Устройство для дозированной подачи реагентов

Полезная модель, относится к области дозирования реагентов в гидравлических системах, преимущественно, к устройствам для дозированного ввода химических реагентов в гидравлических и технических системах тепловых сетей, нефтедобывающей, нефтехимической и других отраслей промышленности.
Высокая стоимость химических реагентов обуславливает необходимость, по возможности, более точного определения необходимого количества химического реагента и его дозированной подлачи в технических системах с целью снижения его расхода.
Известно устройство дозированной подачи реагента в трубопровод (С. Черкасов «Насосы-дозаторы: типы, выбор, монтаж» // журнал «Сантехника. Отопление. Кондиционирование», 2006 г. № 1), состоящее из установленного на трубопроводе расходомера, электрически связанного с контроллером, насоса-дозатора, производящего дозирование реагента в трубопровод. Контроллер получает сигнал от расходомера и вычисляет нарастающим итогом объем жидкости. По достижении 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. Величину давления выбирают равной заданной фиксированной величине, например, максимальному давлению насоса-дозатора или максимальному давлению в трубопроводе; или как другую фиксированную величину из реального диапазона давлений в трубопроводе. Однако, расход воды в гидравлических системах, в частности в системах водоснабжения, в течение времени (например, суток) может меняться в широких пределах. Давление жидкости в трубопроводе также изменяется, график давления обычно находится «в противофазе» к графику расхода воды: чем больше забор жидкости из трубопровода, тем меньше давление в трубопроводе. В указанном устройстве не учитывается, что производительность насоса-дозатора зависит от величины давления в трубопроводе, в который производится дозированная подача реагента. При давлении в трубопроводе меньшем заданного давления дозирование реагента происходит в большем объеме, чем рассчитано в предположении, что давление стабильно во времени. Возникает передозировка сверх расчетной, которая приводит к перерасходу реагента. При давлении в трубопроводе большем заданного давления дозирование реагента происходит в объеме меньшем расчетного. Если заданное давление выбрано как максимальное давление, то в течение всего времени подачи происходит передозировка реагента.
Известно устройство дозирования реагента в трубопровод, в котором, для повышения точности дозирования реагента, в трубопроводе установлен датчик давления, электрически связанный с контроллером (Патент RU № 89661 U1).
Устройство (патент № 89661), принятое в качестве прототипа, включает установленные в трубопроводе расходомер, электрически связанный с контроллером, и датчик давления, электрически связанный с контроллером, насос-дозатор, снабженный входным и выходным шлангами, производящий дозирование реагента в трубопровод, электрически связанный с контроллером.
В описанном устройстве для корректировки расхода реагента используют зависимости расхода и давления жидкости в трубопроводе во времени, при этом, расчет времени включения насоса-дозатора проводится в соответствии с характеристикой производительности насоса-дозатора при фактических значениях давления в трубопроводе, что позволяет повысить точность дозирования реагента и тем самым снизить расход реагента.
Однако, в известном устройстве расход жидкости определяют объемным методом без учета температуры жидкости в трубопроводе, т.е. без учета объемных коэффициентов жидкости, что обусловливает наличие существенной погрешности при определении заданного количества реагента и применении зависимости производительности насоса-дозатора от давления и расхода жидкости в трубопроводе, определяющей недостаточную точность дозирования реагентов, которая может привести к перерасходу дорогого реагента.
В основу настоящей полезной модели положена задача повысить точность определения заданного количества реагента и его дозированной подачи в трубопровод от насоса-дозатора, с тем, чтобы снизить расход реагента.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дозированной подачи химических реагентов в поток жидкости в трубопроводе, содержащее насос-дозатор с приемной и нагнетательной линиями, обеспечивающий подачу заданного количества реагентов в поток жидкости в трубопроводе, контроллер и средство измерения параметров жидкости в трубопроводе, при этом нагнетательная линия соединена с трубопроводом, а насос-дозатор и средство измерения параметров жидкости соединены с контроллером, согласно предлагаемой полезной модели, средство измерения параметров жидкости в трубопроводе выполнено с возможностью определения массы жидкости в трубопроводе.
Известно, что масса жидкости, протекающей в трубопроводе, практически не зависит от ее температуры и давления.
Соответственно, определение заданного количества реагента по массе жидкости исключает погрешности, возникающие при изменении температуры и давления жидкости, что обеспечивает более высокую точность определения необходимого заданного количества реагента и позволяет повысить точность дозирования регента от насоса-дозатора и, таким образом, исключить перерасход дорогого химического реагента.
Целесообразно, в качестве средства измерения параметров жидкости в трубопроводе использовать расходомер и датчик температур, соединенные с контроллером.
Измерение объема жидкости, протекающей в трубопроводе, и ее температуры позволяет вычислить по известным методикам массу жидкости и по полученной величине массы определить заданное количество реагента, необходимое для данной массы жидкости.
Целесообразно, в качестве средства измерения параметров жидкости в трубопроводе использовать массомер.
Массомеры (массовые расходомеры) являются более точными контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими непосредственное измерение массового расхода жидкости, в отличие от таких приборов, как расходомер и датчик температуры, которые могут быть использованы для косвенного, расчетного определения массы жидкости.
Целесообразно, на нагнетательной линии насоса-дозатора устанавливать массомер, соединенный с контроллером. Массомер на нагнетательной линии обеспечивает контроль массы регента, поступающего в поток жидкости, и тем самым позволяет корректировать, в соответствии с заданной величиной, подачу реагента от насоса-дозатора.
Целесообразно, на нагнетательной линии насоса-дозатора устанавливать гаситель пульсаций.
Гаситель пульсаций обеспечивает равномерную подачу реагента в трубопровод, что также позволяет повысить точность дозированной подачи реагента в поток жидкости в трубопроводе.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель будет более подробно раскрыта на конкретных примерах ее выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:
Фиг. 1 - устройство с расходомером и датчиком температуры
Фиг. 2 - устройство с массомером.
Предлагаемое устройство может быть использовано для определения необходимого заданного количества реагента и его дозированной подачи в поток разных жидкостей, например, воды, нефти, смеси нефти с водой, конденсата и др.
Устройство, показанное на Фиг. 1, содержит насос-дозатор 1, осуществляющий дозированную подачу реагента в поток жидкости в трубопроводе 2. Насос-дозатор 1 включает приемную линию 11, соединенную с емкостью 3, заполненную реагентом, и нагнетательную линию 12, соединенную с трубопроводом 2. В качестве насоса-дозатора 1 может быть использован любой нагнетательный насос, преимущественно герметичный плунжерный, мембранный или иной насос.
Устройство также сдержит установленные в трубопроводе 2 расходомер 4 и датчик 5 температуры. Указанные измерительные приборы, преимущественно, установлены в трубопроводе перед точкой соединения трубопровода 2 с нагнетательной линией 12 насоса-дозатора 1.
В качестве расходомера могут быть использованы известные, промышленно выпускаемые приборы, например расходомер-счетчик Дарконт серии ОМ модели ОМ004-008 и пр.
В качестве датчика температуры также могут быть использованы известные, промышленно выпускаемые приборы, например термомпреобразователь сопротивления ДТС 035-100М.В.3.160.Ех-Т5 и пр.
Насос-дозатор 1, расходомер 4 и датчик 5 температуры соединены с контроллером 6, который по показаниям расходомера 4 и датчика 5 температуры, определяет заданное количество реагента и управляет работой насоса-дозатора 1. В качестве контроллера может быть использован промышленно применяемый контроллер, например контроллер Segnetics SMH 2Gi-0020-01-2.
Соединение контроллера 6 с измерительными приборами (расходомером 4 и датчиком 5 температуры) и с насосом-дозатором 1 осуществляют по известным схемам, принятым в контрольно-измерительных комплексах.
Указанные расходомер 4 и датчик 5 температуры образуют средство измерения параметров жидкости в трубопроводе 2. В частности, по величине расхода жидкости и ее температуре можно вычислить, по известным методикам, массу жидкости в трубопроводе. При этом, известно, что масса жидкости, протекающей в трубопроводе, практически не зависит от температуры и давления жидкости, что позволяет определить заданное количество реагента с большей точностью, исключив погрешности, возникающие в результате изменения давления и температуры жидкости, и, таким образом, повысить точность дозированной подачи реагента предлагаемым устройством.
В преимущественном варианте на нагнетательной линии 12 насоса-дозатора 1 установлен гаситель 7 пульсаций, обеспечивающий более равномерную подачу реагента в трубопровод 2, что также способствует повышению точности его дозированной подачи насосом-дозатором 1.
В качестве гасителя 7 пульсаций может быть использовано известное устройство, например ПГА (пневмогидроаккумулятор) по ТУ 4145-001-46919837-2012.
Устройство, показанное на Фиг. 2, отличается от описанного выше устройства выполнением средства измерения параметров жидкости в трубопроводе 2. В частности, устройство сдержит насос-дозатор 1, включающий приемную линию 11, соединенную с емкостью 3 с реагентом, и нагнетательную линию 12, соединенную с трубопроводом 2. При этом в данном устройстве, в качестве средства измерения параметров жидкости использован массомер 8, установленный в трубопроводе 2 перед точкой соединения трубопровода 2 с нагнетательной линией 12 насоса - дозатора.
Насос-дозатор 1 и массомер 8 соединены с контроллером 6, который по показаниям массомера 8, определяет заданное количество реагента и управляет работой насоса-дозатора 1. Использование массомера позволяет более точно определить массу жидкости в трубопроводе, и, соответственно, заданное количество реагента, чем при использовании расходомера и датчика температур. Однако массомеры имеет более высокую цену, поэтому их использование не всегда является целесообразным.
Также в устройстве, показанном на Фиг. 2, на нагнетательной линией 12 насоса-дозатора 1 установлен массомер 81, соединенный с контроллером 6. Массомер 81 на нагнетательной линии 12 насоса-дозатора 1 контролирует массу подаваемого насосом-дозатором 1 реагента, с тем, чтобы через контроллер 6 осуществлять корректировку его массы, подаваемой в трубопровод 2. Массомер может быть также установлен на нагнетательной линии насоса-дозатора, в устройстве, показанном на Фиг. 1.
На нагнетательной линии 12 установлен гаситель 7 пульсаций, обеспечивающий более равномерную подачу реагента от насоса - дозатора 1.
Показанное на Фиг. 1, устройство для дозированной подачи реагентов в поток жидкости в трубопроводе 2 работает следующим образом. Расходомер 4 и датчик 5 температуры измеряют, соответственно, расход и температуру жидкости в потоке, текущем в трубопроводе 2. Замеренные расходомером 2 и датчиком 5 температуры значения расхода и температуры жидкости передаются на контроллер 6, который обрабатывает полученную информацию и пересчитывает по известным зависимостям замеренные данные в величину массы жидкости в единицу времени.
жt
жt
жt
жt
жt
ст
t
ст
ст
t
ст
2
В частности, масса жидкости определяется по формуле M=V*ρ, где М - масса жидкости, V - объем жидкости при температуре t, ρ - плотность жидкости при температуре t. Плотность жидкости при температуре t вычисляется по формуле: ρ=ρ⋅(1-β⋅(T-Т), где ρ - плотность жидкости при стандартных условиях (температура - 20 град. Цельсия и давление - 1 кгс/см (атмосферное давление), β - коэффициент объемного расширения жидкости, Т, Т, - температура замера и стандартная. Коэффициент объемного расширения жидкости определяется лабораторным путем и вносится в базу данных контроллера 6.
Таким образом, по измеренным значениям температуры жидкости и ее объема в трубопроводе 2 определяется величина массы жидкости в трубопроводе 2.
Исходя из известных требуемых оптимальных значений концентраций реагента, контроллер 6 определяет необходимое заданное количество реагента и устанавливает производительность насоса-дозатора 1, который подает необходимую массу реагента от емкости 3 по приемной и нагнетательной линиям 11 и 12, соответственно, в трубопровод 2. В случае, когда минимальная производительность насоса-дозатора 1 превышает заданное количество дозируемого реагента, насос-дозатор 1 включается контроллером 6 периодически. Наиболее целесообразным является использованием насоса-дозатора, минимальная производительность которого не превышает заданное количество реагента.
Гаситель 7 пульсаций обеспечивает более равномерную подачу реагента по нагнетательной линии 12 в трубопровод 2.
Учет концентрации реагента в жидкости по массе жидкости позволяет дозировать реагент в трубопровод с оптимальной концентрацией реагента в жидкости, тем самым позволяет значительно экономить дорогой реагент.
В основном принцип работы устройства, показанного на Фиг. 2, отличается от вышеописанного тем, что на контроллер 6 передается величина массы жидкости в единицу времени, непосредственно измеренная в трубопроводе 2 массомером 8.
Кроме того, в данном устройстве массомер 81, установленный на нагнетательной линии 12 насоса-дозатора 1, измеряет массу регента, подаваемого в трубопровод 2, передает данный параметр на контроллер 6, который сравнивает измеренную величину с заданной, и производит, в случае необходимости, корректировку работы насоса-дозатора с тем, чтобы обеспечить подачу заданной величины реагента.
Далее приведен пример, показывающий повышение точности дозирования реагента в поток жидкости при использовании в качестве определяемого параметра жидкости - массу жидкости. Для примера в качестве жидкости взята вода.
3
3
Например, расход воды, замеренный расходомером, составил 100 м/час при давлении в трубопроводе 5 бар (температура фактическая была 80°С) при заданной концентрации реагента, например 1л/1м, расход реагента составит 100 л/час и контроллер подает сигнал на насос-дозатор для дозирования 100 л/час без учета фактической температуры. При температурах 20°С и при 80°С масса воды будет соответственно:
20
ж
ст
М=V*ρ=100*0,99973=99,973 тн,
80
ж
80
М=V*ρ=100*0,97183=97,183 тн.
Приведенный пример показывает, что при определении заданного необходимого количества реагента по расходу воды, без учета температуры, одно и то же количество реагента будет подаваться на разную массу воды.
Заданное количество реагента по массе воды или другой жидкости определяется следующим образом.
3
Допустим, что плотность реагента 1100 кг/м, тогда в 100 л реагента 110 кг.
а) для массы 99973 кг, удельный расход реагента будет составлять 110/99973=0,001100 кг на кг жидкости;
б) для массы 97183 кг, удельный расход реагента будет составлять 110/97183=0,001132 кг на кг жидкости.
Таким образом, приведенный расчет показывает, что перерасход реагента при его определении в зависимости от расхода жидкости будет составлять 0,000032 кг на 1 кг жидкости или 3,1 кг на 97183 кг жидкости в час.