LOOS WATER ANALYSER

#WORK_AREA#

LOOS WATER ANALYSER

Современная система обработки и анализа воды для промышленных котельных установок


Во всех случаях при использовании воды, нагретой до высоких температур, могут возникнуть проблемы из-за содержащихся в воде веществ. Наиболее часто встречающейся причиной неисправностей при эксплуатации котельного оборудования являются упущения при проведении предварительной подготовки и анализа воды. Из-за коррозионных компонентов, содержащихся в питательной воде или конденсате, могут пострадать емкости для питательной воды, котлы и системы отвода конденсата. Ущерб наносится преимущественно в результате кислородной или углекислой коррозии. Кроме этого, некоторые содержащиеся в воде вещества приводят к образованию нежелательных отложений. Самым известным из них является, пожалуй, солевая накипь. Образующийся слой солевой накипи, если его не заметить вовремя, затрудняет передачу теплоты, что влечет за собой снижение производительности. Увеличение слоя отложений может привести к перегреву теплопередающих поверхностей, чреватому тяжелыми последствиями вплоть до взрыва котла. Часто возникают также проблемы при протекании дальнейших процессов технологической цепочки, обусловленные пенообразованием или попаданием в систему плохо подготовленной котловой воды. Наряду с ухудшением качества пара это, в некоторых случаях, может серьезно отразиться на сроке службы зависимых систем, оборудования, трубопроводов, а так же подключенных потребителей.
Поэтому законодательством был принят свод правил, предусматривающий строгое соблюдение предписанного качества воды. Нормой DIN EN 12953-10 заданы параметры по внешнему виду, электропроводности, значению pH, общей жесткости, кислотности, концентрации железа меди, кремниевой кислоты, масел ,жиров, фосфатов и кислорода.Далее, вода должна быть свободной от примесей органических веществ. 
В зависимости от размеров и производительности котельных установок применяются различные методы подготовки воды. Используемая сырая вода поступает, как правило, из систем коммунального водоснабжения и, в числе прочего, обрабатывается для использования в котельных установках следующим образом.
1.jpg
В результате предварительной подготовки воды ручными методами образовалась соляная накипь, чреватая в экстремальном случае взрывом котла.

1. Снижение жесткости или обессоливание

Наиболее часто для смягчения воды используется метод ионного обмена, а для обессоливания - метод обратного осмоса. Для небольших установок или при значительном возврате конденсата часто проводится не требующее больших затрат снижение жесткости воды. В ходе этого процесса вещества, обуславливающие жесткость воды (а это, в основном, ионы Ca и Mg), замещаются ионами натрия. Содержание солей в воде остается при этом почти неизменным. Ионообменники регенерируются с помощью солевого раствора (NaCl). Обратный осмос является более дорогостоящим методом, и поэтому он используется преимущественно в установках со значительным притоком свежей воды или, если по каким либо иным причинам (напр., высокие требования к качеству пара) котловая вода должна отличаться низкой электропроводностью. Эта технология предусматривает использование мембран с односторонней пропускной способностью, фильтрующих воду на молекулярном уровне. При продавливании через такую мембрану водяного раствора под высоким давлением (выше осмотического) основная часть солей и других веществ задерживается, а чистая вода проходит через мембрану. В зависимости от размеров установки при осмосе необходимо предварительное или последующее умягчение воды. Предварительное умягчение воды производится, как описано выше, и обычно применяется при сравнительно небольшой производительности установок. Если путем осмоса необходимо опреснить большое количество воды, то, как правило, перед его проведением добавляется строго дозированное количество химикатов, предотвращающих забивание осмосных фильтров солями жесткости. Вслед за осмосом производится дополнительное снижение жесткости воды, в ходе которого исчезают остатки окисей и гидроокисей щелочно-земельных металлов (ионы Ca и Mg). Так называемое частичное обессоливание, нечто среднее между снижением жесткости и осмосом, известное также как «декарбонизация », отступает по сравнению с двумя вышеописанными способами на задний план.
Этот метод функционирует аналогично методу снижения жесткости воды путем ионного обмена. Равновесие между известью и углекислотой смещается за счет добавления ионов водорода (H+). Выделяется связанная карбонатными соединениями (HCO3) двуокись углерода. Высвобождающиеся ионы кальция и магния (некарбонатная жесткость) замещаются в ходе последующего ионного обмена ионами натрия. Ионообменные фильтры регенерируются с помощью соляной кислоты или хлорида натрия (NaCl).

2.jpg
Модуль WTM производства «LOOS», для предварительной подготовки воды

2.Термическая дегазация (снижение содержания O2 или CO2)

После снижения жесткости и обессоливания воды производится ее термическая дегазация. Этот процесс основан на физической закономерности, согласно которой способность газов растворяться в жидкости снижается по мере роста температуры и сходит на нет при температуре кипения. По причине низких инвестиционных затрат для установок с небольшой производительностью или высоким возвратом конденсата часто применяются системы частичной дегазации. Из-за низких рабочих температур в диапазоне от 85°C до 90°C при частичной дегазации нет необходимости использовать в качестве емкости питательной воды сосуд под давлением. Растворенные в воде газы высвобождаются с помощью нагревания и покидают систему вместе с так называемым выпаром. Ввиду установленной рабочей температуры в результате этого процесса невозможно достичь абсолютной дегазации. Остается незначительное количество газов, особенно кислорода и углекислого газа. Настоятельно рекомендуется проводить последующую химическую обработку. Для больших установок или при крайне низком возврате конденсата по этой причине обычно применяются системы полной деаэрации. Они функционируют в диапазоне температур от 100°C до 110 °C. Устанавливаемый над емкостью с питательной водой деаэратор или дегазатор увеличивает площадь поверхности подпиточной воды или возвращаемого конденсата. Путем прямого воздействия пара находящаяся в емкости питательная вода доводится до температуры кипения. Образующийся при этом пар нагревает вновь поступающую воду, высвобождая газы, которые выходят в атмосферу через отверстие в верхней части дегазатора. При этом в атмосферу устремляется также пар (выпар), служащий в данном случае транспортирующей средой. Выход для выпара сконструирован таким образом, что даже при неблагоприятных условиях все высвобождающиеся газы выводятся наружу. Согласно литературе, поток выпара расходует до 0,5 % производимого котлом пара. После полноценно проведенной полной дегазации остаточным количеством кислорода и углекислого газа можно пренебречь. Последующие добавки строго дозированного количества химических веществ могут быть необходимы в незначительном объеме из соображений безопасности или точного соблюдения заданных параметров.
3.jpg 
Способность кислорода растворяться в чистой воде в зависимости от температуры, при давлении 1 бар (а) (источник: справочник WABAG по воде «WABAG-Handbuch Wasser»)

4.jpg
Cпособность двуокиси углерода растворяться в чистой воде в зависимости от температуры, при давлении 1 бар (а) (источник: T№V Nord)

3. Дозированные добавки химических веществ (для связывания O2 или CO2)
 
При применении различных физических методов подготовки воды связывание остатков кислорода и солей жесткости должно производиться, тем не менее, химическим способом.
Дополнительно необходимо подщелачивание (увеличение значения pH). До сих пор очень часто наблюдалась сильная передозировка химических добавок. Причинами этого, в основном, являются нерегулярный надзор и дозировка «опытным путем». В случае с остаточным содержанием кислорода причина крылась в отсутствии рентабельных методов анализа при прямых измерениях. Поэтому вместо остаточного содержания кислорода измерялось избыточное количество дозируемых веществ в котловой воде, чтобы обеспечить хотя бы циклично полное извлечение кислорода. Помимо завышенных расходов на химические добавки это приводило к недостаткам энергетического характера. Дело в том, что передозировка химических веществ во много раз повышала электропроводность (содержание солей), а также шламообразование, приводившее к энергетическим потерям из-за необходимости деминерализации или удаления шламов. Кроме этого, возможны проблемы в связи с образованием пены в котловой воде. Вследствие этого возможны отключения котла из-за нехватки воды или превышения максимального уровня воды. Попадание воды в систему ухудшает качество пара. Возможны паровые удары и повреждения подключенных потребителей.
5.jpg
Поражение участка дымогарной трубы, обусловленное воздействием кислорода


6.jpg
Сервисный модуль WSM-V производства «LOOS» для дегазации, создания запаса и химического кондиционирования котловой питательной воды, а также для расширения и охлаждения котловой воды в соответствии с температурным режимом

4. Анализ результатов измерений 

Для обеспечения необходимого качества котловой воды необходимо постоянно или периодически контролировать параметры воды. Нужно проверять основные параметры содержащейся в паровых котлах питательной и котловой воды, а также оборотной воды, циркулирующей в системе горячего водоснабжения, как например: значение pH, прямую электропроводность, кислотность, жесткость и содержание кислорода.Частота таких проверок должна определяться требованиями изготовителя или пользователя, а также соответствующих официальных инстанций. Сейчас такие проверки проводятся обычно вручную (за исключением электропроводности) и требуют, соответственно, больших затрат времени и сил. А ведь различные виды анализа воды должны проводиться ежедневно или (при не требующем надзора автоматизированном производстве) не реже чем раз в три дня. Для проведения измерений в стратегически важных местах системы должны быть предусмотрены места забора проб для анализа. Типичными местами забора проб являются: емкость для питательной котловой воды, продувочный штуцер котла, а также подпиточная вода, прошедшая через систему предварительной подготовки. Эти места для взятия проб должны быть оснащены подходящими охладительными приборами (охладителями проб воды), обеспечивающими корректное и безопасное взятие проб воды. Электропроводность непрерывно контролируется с помощью размещенного в верхней части объема котловой воды измерительного электрода. Общая жесткость, а также кислотность (р-значение) до сих пор измерялись обычно методом титрования стандартными растворами или фотометрическим способом с помощью подходящего измерительного прибора. При титровании рабочий раствор понемногу добавляется в исследуемую пробу до тех пор, пока не произойдет изменение цвета. На основании данных о количестве использованного рабочего раствора можно сделать вывод о кислотности или общей жесткости исследуемой пробы. Фотометрические методы функционируют аналогичным образом, однако, здесь измеряется интенсивность изменения окраски после обавления определенного количества реагента. То, что до сих пор можно было измерить лишь с помощью крайне дорогостоящих методов анализа, является содержание кислорода в воде. Все традиционные методы измерений требовали больших затрат времени и грешили большим количеством ошибок.
7.jpg
Новый прибор LWA для анализа воды,автоматического измерения и контроля качества котельной воды

5. Прибор для анализа воды «LOOS WATER ANALYSER» (LWA)

Новый прибор для анализа воды, разработанный специалистами компании «LOOS», устраняет все эти проблемы и автоматически проводит непрерывный анализ и контроль следующих параметров:

  • значение pH питательной воды.
  • содержание O2 в питательной воде.
  • остаточную жесткость подпиточной воды.
  • значение pH котловой воды.
Для этого были специально разработаны новые методы анализа:
Полное извлечение кислорода обеспечивается теперь не с помощью чрезмерного количества связывающих кислород веществ, а путем точного измерения фактического содержания O2. Измерительным электродом служит заполненный реагентом микроскопический стеклянный капилляр, генерирующий электрический ток за счет проникающего в него на основании диффузии кислорода. Этот ток измеряется, позволяя сделать точный вывод о содержании кислорода в пределах существенного для котельного оборудования диапазона 0,001 - 0,1 мг/л. Измерения жесткости производятся с помощью измерительного электрода c полимерной ионоселективной мембраной. Она способна пропускать только ионы жесткости Ca и Mg. Индуцируемое напряжение зависит от количества проходящих ионов и позволяет сделать вывод о жесткости воды. В диапазоне 0,0018 - 0,18 mmol/l (0,01 - 1°dH) надежно фиксируются любые изменения. Значение pH питательной и котловой воды измеряется с помощью pH-электрода измерения и сравнения, регистрирующего содержание в во-де положительно заряженных ионов водорода. И здесь индуцируется незначительное напряжение, позволяющее с уверенностью судить о значении pH в диапазоне от 7 до 14. Все электроды выполнены с автоматическим контролем. Через определенные промежутки времени проводятся автоматические равнительные замеры по отношению к сырой воде или самому себе, что гарантирует безупречное функционирование прибора. Различные измерительные электроды подвержены естественному износу. При этом стоимость запасных электродов сравнима с расходами на раствор индикатора и индикаторные полоски, используемые при ручном анализе воды. Все данные переносятся с помощью шины передачи данных в центральную систему управления «LOOS SYSTEM CONTROL» (LSC). И вместе с электропроводностью котловой воды и проводимостью или помутнением конденсатных потоков все важные данные собираются в LSC. Прибор для анализа воды LWA обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными ручными методами контроля, как то:

  • снижение опасности повреждения котла и оборудования за счет повышения эксплуатационной безопасности;
  • для получения надежных результатов ручные измерения должны проводиться силами хорошо подготовленного персонала. Часто случаются ошибки при взятии проб различной воды или обращении с рабочими растворами, которые ведут ксущественному искажению результатов;
  • использование прибора LWA для анализа воды, напротив, позволяет производить анализ автоматически, без всякого вмешательства, и получать точные результаты;
  • при нарушении предельно допустимых значений качества воды котельная установка включает систему самозащиты, и в зависимости от характера нарушения следуют конкретные меры. Например, в случае угрозы скачка жесткости немедленно перекрывается вентиль подачи подпиточной воды.
11.jpg
Модульная интеграция прибора «LOOS WATER ANALYSER» (LWA) в общую систему котельной установки производства «LOOS»

5.1 Менеджмент сообщений ошибках

При нарушении предельно допустимых значений все актуальные параметры передаются в запоминающее устройство центральной системы управления LSC. Это облегчает проведение анализа причин возникновения ошибок.

5.2 Протоколирование

Возможно непрерывное протоколирование данных. Через определенные интервалы времени они могут быть выведены на дисплей в виде графиков, переданы через шину передачи данных в центральную систему управления или через специальный интерфейс переданы для распечатывания на локальный принтер или экранный самописец. От ручных измерений и ручной регистрации параметров воды в котельном журнале можно отказаться. Следствием этого является сокращение расходов на заработную плату.

5.3 Задачи по настройке и управлению

На основе измеряемого качества воды может производиться настройка насосов для дозировки различных веществ. От передозировки химических веществ можно отказаться, т.к. измерения параметров воды проводятся напрямую. Следствием является резкое снижение расходов на дозируемые химические добавки, а также снижение потерь в связи с необходимостью продувки и промывки установки. Поток выпара рассчитан при нормальных условиях работы на расход примерно 0,5% номинальной производительности котла. Следствием является постоянная потеря энергии за счет поднимающегося выпара. Измерение содержания кислорода с помощью прибора LWA для анализа воды делает возможным целенаправленное управление вентилем выпара. В рамках предельно допустимых значений вентиль может быть закрыт. Вентиль выпара открывается только в случае нарушения предельно допустимых значений, т.е. тогда, когда дегазация действительно необходима, с тем чтобы дать возможность выхода из системы обогащенного кислородом и углекислым газом выпара. Следствием является значительная экономия расходов на топливо.

8.jpg
Центральная система управления установкой LSC собирает и запоминает данные по воде и выполняет задачи по защите, настройке и управлению.

5.4 Потенциал для экономии

Прибор LWA для анализа воды предоставляет огромный потенциал для экономии. В зависимости от размеров и оснащенности установки экономятся расходы на персонал, топливо и воду, что ведет к существенному сокращению сроков амортизации. При этом мы даже не берем во внимание увеличение эксплуатационной безопасности, достигаемое за счет корректного проведения анализа результатов измерений, и снижение количества неисправностей, обусловленных недостаточностью параметров воды.

Детальный расчет амортизации можно бесплатно затребовать 
по адресу: marketing@loos.de

6. Выводы

Перечисленные в первой части методы предварительной подготовки воды путем снижения жесткости, обессоливания, дегазации или добавок дозируемых химических веществ наглядно показывают, насколько трудно добиться требуемого качества котловой воды с помощью традиционных ручных методов. Таким образом, автоматизированный анализ с помощью прибора марки «LOOS» для анализа воды имеет следующие преимущества:

  • соответствующая потребностям дозировка химических веществ в зависимости от значения pH и содержание кислорода в питательной воде; отсутствие дорогостоящей передозировки и последующих затрат на продувку котла и удаление шламов.
  • автоматический контроль остаточной жесткости воды на выходе из установки снижения жесткости, функционирующей по принципу ионного обмена.
  • управление вентилем выпара в зависимости от содержания кислорода в питательной воде, во избежание ненужных энергетических потерь.
  • повышение эксплуатационной безопасности за счет корректного анализа результатов измерений.
  • экономия времени за счет автоматизации измерений.
  • снижение количества неисправностей, обусловленных недостаточностью параметров воды.
  • все данные непрерывного автоматического анализа воды могут быть выведены на экран центральной системы управления или переданы по шине передачи данных на принтер или экранный самописец, что позволяет отказаться от ручного ведения котельных журналов.
9.jpg
Параметры воды, поступившие в память системы LSC, могут быть наглядно представлены в виде графиков.

10.jpg
Система LSC держит под контролем все: многокотловые установки, анализ воды, предварительную подготовку воды, установки по дегазации, конденсатные установки, снабжение топливом.
š 

Возврат к списку