ЕвроТехсервис

Автоматизация хво паровой котельной. Нижний Тагил

О.В. Бурмистрова, начальник химической службы
МУП «Тепло Коломны», г. Коломна

В сегодняшнем мире производство тепловой энергии неразрывно связано с таким ключевым сырьевым материалом как вода. Поэтому главным условием надежной и экономичной работы любого энергетического объекта является правильный выбор и продуманная схема водоподготовки. которая, вкупе с внедрением современных материалов и автоматизацией оборудования эффективно отразится на производственном процессе.

Водно-химический режим котлов и тепловых сетей - это, как известно, комплекс мероприятий по минимизации коррозионных процессов и процессов образования отложений в оборудовании. Чтобы уменьшить перечисленные выше негативные факторы, на объектах МУП «Тепло Коломны» многие годы большое внимание уделялось именно химводоподготовке, а в последнее десятилетие - ее автоматизации.

Одной из составляющих эффективной работы химводоподготовки с целью ее дальнейшей автоматизации является выбор качественного ионообменного материала, используемого в системах умягчения. Поэтому, работа с современными смолами различных марок стала предвестником к этапам автоматизации ХВО объектов предприятия. В конце 90-х, начале двухтысячных годов подбор ионообменных материалов проводился исходя, во-первых, из качества исходной воды и, во-вторых, из цены и качества смолы.

Полигоном для испытаний стала котельная № 1 - самая большая котельная предприятия, с тремя котлами ПТВМ-30М, открытым водоразбором и, соответственно, мощностью ХВО до 300 м 3 /ч, которая включает в себя Н+, Na-катионирование с декарбонизацией и вакуумной деаэрацией (рис. 1).

Рис. 1. Оборудование цеха ХВП котельной № 1, ул. Огородная, 86.

Исследования показали, что для нас весьма удачными являются макропористая карбоксильная катионообменная смола для Н-катионирова- ния (рабочая динамическая обменная емкость РДОЕ в среднем равна 2250 г-экв/м 3 ) и гелевая сильнокислотная смола на Na-катионирование. Такие материалы имеют не только высокую обменную емкость поглощения, но и характеризуются низким расходом реагентов и воды в процессе регенерации. Это позволило снизить удельные расходы соли на 15%, серной кислоты на 20%, воды собственных нужд на 30% (рис. 2).

Кроме того, необходимо отметить важность проделанной работы с точки зрения дальнейшей полной автоматизации ХВО, т.к. стабильность материала и большие циклы работы ионообменных фильтров выгодны для решения этой современной и нужной проблемы, если учесть к тому же готовность всего оборудования ХВО. К слову сказать, сегодня на котельной №1 автоматизированы все котлы и общая котловая схема котельной.

Параллельно с автоматизацией котельной проводилась поэтапная замена теплосетей, что существенно понизило величину подпиточной воды (рис. 3). В итоге, к 2009 г. на котельной прослеживалась явная невостребованность мощности ХВО, и это дало толчок к принятию кардинального решения по использованию глубоко обработанной воды данной котельной для подпитки близлежащих котельных меньшей мощности. Ими стали три котельные: № 4, 5, 6 (рис. 4).

Таким образом, было решено сразу несколько вопросов. Во-первых, увеличение нагрузки на ХВО котельной № 1 привело к более стабильной и экономичной работе ионообменных фильтров; во-вторых, данное радикальное решение позволило уменьшить эксплуатируемое число единиц оборудования трех котельных средней мощности, что существенно облегчает их дальнейшую полную автоматизацию.

Кроме того, необходимо учесть, что использование на котельных меньшей мощности обработанной воды большой котельной с серьезной системой ХВО экономически выгодно, т.к. уменьшаются затраты реагентов и воды собственных нужд на производство 1 м 3 обработанной воды.

В соответствии с поставленными задачами на объектах предприятия вот уже многие годы применяются всевозможные автоматические системы, такие как: установки ионного обмена и стабилизационной обработки воды - в борьбе с накипеобразующими солями, системы для связывания свободного кислорода - для предупреждения кислородной коррозии, системы поддержания рН среды - от углекислотной коррозии.

На воде с нашим химическим составом (а именно: с общей жесткостью от 6,5 до 12,0 град. Ж, карбонатной жесткостью примерно 70-80% от общей жесткости и железом менее 0,3 мг/л) надежно зарекомендовали себя применяемые в котельных с 2000 г. установки Na-катионирования зарубежного производства, преимущественно непрерывного действия. Им мы отдаем предпочтение, т.к. у них более тонкая настройка параметров технологических режимов, что позволяет получать глубоко умягченную воду и неплохие удельные расходы реагентов (рис. 5).

Если говорить о преимуществах перечисленных систем, то стеклопластиковые корпуса - хорошая защита от коррозии, а малогабаритность и, следовательно, небольшое количество ионообменного материала дает возможность использовать самые современные дорогостоящие смолы, о которых говорилось выше. Аккуратная эксплуатация данных автоматических систем, т.е. правильный подбор удельных расходов таблетированной соли, верно запрограммированные параметры регенераций, а также квалифицированный контроль в процессе работы, дали возможность снизить удельные расходы воды на собственные нужды на 30% (рис. 6).

Кроме того, снижение затрат на эксплуатацию автоматических систем ХВО связано с отсутствием постоянного обслуживающего персонала, хотя, конечно же, надо учесть, что контролирующий персонал должен иметь более высокую квалификацию и, как бы это ни было печально, автоматические ионообменные фильтры нероссийского производства.

Альтернативой автоматических установок ионного обмена в борьбе с накипеобразованием для подпиточной воды внешнего контура систем теплоснабжения на наших семи объектах более 15 лет успешно применяются системы автоматической стабилизационной обработки воды фосфонатами-ингибиторами, реагентами марок Аминат ОД и Гулуфер 422.

Насосы-дозаторы - это надежные автоматические системы для дозируемого впрыска органофосфонатов, необходимых для связывания солей жесткости. Чтобы избежать передозировки реагентов, а, следовательно, повышения электропроводности воды или выпадения шлама, сделать эксплуатацию данных систем более надежной, дозирующие установки включаются в работу от сигнала счетчика воды. Внедрение данной автоматической технологии ликвидировало основные недостатки технологии умягчения воды методом ионного обмена - значительное количество высокоминерализованных сточных вод и большой расход воды на собственные нужды химводоочистки.

Накипеобразование - это не единственная проблема теплоэнергетических объектов. Поэтому, нас, как и всех «теплоснабженцев», вопросы борьбы с коррозией не обходят стороной. Коррозия металла имеет много видов. Очень редко приходится сталкиваться только с одним фактором, вызывающим коррозию. И все же к основным из них можно смело отнести растворенный в воде кислород и присутствие углекислоты при низком значении рН среды. Чаще всего для дегазации воды в котельных используется термическая вакуумная деаэрация, которая напрямую связана с температурой и давлением в рабочей системе (рис. 7).

Практика эксплуатации вакуумных деаэраторов на наших котельных с центробежно-вихревыми головками конструкции Зимина (мы их применяем с 1986 г.) показала, что даже незначительные колебания параметров работы аппарата приводят к скачкам концентраций остаточного кислорода, а в дальнейшем - к проскоку углекислого газа (рис. 8).

Кроме того, автоматизация котельной, имеющей в своей схеме вакуумный деаэратор, является весьма сложным процессом и оправдана только на больших котельных. Избежать этих проблем нам помогло внедрение на ряде котельных средней и малой мощности альтернативного способа борьбы с коррозионно-активными газами, а именно - автоматическое дозирование насосами-дозаторами (о которых указывалось выше) химических реагентов связывания кислорода и поддержания рН среды, которое стало надежным и эффективным методом борьбы с коррозией оборудования (рис. 9).

В качестве реагента для связывания растворенного кислорода до нормы не более 50 мкг/л на предприятии используется Аминат КО-2. Контроль дозирования проводится по остаточному содержанию кислорода в обрабатываемой воде (рис. 10). Практика эксплуатации реагента в наших условиях, где содержание исходного кислорода колеблется в интервале 5-7 мг/л, показала, что оптимальный удельный расход композиции составляет 0,025 кг/м 3 .

Для защиты оборудования от углекислотной коррозии необходимо поддерживать уровень водородного показателя рН воды закрытых систем теплоснабжения в диапазоне 8,3-9,5. Для этих целей на наших объектах с помощью все тех же насосов-дозаторов применяется коррекционная обработка подпиточной воды щелочным реагентом Аминат КО-5. Контроль дозирования проводится нами с помощью измерения рН обработанной воды (рис. 11). Практика эксплуатации этого реагента в наших условиях показала, что оптимальный удельный расход композиции составляет 0,022 кг/м 3 .

Опираясь на полученные результаты, наши специалисты сделали вывод, что химический метод обработки воды от коррозионно-активных газов может применяться как самостоятельный способ на котельных с небольшими подпитками или как дообработка после вакуумной деаэрации. В особенности он очень удобен на полностью автоматизированных небольших котельных. Таких объектов у нас 9. Надо только не забывать о качественном инструментальном контроле воды и аккуратной, квалифицированной эксплуатации данных систем.

Жизнь водоподготовки нашего предприятия не стоит на месте, а постоянно совершенствуется и развивается. К 2013 г. 22 объекта МУП «Тепло Коломны» работали в автоматическом режиме, и это в основном, так называемые «средние» и «малые» котельные.

Настало время для автоматизации ХВО больших котельных. Несмотря на сложность такой работы, в этом же году было принято решение ее начать. Полигоном для воплощения этой технической идеи выбрана Котельная № 3, ул. Гагарина, с тремя котлами ПТВМ-30М, т.к. старая система ХВП, работающая здесь с 1985 г. морально и физически устарела (рис. 12).

Рис. 12. Система ХВО котельной № 3: а - до реконструкции, б - после.

Стоял вопрос по замене 6 классических фильтров диаметром 1,5 м, солерастворителя и солевого насоса. Исходя из таких условий, для котельной целесообразнее всего было установить на ХВО 6 автоматических установок одноступенчатого Na-катионирования диаметром 30 дюймов с регенерацией по объему фильтрата. Для регенерации решено было использовать существующее солевое хозяйство, заменив солерастворитель на автоматическую установку из двух фильтров осветления солевого раствора ям. Для подачи раствора вместо существующего изношенного установить немецкий дозировочный насос. Преимущества данного решения:

■ возможность полной автоматизации;

■ отсутствие коррозии оборудования;

■ облегченная система монтажа;

■ резкое сокращение затрат на приобретение современного вида оборудования по сравнению со старыми модификациями.

Вся работа разделилась на два этапа.

В рамках инвестиционной программы МУП «Тепло Коломны ОИС» «Развитие системы теплоснабжения 2013-2015 гг.» на период осень-зима 2013 г. пришелся первый этап работ. демонтаж старого оборудования ХВО и монтаж нового, которое способно при необходимости готовить до 80 м 3 /ч обработанной воды. Новизна работы в том, что позволяет использовать уже имеющиеся ямы мокрого хранения технической соли и отказаться от применения в технологическом процессе дорогостоящей таблетированной соли. Помимо прочего, все трубопроводы и арматура выполнены из поливинилхлорида, а для монтажа применен метод химического склеивания (рис. 13).

После первого этапа капитального ремонта существенно облегчилась работа аппаратчиков. Все регенерации, т.е. технологические процессы на фильтрах, стали идти автоматически, а обслуживающему персоналу достались операции по переключению фильтров, приготовлению солевых ям и заполнению солевых баков концентрированным раствором соли. Безусловно, весь химический контроль остался за ними.

В результате завершения первого этапа работ на котельной № 3 появилась современная, полуавтоматическая, компактная и поддающаяся дальнейшей автоматизации Na-катионитная система обработки подпиточной воды. Поэтому в начале 2014 г. было принято решение о дальнейшей автоматизации ХВО котельной.

Цель второго этапа работ - добиться автоматического управления работой всех фильтров и солевым хозяйством в целом.

Рис. 14. Контрольная система автоматического регулирования ХВО: а - блок управления и контроля за состоянием фильтров; б - щит управления автоматической системы солевого хозяйства; в - ультразвуковой датчик уровня раствора.

За рабочими фильтрами, т.е. последовательностью их включения и выключения, выходом на технологические режимы и контролем за объемами обрабатываемой воды начал «следить» американский системный контроллер. На рис. 14а представлен дисплей контроллера, который показывает текущую производительность установки и в каком состоянии находятся все 6 фильтров. Установили и свой контроллер с блоком управления на солевом хозяйстве котельной, который руководит заполнением баков-мерников солевого раствора из солевого хранилища автоматически от ультразвукового сигнала (рис. 14б). Ультразвуковые датчики уровня растворов установлены в крышках каждого солевого бака и у нас на объектах используются впервые (рис. 14в).

Второй этап работы - это интересная, новая и сложная для всех работа. На сегодняшний момент система ХВО одной из самых больших котельных нашего города полностью работает в автоматическом режиме. Объем подготавливаемой воды, а, следовательно, количество одновременно работающих фильтров автоматически регулируется уровнем аккумуляторного бака котельной и зависит от подпитки сети. Все технологические переключения на ионообменных фильтрах проходят в автоматическом режиме от сигнала системного контроллера. Вспомогательные процессы солевого хозяйства Na-катионирования также идут от своего системного контроллера.

За год эксплуатации удельные расходы соли (0,9 кг/м 3 ) и затраты на этот реагент остались неизменными, т.к. не пришлось переходить на таблетированную соль. А вот удельные расходы на воду собственных нужд ХВО и, соответственно, затраты на нее сократились на 8%.

Надеемся, что развитие ХВП на нашем предприятии не остановится. Есть еще много нерешенных вопросов, есть желания и есть объекты для их воплощения. Ведь ни в коем случае нельзя забывать, что вопросы по повышению эффективности производства тепловой энергии невозможно решить без усовершенствования такой важной составляющей данного производства, и сегодняшние возможности производства материалов и оборудовании для химводоочистки способствуют этому.

О.В. Бурмистрова, Автоматизация водоподготовки котельных для повышения эффективности производства тепловой энергии

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №07 (179) 2015 г. www.rosteplo.ru/nt/179