Точная, контролируемая подача химикатов является неотъемлемой частью многих промышленных процессов и почти всех режимов очистки городского водоснабжения или сточных вод. В большинстве случаев дозирование химикатов осуществляется с помощью автоматизированного оборудования.

Правильно подобранные, установленные и обслуживаемые системы дозирования являются точными, надежными, недорогими в эксплуатации и прослужат долгие годы без сбоев. Они могут быть настроены на работу с фиксированной скоростью или могут регулироваться для поддержания производительности процесса при изменении качества и объема технологической воды с течением времени. Однако ключевая проблема для владельцев систем заключается в обеспечении того, чтобы выбранная ими система дозирования соответствовала их области применения, месту установки и условиям технологического процесса.

Учитывая наличие на рынке нескольких альтернативных технологий, десятков производителей оборудования и сотен вариантов продукции, этот выбор может показаться чрезвычайно сложным. Это руководство было создано для того, чтобы объяснить ключевые компоненты системы дозирования химических веществ и выделить некоторые основные факторы, которые компании должны учитывать при сравнении различных подходов или предложений производителей.

Обзор системы

Система дозирования состоит из резервуара для хранения химикатов, дозирующего насоса, системы управления и связанных с ними клапанов, трубопроводов и принадлежностей. Давайте подробно рассмотрим насосы и связанные с ними элементы.

Типичная установка

  • 1. Резервуар для хранения химикатов
  • 2. Защитный кожух резервуара с сигнализацией
  • 3. Сливной клапан бака
  • 4. Соединение для заправки химикатов
  • 5. Приборы для измерения уровня в баке
  • 6. Смотровая крышка бака
  • 7. Выпускной клапан бака
  • 8. Фильтр на выходе
  • 9. Калибровочные клапаны
  • 10. Всасывающий трубопровод
  • 11. Запорный клапан насоса
  • 12. Калибровочный сосуд
  • 13. Дозирующий насос
  • 14. Подсоединение трубопровода к насосу
  • 15. Клапан заполнения калибровочного сосуда
  • 16. Клапан сброса давления (PRV)
  • 17. Прибор для проверки расхода
  • 18. Клапан выпуска воздуха из калибровочного сосуда
  • 19. Гаситель пульсаций
  • 20. Манометр
  • 21. Клапан подачи давления (PLV)
  • 22. Обратный клапан (NRV)
  • 23. Запорный клапан (клапаны)
  • 24. Двухконтурная линия подачи
  • 25. Линии дозирования
  • 26. Инжекционные фитинги
  • 27. Технологическая система
  • 28. Шкаф-дозатор/поддон для сбора капель

Резервуар для хранения химикатов

Емкости для хранения, как правило, изготавливаются из химически стойких пластмасс или нержавеющей стали, поэтому выбор емкостей для хранения должен основываться на химикатах, которые вы собираетесь хранить, и их концентрации. При выборе емкости необходимо учитывать:

  • Внутреннее или внешнее расположение (воздействие погодных условий и ультрафиолета).
  • Размер резервуара зависит от частоты циклов наполнения;
  • Требования к заправочному соединению и приборам для измерения уровня;
  • Требования к доступу к верхней части резервуара или к люкам для осмотра резервуара;
  • Химическая совместимость и ожидаемый срок службы;
  • Требования к обваловке в качестве вторичной защиты от разлива;
  • Конфигурация выпускного клапана и трубопровода.

Дозирующие насосы для химических веществ

Дозирующие насосы предназначены для подачи точно отмеренного количества химиката, обеспечения всасывания, если требуется, для извлечения химиката из резервуара для хранения и подачи давления для его транспортировки по распределительному трубопроводу к месту или точкам использования. В дозирующих насосах используются три основных метода перекачки: мембранные насосы, перистальтические насосы и полостные насосы с поступательным движением. В мембранных насосах гибкая мембрана перемещается возвратно-поступательно, регулируя объем внутренней трубки или полости.

Определенный объем химиката поочередно подается в полость через впускной клапан, а затем выталкивается в трубопровод подачи химиката через выпускной клапан. Поток химиката не является непрерывным, а представляет собой серию импульсов. Движение диафрагмы может быть обеспечено несколькими способами: соленоидом, шаговым двигателем или механическим приводом от обычного двигателя. Производным от базового механического мембранного насоса (MD) является поршнево-мембранное (PD) или гидравлическое мембранное устройство для применения в более сложных условиях, с высокой точностью или при более высоком давлении.

В этих насосах диафрагма вытесняется вторичной гидравлической жидкостью, приводимой в движение поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. Из всех этих мембранных технологий базовые механические мембранные насосы с электромагнитным приводом, как правило, имеют самую низкую первоначальную стоимость приобретения и простоту управления и установки.

Хотя электромагнитные насосы могут обеспечивать высокое давление нагнетания, они обычно обеспечивают низкий максимальный расход, а их быстрые колебания могут приводить к шумам и резким перепадам давления нагнетания. Электромагнитные насосы также могут быть менее надежными в эксплуатации и иметь меньший срок службы по сравнению с более дорогими альтернативами.

Лучшие варианты — гидравлические мембранные насосы. Они отличаются высокой точностью, длительным сроком службы, поскольку мембрана равномерно поддерживается гидравлической жидкостью, а не механическим соединением, и могут работать с труднообрабатываемыми материалами, такими как шламы. Помимо высоких капитальных затрат и ограниченной мощности всасывания, эти системы также требуют дополнительного внимания к техническому обслуживанию из-за необходимости управления гидравлическими компонентами и жидкостью и их технического обслуживания.

Между этими двумя крайностями находятся мембранные насосы с механическим приводом от двигателя, которые отличаются разумными капитальными затратами, простотой обслуживания и продолжительным сроком службы за счет несколько меньшей точности и производительности по давлению по сравнению с гидравлическими мембранными системами.

Обычные устройства с приводом от электродвигателя идеально подходят для простого дозирования, требующего ограниченного диапазона регулировки производительности и ограниченной степени автоматизации. Недавно появившиеся устройства с приводом от шагового двигателя предлагают гораздо более широкий диапазон регулировки производительности, широкие возможности автоматизации и возможность дозирования вязких жидкостей или опасных химических веществ, таких как гипохлорит натрия.

Перистальтические дозирующие насосы

В перистальтических насосах используется привод от вращающегося двигателя, который перемещает ряд роликов по гибкой трубке внутри жесткого корпуса. Ролики сжимают трубку, выталкивая химикаты в распределительный трубопровод. Поскольку перистальтические насосы не совершают возвратно-поступательных движений, поток химикатов непрерывен, а отсутствие внутренних клапанов делает насос более устойчивым к жидкостям, содержащим твердые частицы, и отличным выбором для гипохлорита натрия и аналогичных газообразующих химикатов.

Конструкции перистальтических насосов обеспечивают хороший уровень всасывания, что полезно, если насос необходимо установить над резервуаром для хранения или на большом расстоянии от него. Поскольку химикат контактирует только с трубкой насоса, перистальтические конструкции также упрощают задачу обеспечения совместимости насоса и переносимых им химикатов. К их недостаткам относятся ограниченное давление нагнетания и необходимость периодической замены трубки насоса, которая со временем может изнашиваться. Современные перистальтические насосы используют приводы с шаговыми двигателями для широкого спектра возможностей регулировки производительности и автоматизации, а также имеют встроенные системы обнаружения неисправностей труб, позволяющие избежать любых возможных утечек, возникающих в результате такого события.

В насосах с прогрессивной полостью используется спиральный ротор, вращающийся внутри статора специальной формы. Движение ротора относительно статора приводит к образованию ряда полостей фиксированной формы, которые транспортируют химикаты через насос в распределительный трубопровод. Прогрессивные полостные насосы хорошо работают с суспензиями, вязкими материалами и химическими продуктами, чувствительными к сдвигу, но имеют ограниченный диапазон регулировки производительности, а сложные формы и жесткие производственные допуски, необходимые для их эксплуатации, приводят к высоким капитальным затратам и затратам на техническое обслуживание.

Системы управления и калибровочные мембранные насосы традиционно позволяли регулировать объем, подаваемый за один ход, путем изменения длины хода, часто с возможностью ручной или автоматической регулировки. Кроме того, производительность можно регулировать, изменяя частоту хода или вращения двигателя. В последнее время стали использоваться приводы с шаговыми двигателями, обеспечивающие более высокую степень регулирования частоты вращения двигателя и устраняющие необходимость в регулировке длины хода.

Насосами-дозаторами химических веществ можно управлять вручную или с помощью цифровых или аналоговых сигналов от одного или нескольких расходомеров и датчиков в технологической системе, или с помощью сигнала от сетевой SCADA-системы, чтобы обеспечить пропорциональное дозирование расхода или управление заданным значением дозирования. Современные шаговые насосы также оснащены различными встроенными таймерами и функциями управления, управляемыми с помощью сенсорного экрана или интерфейса Bluetooth.

Коэффициент уменьшения мощности (соотношение между максимальной и минимальной мощностью насоса) значительно различается у разных моделей и производителей насосов. Насос должен быть тщательно подобран, чтобы обеспечить поддержание точности при соблюдении требований к минимальной и максимальной мощности дозы, предъявляемых к процессу.

Дозирующие насосы предназначены для подачи точно отмеренного количества химиката, обеспечения всасывания, если требуется, для извлечения химиката из резервуара для хранения и подачи его под давлением по распределительному трубопроводу к месту или точкам использования.

Компоненты системы дозирования

Система дозирования требует наличия ряда дополнительных компонентов, обеспечивающих безопасную и надежную эксплуатацию и простое техническое обслуживание. К таким элементам относятся регулирующие клапаны, переключатели, датчики, индикаторы и преобразователи для индикации наличия или отсутствия потока, низких скоростей и рабочего давления. Данные могут передаваться операторам на месте и/или в центральную систему SCADA. Компоненты могут включать в себя:

  • Клапаны сброса давления (PRV) – для защиты насосов и других компонентов от избыточного давления из-за засорения или закрытия клапанов. Обычно они считаются критически важными компонентами.
  • Нагнетательные клапаны (PLV) – для поддержания небольшого избыточного давления непосредственно за дозирующим насосом. Для большинства мембранных насосов желательно использовать PLV, чтобы обеспечить постоянное давление, подаваемое на гибкую мембрану, что обеспечивает точность. Они также используются в качестве антисифонного устройства.
  • Измерители расхода — для проверки или измерения объема химиката, подавляемого дозирующим насосом.
  • Гасители пульсаций – удерживают газ под давлением за мембраной и действуют как амортизаторы для подавления скачков расхода и давления, характерных для возвратно-поступательных химических насосов
  • Калибровочные колонки – позволяют вручную регулировать подачу газа. калибровка или проверка производительности системы.
  • Промывочные и сливные патрубки позволяют промывать систему водой для удаления остатков химикатов перед проведением технического обслуживания.
  • Линии дозирования – для подачи химиката из системы дозирования к месту применения часто используются гибкие шланги, имеющие двойную конструкцию и проложенные по подземным каналам или траншеям.
  • Фильтры или сетчатые фильтры — для предотвращения попадания мусора в насосы или распределительные трубопроводы.
  • Статические смесители – для обеспечения быстрого и тщательного смешивания химиката с потоком технологической жидкости.
  • Шприцы/наконечники для инъекций – для подачи химиката в нужное место нанесения в технологический поток.
  • Кожухи, экраны и двухслойные трубопроводы обеспечивают безопасность персонала и операторов в случае обрыва трубопровода или отказа насоса.

Критерии выбора компонентов

При выборе компонентов системы дозирования химических веществ необходимо учитывать ряд ключевых критериев. К ним относятся:

  • Используемое химическое вещество и его концентрация. Этот вопрос определяет выбор материалов, используемых для резервуаров для хранения, насосов, трубопроводов и всех других компонентов. К выбору материалов следует подходить с особой осторожностью. Некоторые материалы плохо работают при воздействии высококонцентрированных химических веществ, но безопасны при более низких концентрациях. Даже небольшие компоненты, изготовленные из неподходящих материалов, например внутренние компоненты клапанов или мембраны, используемые в манометрах, могут привести к потенциальному отказу системы. При обращении с некоторыми химическими веществами может выделяться тепло или пары, и эти характеристики должны учитываться при проектировании системы. Для работы с материалами с высоким удельным весом, вязкими или кусковыми материалами потребуются соответствующие насосы и фитинги. Обратите внимание, что как при низких, так и при высоких температурах необходимы особые меры предосторожности.
  • Требуемый диапазон выходного объема и давления в системе. Эти параметры будут определять требуемый размер, технические характеристики и возможности компонентов, используемых в системе.
  • Расположение и условия эксплуатации всех компонентов. При установке в реальных условиях часто требуются компромиссы в расположении и условиях работы компонентов системы. Например, дозирующие насосы могут быть установлены над резервуарами для хранения, что требует конструкции насоса, обеспечивающей достаточное давление всасывания. Детали могут подвергаться воздействию ветра, дождя, экстремальных температур или интенсивного солнечного света, что может привести к разрушению некоторых материалов. Наличие квалифицированных операторов и обслуживающего персонала может быть ограничено. По возможности, эти факторы следует учитывать на этапе проектирования системы.
  • Технологическая погрешность.

Многие процессы добавления химических веществ, особенно те, которые связаны с подачей питьевой воды, требуют постоянной бесперебойной работы. Для обеспечения работы в режиме ожидания может потребоваться установка параллельных потоков дозирования химических веществ, а для минимизации времени установки и прерывания технологического процесса могут потребоваться предварительно собранные пакеты.