
Для контроля надлежащего функционирования умягчителя 15 сначала открывают клапан 40, а затем через открытый клапан 34 с прохождением через измерительную камеру 35 подают жесткую воду на датчик 36 кальция.
После этого через дросселирующий клапан 25 и клапаны 27, 34 в измерительную камеру 35 на ионочувствительный датчик 36 кальция направляют умягченную жидкость.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ