Промышленная подготовка воды

Природная вода используется в трех видах: атмосферная вода, содержащая минимальное количество примесей; поверхностная, содержащая минеральные и органические вещества; подземная – вода артезианских скважин, колодцев, ключей, с высоким содержанием минеральных веществ и низким содержанием органических.

Промышленная водоподготовка – это совокупность технических действий и физико-химических реакций, обеспечивающих улучшение качества воды и корректировку показателей состава воды до значений, устанавливаемых соответствующими нормативными документами. Правильно подготовленная вода позволяет увеличить срок службы оборудования, обеспечить высокое качество выпускаемой продукции и избежать санкций надзорных органов.

Промышленная водоподготовка - многоэтапный процесс. В каждом технологическом процессе требуется обеспечить различное качество используемой воды, поэтому подготовка воды осуществляется до минимально необходимого уровня для данного техпроцесса. На одном и том же промышленном объекте могут работать несколько систем водоподготовки, которые, однако, могут рассматриваться как части единой системы. Обобщенная система промышленной водоподготовки содержит три основные части:

• система забора воды из открытых водоемов или подземных источников и временное хранение воды в резервуарах-накопителях для последующей транспортировки (т. н. «первый подъём воды»);
• собственно водоподготовка; здесь осуществляется доведение параметров воды до требуемых значений;
• обеспечение бесперебойной подачи подготовленной воды в сеть потребителей (т. н. «второй подъём воды»).

На иллюстрации показана технологическая схема полной системы подготовки воды с включением контрольно-измерительного (датчики, расходомеры) и частично – исполнительного (насосы, мешалки) оборудования, необходимого для процесса водоподготовки.

Забор воды из источников – первый подъём воды

На этом этапе работы системы осуществляется забор воды и транспортировка подземной воды – из водозаборных узлов, и воды из открытых водоемов по водоводам в систему водоподготовки. Перекачка осуществляется насосными агрегатами при контроле уровня воды и скорости его изменения в водозаборных колодцах и резервуарах. Это дает возможность сбалансировать работу насосов для равномерного их износа, экономии электроэнергии, обеспечения суточного графика подачи воды потребителям, предотвращения аварий при наводнениях и усилении атмосферных осадков. Измерение уровня воды и скорости его изменения осуществляется: в водозаборных колодцах – гидростатическими погружными уровнемерами, а в водоводах – врезными гидростатическими уровнемерами с одновременным контролем температуры воды.

Это могут быть датчики типов NivoPress NP, NivoPress NZ, LMP 307, LMP 308, LMK 458, MPM 4811. Сводная таблица датчиков приведена в конечном разделе.

Постоянно контролируются и поддерживаются следующие параметры: давление в трубопроводах и расход воды. Для измерения давления рекомендуются врезные пьезорезистивные датчики типа NIPRESS. Для измерения расхода – расходомеры типа ISOMAG.

Водоподготовка

На этом этапе вода проходит несколько стадий очистки на различных видах фильтров и отстаивается в специальных отстойниках. При этом добиваются очистки от крупных механических примесей, удаления органических примесей – сорбционного осветления, удаления железа и солей. Обработка специальными приготовляемыми растворами реагентов позволяет провести умягчение воды, дегазацию и обеззараживание. Производится также корректировка кислотно-щелочного баланса. Задачи автоматизированной системы управления водоподготовкой сводятся на этой стадии в основном к следующим:

• поддержание скорости фильтрации на разных типах фильтров и учет отфильтрованной воды;
• дозирование и учет реагентов пропорционально расходу воды.

Регулирование скорости воды при прохождении фильтров и контактных осветлителей обеспечивается поддержанием её уровня в резервуарах и равномерным распределением по оборудованию. Автоматический вывод фильтров на промывку или регенерацию осуществляется по снижению качественных показателей отфильтрованной воды, либо по разнице показаний датчиков давления на входе и выходе фильтров – здесь также рекомендуются датчики типа NIPRESS.

Дозирование реагентов требует высокой точности из-за их токсичности и недопустимости передозировки. Подготовка растворов реагентов осуществляется во вспомогательных ёмкостях при контроле уровня посредством ультразвуковых преобразователей типа EchoTrek, Gauger GSM, SMARTScan 25/50 и других – см. сводную таблицу в последнем разделе.

Определение предельных уровней осуществляется посредством сигнализаторов вибрационного типа NIVOSWITCH или INNOLevel VIBRO-A, INNOLevel VIBRO-A TS, INNOLevel VIBRO-U.

После отстойников качественные показатели воды контролируются аналитическими датчиками. Основными показателями для дозирования реагентов являются величина электропроводимости жидкости и значение pH. Поэтому применяются аналитические преобразователи типов AnaCONT LEP и AnaCONT LCK.

В ёмкостях хранения подготовленной воды для поддержания давления в системе осуществляется непрерывный контроль уровня воды посредством ультразвуковых уровнемеров и определение максимального уровня заполнения с помощью магнитных поплавковых датчиков типов NivoMAG, FCH21PDD05X, FCH23FDD05X, FDMH50CBR и т. п. Расход очищенной воды также осуществляется датчиками ISOMAG.

Доставка воды потребителям – второй подъём воды

Теперь параметры воды доведены до требуемых норм. Задачей третьего этапа является бесперебойная транспортировка воды к потребителям в соответствии с технологическим регламентом. Насосные станции второго подъёма подают воду из резервуаров чистой воды в городской водопровод. При этом необходимо поддерживать следующие технологические параметры: давление в сети, расход и уровень в резервуарах, давление в территориально-распределенных точках.

Для поддержания расхода воды и давления в системе используются водонапорные башни и насосные станции. Для контроля давления, создаваемого пневматическими насосами, применяются все те же врезные пьезорезистивные датчики давления NIPRESS, что и на предыдущих стадиях водоподготовки. Непрерывный контроль уровня осуществляется ёмкостными уровнемерами стержневого исполнения типов NivoCap, FineTek EB, FineTek EB 43. Выбор датчиков для контроля заполнения и расхода воды в водонапорной башне обусловлен необходимостью учета реальных климатических условий эксплуатации этого оборудования и трудностями монтажа. В наибольшей степени подходят ультразвуковые уровнемеры типов, указанных в таблице следующего раздела и врезные гидростатические датчики уровня: NivoPress D, LMP331, LMP331i, LMK331, LMK351, EC1200, EC1500.

Измерение расхода воды – расходомер NIVOMAG.

Для повышения давления на отдельных участках сети могут использоваться дополнительные насосные станции «третьего подъёма». При этом в территориально-распределенных точках осуществляется дополнительный контроль давления.

Сводные таблицы преобразователей и сигнализаторов уровня, применяемых на стадиях промышленной водоподготовки

Гидростатические погружные уровнемеры с датчиками температуры, устанавливаемые в водозаборных сооружениях и водоводах на этапе первого подъёма воды.

Тип датчика	Диапазон измерений	Погрешность *	Температура процесса	Выходной сигнал	Способ установки
NivoPress NP	До 200 м в.ст.	± 0,25%	-10…+60°С	4…20 мА; HART	Погружной
NivoPress NZ	До 200 м в.ст.	± 0,25%	-10…+60°С	4…20 мА; HART	Врезка в водовод
LMP 307	До 250 м в.ст.	0,25…0,5%	-10…+70°С	4…20 мА	Погружной
LMP 308	До 250 м в.ст.	0,25…0,5%	-10…+70°С	4…20 мА	Погружной
LMK 458	До 200 м в.ст.	0,1…0,2%	-25…+125°С	4…20 мА	Погружной
MPM4811	До 200 м в.ст.	± 0,5%	-10…+80°С	4…20 мА	Погружной

* - погрешность в процентах от полного диапазона измерений.

Ультразвуковые датчики уровня, используемые для контроля уровня заполнения резервуаров на этапе водоподготовки.

Тип датчика	Диапазон измерения	Температура среды	Давление среды	Степень защиты чувствит. элемента	Сертифика-ция по ATEX	Тип интерфейса
EasyTREK	0,2…4м; 0,25…6м; 0,35…10м; 0,45…15м	-30…+90°С	0,5…3бар	IP68	Есть	4…20 мА; HART; 2 релейных выхода
EchoTREK	0,25…6м; 0,35…10м; 0,45…15м; 0,6…25м	-30…+90°С	0,5…3бар	IP68	Есть	4…20 мА; HART; 2 релейных выхода
INNOLevel ECHO	0,2…15 м	-20…+80°С	1 бар	IP65	Нет	4…20 мА; Modbus; 2 релейных выхода
Gauger GSM	0,15…9,5 м	-30…+70°С	0,5...5бар	IP68	Есть	MiniUSB; RS485; GSM; GPRS
Gauger 420	0,15…9,5 м	-30…+70°С	0,5...5бар	IP68	Есть	4…20 мА; miniUSB; HART; Modbus
ZMICROFLEX-C	0,45…11 м	-40…+70°С	0,25..3бар	IP67	Есть	4…20 мА; HART
SmartScan-25/50	0,6…10м; 0,4…12м; 0,6…25м; 0,6…40м	-40…+80°С	1 бар	IP67	Есть	4…20 мА; RS232; RS485; 5 релейных выходов.
SmartLite	0,6…10м; 0,4…12м; 0,6…25м; 0,6…40м	-40…+80°С	1 бар	IP67	Есть	4…20 мА; RS232; RS485; 5 релейных выходов.

Вибрационные сигнализаторы уровня, используемые во вспомогательных ёмкостях при подготовке растворов реагентов на этапе водоподготовки.

Тип датчика	Плотность среды	Температура процесса	Давление процесса	Степень защиты	Сертификация
NIVOSWITCH	Вязкость <1000 сСт	-40…+130°С	≤40 бар	IP67, IP68	ATEX
INNOLevel Vibro A	700 г/л	-40…+60°С	≤40 бар	IP65	Сертификат соответствия ГОСТ Р
INNOLevel Vibro A TS	>700 г/л	-40…+150°С	≤40 бар	IP65	Сертификат соответствия ГОСТ Р
INNOLevel Vibro-U	>700 г/л	-30…+80°С	≤20 бар	IP65	–

Магнитные поплавковые сигнализаторы уровня для ёмкостей хранения чистой воды.

Тип датчика	Плотность среды	Выходная нагрузочная способность	Сертификация
NivoMAG	>700 г/л	250 В / 10 А AC 220 В / 0,6 А DC	Разрешение Ростехнадзора
FCH21PDD05X	>650 г/л	240 В / 0,5 А; 50 ВА коммутируемая мощность	–
FCH23FDD05X	>850 г/л	240 В / 0,5 А; 50 ВА коммутируемая мощность	–
FDMH50CBR	>850 г/л	240 В / 0,5 А; 50 ВА коммутируемая мощность	–
FDMH50BR05X	>920 г/л	240 В / 0,5 А; 50 ВА коммутируемая мощность	–

Врезные гидростатические уровнемеры, используемые для контроля заполнения и опорожнения водонапорных башен на этапе второго подъёма – доставке воды потребителям.

Тип датчика	Диапазон измерения	Погрешность *	Температура процесса	Выходной сигнал	Сертификаты
Nivopress D	До 400 бар	±0,25%	-25…+125°С	4…20 мА; HART	Сертификат взрывозащиты, Свидетельство о внесении в реестр СИ РФ
LMP331	До 40 бар	±0,1% ... ±1%	-25…+125°С	4…20 мА; 0…20мА; 0…10В	Сертификат взрывозащиты, Свидетельство о внесении в реестр СИ РФ
LMP331i	До 40 бар	±0,1%	-25…+125°С	4…20 мА; HART; RS232; ModBus	Сертификат взрывозащиты, Свидетельство о внесении в реестр СИ РФ
LMK331	До 60 бар	±0,5% ... ±1%	-25…+80°С	4…20мА; 0…10В	Сертификат взрывозащиты, Свидетельство о внесении в реестр СИ РФ
LMK351	До 10 бар	±0,25% ... ±1%	-25…+125°С	4…20мА; 0…10В	Сертификат взрывозащиты, Свидетельство о внесении в реестр СИ РФ
EC1200	До 100 бар	0,3 %	-10…+150°С	4…20 мА	–
EC1500	До 100 бар	0,3 %	-10…+80°С	4…20 мА	–

* - погрешность в процентах от полного диапазона измерений.