АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ

Полезная модель относится к области дозирования ингибиторов коррозии и других реагентов в трубопроводы в теплотехнических и гидравлических системах (паровые и водогрейные котлы, бойлеры, тепловые сети и системы горячего водоснабжения, технологические установки). Применение ингибиторов коррозии позволяет предотвратить или значительно замедлить коррозию металлических частей оборудования не нарушая режима работы оборудования. Эти задачи решаются путем введения в воду, используемую для питания теплотехнических или технологических устройств, небольших количеств специальных реагентов - ингибиторов. Для обработки воды в теплотехнических и технологических системах разных типов применяются различные ингибиторы, разрешенные санитарными нормами и правилами в определенных дозах.
Известно 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.
Недостатком указанного устройства является то, что расчетная доза реагента рассчитывается исходя из предположения, что давление в трубопроводе стабильно во времени. На практике давление в трубопроводах систем тепло- и водоснабжения изменяется в течение суток (месяца, года). Производительность дозирующего насоса существенно зависит от величины давления в трубопроводе, в который производится дозирование, что может привести как к недостаточному, так и избыточному дозированию относительно расчетной величины дозы реагента. При избыточном дозировании реагента возможно превышение его предельно допустимой концентрации (ПДК) в обрабатываемой воде, нормируемой санитарными правилами и нормами (см. СанПиН 4723-88 «Санитарные правила устройства и эксплуатации систем централизованного горячего водоснабжения»).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому устройству является устройство дозирования реагента в трубопровод (см. патент 89661, кл. F17D 3/12, «Устройство дозирования реагента»), состоящее из установленного на трубопроводе расходомера, электрически связанного с контроллером, насоса-дозатора, производящего дозирование реагента в трубопровод, электрически связанного с контроллером, датчика давления 5, установленного на трубопроводе, электрически связанный с контроллером (фиг.2).
Недостаток устройства заключается в том, что в нем не предусмотрен оперативный контроль за текущими характеристиками воды (например, водородный показатель рН, электрическая проводимость, содержание кислорода), хотя с течением времени (например, сезонно) вода, в которую добавляется реагент, может изменять свои характеристики, определяющие скорость коррозии в трубопроводах. Отсутствие оперативного контроля за характеристиками воды может привести как к недостаточному, так и избыточному дозированию реагентов в обрабатываемую воду, к возможности превышения ПДК реагента в обрабатываемой воде, нормируемой в СанПиН.
Целью предлагаемого автоматического устройства дозирования реагентов является устранение возможности возникновения режимов недостаточного и избыточного дозирования реагентов при изменении свойств обрабатываемой воды, обеспечение непревышения ПДК реагента в обрабатываемой воде.
Раскрытие полезной модели. Для достижения поставленной цели устанавливают в трубопровод электрохимический датчик 6 (например, потенциометрический рН-электрод для измерения водородного показателя воды, кондуктометрический датчик для определения сопротивления воды и солесодержания, датчик окислительно-восстановительного потенциала для определения содержания кислорода в воде и др.), электрически связанный с контроллером (фиг.3).
Термин, используемый в формуле полезной модели - «электрохимический датчик», определен как обобщенный для группы датчиков в области применения полезной модели (см. А.А.Егоров. «Систематика, принципы работы и области применения датчиков» // «Журнал радиоэлектроники», 2009 г. - №3 - «в электрохимическом сенсоре определяемый компонент реагирует с чувствительным слоем непосредственно на электроде или в объеме слоя раствора около электрода. Среди электрохимических сенсоров выделяют следующие: - потенциометрические, - амперометрические, - кондуктометрические, - кулонометрические»).
Определение времени включения насоса-дозатора реагента проводят в соответствии с текущим значением контролируемого параметра в обрабатываемой воде, измеренным электрохимическим датчиком, с использованием программно реализованного в контроллере адаптивного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора.
Предельно допустимое время включения насоса-дозатора рассчитывают в следующей последовательности: - определяют объем обрабатываемой воды, прошедший через расходомер за заданное время, записанное в память контроллера; - определяют предельно допустимый объем вводимого реагента пропорционально объему обрабатываемой воды по нормированной в Сан-ПиН величине ПДК реагента, записанной в память контроллера; - измеряют давление в трубопроводе; - определяют по характеристике производительности насоса-дозатора, записанной в память контроллера, производительность насоса-дозатора при этом давлении; - определяют предельное время включения насоса-дозатора делением рассчитанного предельно допустимого объема вводимого реагента на производительность насоса-дозатора при измеренном давлении.
Фактическое время включения насоса-дозатора принимают равным:
- времени включения насоса-дозатора, определенному по текущему значению контролируемого параметра, если его величина меньше предельно допустимого времени включения насоса-дозатора;
- предельно допустимому времени включения насоса-дозатора, если величина времени включения насоса-дозатора, определенному по текущему значению контролируемого параметра, больше или равна величине предельно допустимого времени включения насоса-дозатора.
Осуществление полезной модели. Автоматическое устройство дозирования реагентов физически реализовано в следующей конфигурации:
- расходомер 2 - водосчетчик типа MTKI-32 с импульсным выходным сигналом;
- контроллер 3 - контроллер «Дозафон» производства ООО «Ами-энерго» (фиг.4);
- датчик давления 5 - датчик избыточного давления типа DMP 330М;
- насос-дозатор 4 - мембранный дозирующий насос типа DLX-MA/AD;
- электрохимический датчик 6 - потенциометрический РН-электрод типа ЭСК-1.
Краткое описание чертежей. На фиг.1 представлена схема устройства-аналога. На фиг.2 представлена схема устройства-прототипа. На фиг.3 представлена блок-схема предлагаемого автоматического устройства дозирования реагентов, где 1 - трубопровод, 2 - расходомер, 3 - контроллер, 4 - насос-дозатор, 5 - датчик давления; 6 - электрохимический датчик. На фиг.4 представлена фотография контроллера «Дозафон», разработанного ООО «Ами-энерго» для осуществления полезной модели.
Предлагаемое автоматическое устройство дозирования реагентов позволяет снизить расход реагентов за счет повышения точности дозирования, исключить возможность избыточного или недостаточного дозирования реагентов при изменении свойств обрабатываемой воды, исключить возможность превышения ПДК дозируемых реагентов сверх норм, установленных в СанПиН.