Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Обзор существующих методов флотационной очистки сточных вод
• 2. Описание технологического процесса
• 2.1 Структура очистных сооружений комбината
• 2.2 Производственные операции, осуществляемые флотатором
• 2.3 Характеристика и конструкция флотатора
• 3. Процесс флотационной очистки - как объект автоматического управления
• 3.1 Основные режимы работы флотационной установки
• 3.2 Система управления процессом флотационной очистки
• 4. Структура АСУТП процесса флотационной очистки
• 4.1 Структура АСУТП
• 4.2 Общая структура системы АСУ
• 5. Модернизация существующей флотационной установки
• 5.1 Причины модернизации
• 5.2 Система управления процессом дозировки
• 6. Модернизация узла дозирования флокулянта и системы автоматического управления дозированием флокулянта
• 6.1 Исходные данные для модернизации
• 6.1.1 Параметры процесса подачи на флотатор избыточного ила:
• 6.1.2 Существующая система автоматического управления подачей избыточного ила
• 6.1.3 Механические и технологические параметры процесса дозирования флокулянта:
• 6.1.4 Основная текущая процедура управления производительностью установки дозирования флокулянта
• 6.2 Предлагаемая схема модернизации узла дозирования раствора флокулянта
• 6.3 Предлагаемая конструкция узла измерения расхода флокулянта
• 6.3.1 Выбор типа, марки и модели измерителя расхода раствора флокулянта
• 6.3.2 Конструкция узла измерения расхода раствора флокулянта
• 6.3.3 Требования к процессу сборке и монтажа узла измерения расхода флокулянта
• 6.4 Модернизация автоматизированной системы управления установкой напорной флотации в части управления дозированием раствора флокулянта64
• 6.4.1 Доработка аппаратной части контроллера автоматической системы управления установкой напорной флотации
• 6.4.2 Изменение схемы регулирования производительности дозирующих насосов
• 6.4.3 Дополнительные сигналы блокировок и блокировки
• 7. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
• 7.1 Оценка безопасности и экологичности проекта
• 7.2 Условия труда на рабочем месте
• 7.3 Производственное освещение
• 7.4 Анализ шума на рабочем месте
• 7.5 Анализ воздействия электромагнитных излучений
• 7.6 Санитарные нормы рабочей зоны помещения
• 7.6.1 Санитарно-технические требования к территории предприятий, к их зданиям и сооружениям
• 7.6.2 Расположение объектов - источников выделения вредностей. Санитарно-защитные нормы
• 7.7 Анализ электробезопасности на рабочем месте
• 7.8 Пожарная профилактика
• 7.9 Организация рабочего места
• 8. Экономическая оценка проекта
• 8.1 Концепция экономического обоснования
• 8.2 Трудоемкость и календарный план
• 8.2.1 Трудоемкость
• 8.2.2 Календарный план выполнения проекта
• 8.3 Смета затрат на проведение проекта
• 8.3.1 Статья ”Материалы”
• 8.3.2 Статья “Спецоборудование”
• 8.3.3 Статья “Расходы на оплату труда”
• 8.3.4 Статья «Отчисления на социальные нужды» (единый соц. налог)
• 8.3.5 Статья “Работы выполняемые сторонними организациями”
• 8.3.6 Статья “Командировочные расходы”
• 8.3.7 Статья “Прочие прямые расходы”
• 8.3.8 Статья “Накладные расходы”
• 8.4. Экономическая оценка эффективности проекта
• 8.4.1 Количественная эффективность
• 8.4.2 Качественная оценка экономической эффективности
• 8.4.3 Количественная оценка экономической эффективности
• Выводы
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Введение

Современное развитие жилых комплексов, производственных предприятий, агропромышленных комплексов невозможно без внедрения природоохранных систем, что напрямую связано со строительством сооружений для очистки сточных вод. Серьезную проблему представляют вопросы утилизации осадков сточных вод. Из-за сложности, трудоемкости и энергоемкости процессов обработки осадков, а также наличия в них загрязняющих веществ промышленного происхождения накладывается множество ограничений на выбор способа утилизации. Основными задачами обработки осадков, особенно избыточного активного ила, являются: максимальное сокращение их объемов, а также обеспечение экологической и санитарной безопасности при последующей утилизации. Поэтому разработка эффективной технологии сгущения избыточного активного ила является одной из важнейших задач, которую приходится решать при проектировании очистных сооружений бытовых и промышленных сточных вод.

Многие предприятия сбрасывают неочищенные сточные воды, таящие в себе бактериальные и органические загрязнения, а также соединения азота и фосфора, что ухудшает экологическую обстановку прилегающей территории. Это создает угрозу санитарному и экологическому благополучию, поэтому законодательные и природоохранные органы выдвигают повышенные экологические требования по отношению к различным производствам.

Вот почему проблема промышленной очистки сточных вод стоит достаточно остро и установка эффективных очистных сооружений - неизбежная проблема, с которой сталкивается руководство различных промышленных предприятий. Системы очистки воды позволяют сократить платежи за сброс загрязняющих веществ и избавить предприятие от штрафов со стороны природоохранных органов.

Очистка промышленных сточных вод является комплексной задачей и зависит от типа производства, исходного сырья, от места его размещения, требований к качеству и объемов очищаемых сточных вод и всегда требует индивидуального подхода. Для каждого производства необходимы свои методы очистки сточных вод, так как для разных отраслей промышленности характерен различный состав стоков.

Эффективное решение проблемы очистки промышленных сточных вод возможно при соблюдении ряда условий:

· Грамотный выбор технологии очистки промышленных сточных вод (минимизация стоимости очистного оборудования и применяемых расходных материалов, минимизация площадей).

· Подбор очистного оборудования с высокой эффективностью степени очистки сточных вод - на базе очистного оборудования с флотацией.

· Соблюдение технологии очистки сточных вод.



1. Обзор существующих методов флотационной очистки сточных вод

Одним из широко применяемых методов очистки сточных вод является флотация. Это сложный физико-химический процесс, основанный на слиянии отдельных частиц примесей под действием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося на поверхности флотатора пенного слоя. Этот процесс происходит в три стадии: сближение пузырька воздуха и частицы в жидкой фазе, контакт пузырька с частицей и прилипание пузырька к частице.

Применение флотаторов обусловлено тем, что при флотационной обработке наряду с повышенными концентрациями нефтепродуктов и взвешенных веществам эффективно удаётся скоагулировать, окислить и удалить загрязнители специфичные для производства (железо, марганец, ХПК, БПК и д.р.).

Различают несколько видов флотации: вакуумная (безнапорная), напорная и электрофлотация.

Вакуумная флотация - во время процесса в камере флотатора понижают давления ниже атмосферного, при этом выделяется растворенный в воде воздух. Это происходит в спокойной среде, в результате чего улучшается агрегирование комплексов частица-пузырек и не нарушается их целостность вплоть до достижения ими поверхности жидкости.

Напорная флотация на флотационных установках - процесс очистки происходит в две стадии: насыщение воды воздухом под давлением, при которой взвеси из воды всплывают с помощью пузырьков газа. Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде.

Основными элементами напорной флотационной установки являются напорный резервуар для предварительного насыщения воды воздухом и флотационный резервуар (флотатор) для образования флотоагрегатов и выделения их из воды.

В зависимости от выбранной потребителем технологии обработки сточной воды, флотатор может быть применен совместно с оборудованием для очистки, использующим другие методы (например, электрокоагуляцию, гальванокоагуляцию, нейтрализацию или последующей глубокой сорбционной очисткой др.). При этом флотаторы могут быть разнообразных форм и конструкций.

Электрофлотация - процесс очистки воды заключается в следующем: через жидкость пропускают постоянный электрический ток, при этом она насыщается пузырьками водорода, образующегося на катоде. Электрический ток изменяет химический состав жидкости, свойства и состояние нерастворимых примесей.

Большой выбор технологий водоочистки позволяет подобрать оптимальный вариант для каждого заказчика.

Большой выбор технологий водоочистки позволяет подобрать оптимальный вариант для каждого заказчика. Характеризуются образованием малорастворимой твердой фазы, на поверхности или внутри которой задерживаются коллоидные и (или) растворенные загрязнения. Эта фаза создается за счет введения специальных реагентов.

Осадительные методы широко распространены в подготовке питьевой воды, а также воды для технических целей. Эти методы дают хорошие результаты по выведению коллоидных и взвешенных частиц.

Достоинствами этих методов промышленной водоочистки являются: низкая стоимость, использование широко распространенного и отработанного оборудования и доступных реагентов.

Недостатками являются: низкая эффективность, малая производительность и большое количество отходов.

Для увеличения производительности и уменьшения объема отходов вводят специальные вещества - флокулянты, представляющие собой растворимые высокомолекулярные вещества, молекулы которых обладают в растворенном виде зарядом.

Различают три основных осадительных метода: коагуляция, флокуляция и химическое осаждение.

Коагуляция - образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с адсорбированными на них коллоидами загрязнений и соосажденными гидроксидами тяжелых металлов.

Флокуляция - процесс агрегатации частиц, в котором в дополнение к непосредственному контакту частиц происходит их адсорбционное взаимодействие с молекулами высокомолекулярного вещества, называемого флокулянтом.

Химическое осаждение - образование и осаждение в жидкой фазе малорастворимых кристаллических осадков с соосажденными ионами загрязнений.

Коагуляция

При коагуляции в раствор вводятся специальные реагенты, при взаимодействии которых с водой образуется новая малорастворимая высокопористая фаза, как правило, гидроксидов железа или алюминия. Происходит также соосаждение тяжелых металлов, по свойствам близких к вводимому в раствор коагулянту.

В качестве коагулянтов обычно используют соли слабых оснований - железа и алюминия - и сильных кислот: Fe2(SO4)3, FeCl3, FeSO4, Al2(SO4)3, AlCl3.

Для любого процесса коагуляции первостепенное значение имеет выбор дозы коагулянта и рН воды. Как правило, они подбираются при пробной коагуляции.

Контактная коагуляция

Сократить объем используемого оборудования и расход реагентов позволяет так называемая контактная коагуляция. Она реализуется при введении раствора коагулянта перед механическим фильтром, на котором происходит процесс роста хлопьев и их осаждение.

Флокуляция

Флокуляция - процесс агрегатации частиц, в котором в дополнение к непосредственному контакту частиц происходит их адсорбционное взаимодействие с молекулами высокомолекулярного вещества, которое называют флокулянтом.

При введении флокулянта резко ускоряется процесс образования и осаждения хлопьев при коагуляции, увеличивается плотность агрегатов и осадков, расширяется диапазон рН эффективного действия коагулянтов.

Флокулянты бывают неорганическими и органическими, природными и синтетическими, ионогенными и амфотерными.

Неорганические флокулянты - активная кремниевая кислота АКФК;

природные - крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).

Синтетические представляют собой органические водорастворимые высокомолекулярные соединения с молекулярной массой от десятков тысяч до миллионов дальтон. Они получили наибольшее распространение из-за лучших флокуляционных свойств и широкого выбора различных модификаций



2. Описание технологического процесса

2.1 Структура очистных сооружений комбината

Биологические очистные сооружения ОАО «Светогорск» представляют собой классическую схему (рисунок 2.1.1) с использованием первичных отстойников, аэротенков с активным илом с последующим илоразделением на вторичных отстойниках. Уплотнение осадка и избыточного ила производится в гравитационных илоуплотнителях. Доочистка воды перед сбросом в реку производится на флотофильтрах.

Рисунок 2.1.1 Классическая схема очистных сооружений

В распредчашу поступают сточные воды комбината ОАО «Светогорск» и завода СГИ SCA Hygiene Products. Также в распредчашу подаются внутренние оборотные воды - надиловая вода от илоуплотнителей первичного осадка и избыточного ила, а также промывные воды флотофильтров.

В первичных отстойниках радиального типа происходит очистка от взвешенных частиц. Используются первичные отстойники 1-3.

Осветленная вода подается в камеру нейтрализации, где дозируются растворы биогенных добавок - аммиачная вода и фосфорная кислота. Сточные воды поступают на биологическую очистку, состоящую из преаэратора 1-2 и аэротенка 1-4. Подача кислорода в аэротенк осуществляется поверхностными турбоаэраторами устаревшей конструкции ш3500 мм, N = 110 кВт. Концентрация иловой смеси в среднем поддерживается 4 г/л.

Иловая смесь поступает на илоразделение во вторичные отстойники радиального типа. Используются вторичные отстойники №1-5. Концентрация ила после вторичных отстойников в среднем 10 г/л. Возвратный ил подается в преаэраторы 1-2 и аэротенк 1-4. Избыточный ил подается в илоуплотнитель.

Вода после вторичных отстойников поступает на доочистку на флотофильтрах, где проходит безреагентную флотационную очистку с последующей фильтрацией через песчаную загрузку. Промывная вода с флотошламом подается в голову очистных сооружений.

Осадок из первичных отстойников подается в гравитационный илоуплотнитель радиального типа. Надиловая вода поступает в голову очистных сооружений. Уплотненный осадок перекачивается на сгущение на винтовые прессы.

Избыточный ил из вторичных отстойников подается в гравитационный илоуплотнитель радиального типа. Надиловая вода поступает в голову очистных сооружений. Уплотненный избыточный ил перекачивается на сгущение на винтовые прессы.

Два на винтовых пресса распологаются в цеху МТК. Для увеличения обезвоживающей способности к первичному осадку и избыточному активному илу добавляются отходы САЦ и опилки. Для обезвоживания используется раствор флокулянта.

В дипломном проекте мне бы хотелось рассмотреть работу флотационной установки цеха обработки избыточного ила.

2.2 Производственные операции, осуществляемые флотатором

Флотатор SDC-49 (поз. 07-1101) представляет собой цилиндрический корпус высотой до 3,5 м, диаметром 15 м и площадью 182 м². Специально для целей илоуплотнения флотатор SDC-49 имеет большую площадь открытой поверхности воды и увеличенное время пребывания.

После основных очистных сооружений избыточный активный ил из существующего приемного резервуара КНС 3 (поз. 07-142) насосом (поз. 07-Р1102, Q=100м3/час, H=25м) через камеру гашения напора (поз. 07-Т1007) поступает по трубопроводу на илоуплотнение во флотатор SDC - 49 (поз. 07-1101).

Трубопровод подачи избыточного ила Ду300 на уплотнение идет от камеры гашения, проходит через здание, опускается вниз и по каналу выходит под флотатором. В этот же трубопровод подается 2 трубопроводами Ду150 насыщенная растворенным воздухом в 2 установках АДТ-2500 приготовления водовоздушной смеси (поз. 07-1102, 07-1103) осветленная вода после илоуплотнения и 3 трубопроводами Ду25 раствор флокулянта после станции приготовления раствора СПФА-2000 (поз. 07-1100).

Рисунок 2.2.1 Схема процесса флокуляции (укрупнения) иловых частиц полимером

После узла смешения в подающем на флотатор трубопроводе и затем во флотаторе идут параллельно 2 процесса - флокуляции (укрупнения частиц ила) и флотации (подъем частиц ила с пузырьками воздуха).



Рисунок 2.2.2 Схема подводящих и отводящих патрубков флотатора с указанием уровней различных фаз

Из центральной распределительной колонны смесь распределяется по всему объему флотатора. Во флотаторе происходит интенсивное разделение иловой смеси.

Хлопья ила, увлекаемые воздухом, поднимаются на поверхность воды и образуют устойчивый слой флотошлама - фазу 1 (см. рисунке 2.2.2). По рельсу цилиндрической части вращается каретка, на которой установлен спиральный сборник. Вращаясь, спиральный сборник зачерпывает флотошлам и сбрасывает его в центральную трубу для вывода из флотатора. Уровень и скорость вращения спирального сборника регулируются, так что концентрация флотошлама держится постоянно высокой. Флотошлам выходит из флотатора самотеком и по трубопроводу Ду 200 попадает в бак 34 м3 (поз. 07-Т1002) сфлотированного избыточного активного ила и донного осадка.

Вода без загрязнений - фаза 2 (см. рисунке 2.2.2) собирается в кольцевой трубе “постоянной скорости”. Вода выходит из флотатора самотеком через регулируемый перелив “стакан в стакане”, установленный на наружной стенке флотатора. За счет перелива можно регулировать уровень во флотаторе. Рабочий уровень во флотаторе составляет 300 мм от зеркала верхнего фланца боковой стенки флотатора. Из ванны системы “стакан в стакане” поток осветленной воды разделяется на два: первый по трубопроводу Ду 200 направляется самотеком в промежуточный сборник очищенных сточных вод БХТММ объемом 60 м3 (поз. 07-Т1003), второй по трубопроводу Ду 250 направляется самотеком на установки приготовления водовоздушной смеси АДТ-2500. Из бака (поз. 07-Т1003) сток прошедший 1-ую ступень биологической очистки насосами (поз. 07-Р1010, 07-Р1011, Q=500м3/час, H=20м) перекачивается на станцию нейтрализации, где, смешиваясь со стоками комбината проходит 2-ую ступень биологической очистки на существующих аэротенках №№ 1-4.

Часть иловых частиц по различным причинам (неразвитая поверхность из-за нехватки флокулянта, нехватка растворенного воздуха) оседает на дно флотатора и образует донный осадок - фаза 3 (см. рисунке 2.2.2), который собирается донным скребком в приямок отвода донного осадка. С приямка по трубопроводу Ду150 донный осадок под действием гидростатического давления идет вдоль подземного канала в здание и через промежуточный пережимной клапан (поз. 07-HSV9107) заходит в бак 34 м3 (поз. 07-Т1002) сфлотированного избыточного активного ила и донного осадка. Время сброса и время промежутков между сбросами донного осадка задается оператором на основании текущей ситуации на флотаторе (уровень донного осадка и концентрация).

Из бака (поз. 07-Т1002) сфлотированного активного ила, биошлама и донного осадка (избыточный активный ил обеих систем биологической очистки) перекачивается насосами (Q=45 м³/ч, H=70 м). Один насос работает, один насос находится в горячем резерве. Производительность насосов регулируется частотными преобразователями для поддержания уровня в баке

Для защиты в зимних условиях флотатор SDC-49 оборудован пластиковой вращающейся крышкой (GRP). Дополнительная задача крышек - герметизация флотатора SDC-49 для запирания дурнопахнущих газов. В случае использования крышек для удаления дурнопахнущих газов канал гидрозатвор крышек необходимо заполнить водой, а патрубок отвода газов подключить к вентилятору.

Раствор флокулянта подается дозирующими насосами со станции приготовления флокулянта 2000 л/час (поз.07-1100), которая готовит 0,1% раствор флокулянта. Второй насос установлен в резерве. Переключение насосов производится ручными задвижками. Данные насосы являются насосами мембранного типа и имеют пульсационную подачу, поэтому на нагнетательном трубопроводе установлены демпферы расхода.

Расход флокулянта на флотатор регулируется автоматически частотным преобразователем пропорционально расходу стока от расходомера и заданию оператора. Расходомер установлен на трубопроводе из приемного резервуара КНС 3 (поз. 07-142), после насоса (поз. 07-Р1102). Его данные заносятся в ШУ и программа, учитывая коэффициент заданный оператором регулирует ЧП нагрузку на привод дозирующих насосов (поз. 07-Р1112, поз. 07-Р1113, Q=0,5м3/час, H=30м).

Подача раствора флокулянта производится в подающий трубопровод непосредственно перед флотатором (1 врезка, Ду25) и в трубопроводы подачи водовоздушной смеси (2 врезки, Ду25), соответственно со своими шаровыми отсечными задвижками, которые позволяют регулировать подачу раствора флокулянта в любую из 3 точек, или сразу в три и другие комбинации оптимальные для отладки режимов флокуляции.

При определенных условиях в флотаторе SDC-49 можно достичь концентрации флотошлама до 100 г/л т.е. 10%. В реализованной конструкции флотатора этот флотошлам не будет обладать достаточной текучестью, поэтому наиболее целесообразная концентрация активного ила в системе флотационного илоуплотнения ОАО «Светогорский ЦБК» должна лежать в пределах 30-60 г/л т.е 3-6%.

При появлении сигнала о повышенной толщине уплотненного ила сборник флотошлама начинает отбирать повышенное количество шлама, вращаясь при этом с повышенной скоростью. При снижении толщины флотошлама сборник, соответстветственно заданию при этом снижается скорость сборника. Этим предотвращается попадание слоя активного ила в очищенную воду и поддерживается его концентрация при сгущении.

В случае наличия повышенного уровня активного ила в баке 34 м3 (поз. 07-Т1002) сфлотированного избыточного активного ила и донного осадка - приемнике (не справляются насосы поз. 07-P1105, 07-P1106 откачки на обезвоживание) автоматика снижает поступление иловой смеси на илоуплотнение и уменьшает скорость сборника.

Уплотненный избыточный ил концентрацией 3-5% перекачивается на обезвоживание, в процессе которого ожидается получить сухость кека около 30%. Предварительное уплотнение на флотаторе SDC-49, разумеется, снизит эксплуатационные затраты на получение такой сухости.

Промежуточный резервуар опорожнения

Все переливы, сливы флотаторов и баков насосной станции флотаторов, дренаж и аварийные сливы собираются в промежуточном резервуаре опорожнения 45 м³ (поз. 07-Т1005).

Задача резервуара - перехватить любые сливы и переливы и не допустить их попадания в реку.

Из резервуара стоки перекачиваются насосами (поз. 07-1117, 07-1118, Q=200 м³/ч, H= 30 м). Один насос работает, один насос находится в горячем резерве. Производительность насосов регулируется частотными преобразователями для поддержания уровня в резервуаре. Откачка производится на станцию нейтрализации (2-ая ступень биологической очистки)

Установки растворения воздуха ADT-2500

Флотатор SDC-49 оснащен двумя установками ADT-2500 поз. 07-1102 и 07-1103.

В работе задействованы обе установки ADT-2500 (см. рисунке 2.2.3).

Подача рециркуляционной воды на установки ADT-2500 производится насосом (Q=210 м3/ч, H= 65 м). Работа насоса в непрерывном режиме.

Работа насоса разрешена только при подаче сжатого воздуха. Сжатый воздух подается на две установки ADT-2500 от компрессора (Q=75 нм3/ч, Р= 8 бар) через ресивер.

Сжатый воздух подается на пневмопанель установки ADT-2500.

В состав пневмопанели установок ADT-2500 (поз.07-1102, 07-1103) входят:

1. Линия подачи воздуха на растворение.

- реле давления, блокирующее рециркуляцонный насос при падении давления ниже установленного задания (поз. 07-PS9111),

- редуктор давления сжатого воздуха, устанавливающий максимальное давление сжатого воздуха (7-8 бар),

- соленоидный клапан (поз. 07-НS9113), открывающий подачу воздуха на установки ADT-2500,

- по 4 ручных регулирующих игольчатых клапана на каждую установку ADT-2500, регулирующие расход воздуха, подаваемого на растворение,

- по 4 ротаметра на каждую установку ADT (1,5-3 нм³/ч)

- по 4 обратных клапана,

- по 4 запорных шаровых клапана.

2. Линия питания клапана сброса донного осадка (поз. 07-HSV9107).

- редуктор давления сжатого воздуха, устанавливающий максимальное давление сжатого воздуха (2 бара),

- соленоидный клапан, открывающий подачу воздуха.

Для растворения в установках ADT используется технологический воздух.

Для контрольных клапанов используется осушенный КИП воздух.

Для контроля работы установок ADT установлены аналоговые датчики давления (поз. 07-PI9116, 07-PI9123), дублированные дифманометрами.



Рисунок 2.2.3 Установка растворения воздуха АДТ-2500

2.3 Характеристика и конструкция флотатора

Конструкция флотаторов. В состав флотационных установок входят флотационные камеры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы подготовки и распределения водовоздушного раствора, устройства для удаления и отвода пены. Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые или прямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным направлением движения воды.

Тип - флотатор Sedicell,

Марка - SDC-49,

Количество сборников флотошлама - 1 на флотатор,

Схема насыщения воздухом - напорная рецикловая,

Задача: уплотнение ила до 3-5%.

Флотатор Sedicell SDC - это высокоэффективная установка напорной флотации, предназначенная сугубо для целей илоразделения.

Флотатор SDC-49 представляет собой цилиндрический корпус высотой до 3,5 м и диаметром 15 м. Специально для целей илоразделения флотатор SDC-49 имеет большую площадь открытой поверхности воды и увеличенное время пребывания.

Подача водовоздушной смеси и иловой смеси, содержащей сфлокулированные хлопья ила, осуществляется в центральную часть флотатора. Из центральной распределительной колонны смесь распределяется по всему объему флотатора.

Во флотаторе происходит интенсивное разделение иловой смеси

Хлопья ила, увлекаемые воздухом, поднимаются на поверхность воды и образуют устойчивый слой флотошлама. По рельсу цилиндрической части вращается каретка, на которой установлен спиральный сборник. Вращаясь, спиральный сборник зачерпывает флотошлам и сбрасывает его в центральную трубу для вывода из флотатора. Флотошлам выходит из флотатора самотеком.

Вода без загрязнений собирается в коллекторе постоянной скорости. Вода выходит из флотатора самотеком через регулируемый перелив, установленный на наружной стенке флотатора.

Осевшие загрязнения выводятся под действием гидростатического давления с помощью пережимных клапанов в нижней части флотатора.

Для защиты в зимних условиях флотатор SDC-49 оборудован пластиковой вращающейся крышкой. Дополнительная задача крышек - герметизация флотатора SDC-49 для запирания дурнопахнущих газов. В случае использования крышек для удаления дурнопахнущих газов канал гидрозатвор крышек необходимо заполнить водой, а патрубок отвода газов подключить к вентилятору.

Флотатор SDC-49, как и все установки напорной флотации KWI, оборудован установками Растворения Воздуха ADT. Эти аппараты разработаны компанией KWI и значительно выделяются на фоне традиционных сатураторов. Установки ADT обеспечивают высокоэффективный массообмен, используя механизм высокоскоростной мембранной диффузии. Это обеспечивает значительно большую степень растворения воздуха и меньшее время пребывания.

В данном случае для растворения воздуха используется часть осветленной воды после флотатора (рецикловая схема). Осветленная вода подается в установку ADT рециркуляционным насосом. Воздух подается от компрессора.

Илоразделение имеет множество точек регулировки, что делает её надежной и настраиваемой. Дозирование химикатов может быть настроено очень точно, в зависимости от качества поступающей на очистку воды и требований к уровню очистки.

Описание флотатора SDC-49

Установка имеет очень надежную и легко настраиваемую систему удаления флотошлама. Уровень воды в ванне регулируется ручным настраиваемым переливом. Каждый флотатор имеет один спиральный сборник флотошлама для удаления максимального количества сгущенного ила. Двигатели спирального сборника флотошлама имеют регулировку скорости посредством частотных преобразователей, управляемых контуром регулировки толщины слоя флотошлама (аналоговый ультразвуковой датчик уровня и дискретный преобразователь сигнала). Это обеспечивает постоянную высокую концентрацию флотошлама, что важно на станции обезвоживания. Для получения более высокой концентрации флотошлама двигатели спирального сборника могут останавливаться и оборудованы тормозами. Положение спирального сборника в момент останова проверяется датчиком конечного положения. Положение сборника в останове должно быть такое, чтобы флотошлам не сгребался лопастями.

Осевший осадок автоматически удаляется из флотатора через пневматический пережимной клапан (один на флотатор).

Каждый флотатор оборудован двумя двигателями:

- двигатель каретки - вращается постоянно, регулируется частотным преобразователем.

двигатель спирального сборника - вращается постоянно или периодически, регулируется частотным преобразователем.



3. Процесс флотационной очистки - как объект автоматического управления

3.1 Основные режимы работы флотационной установки

Напорный флотатор SDC-49 входит в состав участка 07:

В группу SDC-49 входит:

* измеритель уровня в баке избыточного ила 07-142 (LIA-9100);

* подающие насосы иловой смеси 07-P1102, 07-P1103;

* измеритель расхода иловой смеси FT-9101;

* станция приготовления флокулянта 07-P1100;

* дозирующий насос флокулянта (07-P1100);

* дозирующий насос флокулянта (07-P1101);

* выключатель давления воздуха (PS-9111);

* клапан воздуха на АДТ (HYV-9113);

* насос рециркуляции на АДТ (07-P1104);

* измерители давления АДТ 07-1102 (PT-9116 и PT-9174);

* измерители давления АДТ 07-1103 (PT-9123 и PT-9175);

* спиральный сборник флотошлама (07-1101.1);

* каретка флотатора (07-1101.2);

* датчик плотности папки флотошлама (NT-9104);

* клапан сброса донного шлама (HSV-9107);

* измеритель уровня в баке сфлотированного активного ила (LT-9084);

* измеритель уровня в баке осветленных вод (LT-9087);

Данный участок имеет общий режим работы, который может быть «СЕРВИСНЫЙ», «РУЧНОЙ» или «АВТОМАТИЧЕСКИЙ». Режим работы включается с ТР-панели при соответствии условий запуска режима.

Условно оборудование разделено на подгруппы:

a) оборудование подачи иловой смеси и дозировки флокулянта;

b) оборудование узла АДТ (2 установки) ;

c) оборудование удаления флотошлама (каретка, сборник, клапан сброса шлама) ;

d) уровни бассейнов 07-142, 07-T1002, 07-T1003

Каждая из этих групп в автоматическом режиме работает по собственному алгоритму и взаимодействует с другими группами на уровне блокировок оборудования и технологических блокировок.

Сервисный режим работы

Устанавливается оператором с ТР-панели после выбора данного режима и введения операторского пароля. Вход в данный режим возможен только из РУЧНОГО при полностью остановленном оборудовании участка (двигатели остановлены, задвижки закрыты). Является наладочным режимом, блокировки работы оборудования отсутствуют. Манипуляции в СЕРВИСНОМ режиме может проводить только квалифицированный персонал ТО. Выход из режима возможен только в РУЧНОЙ режим при полностью остановленном оборудовании участка (двигатели остановлены, задвижки закрыты).

Ручной режим работы

Данный режим появляется после запуска системы управления. В этом режиме возможно проведение работы под контролем оператора. Действуют блокировки по оборудованию и основные технологические блокировки. В данном режиме запуск оборудования производит оператор с ТР-панели по раздельности. Временные интервалы и алгоритмы регулирования в данном режиме не работают. Из РУЧНОГО режима возможен переход в СЕРВИСНЫЙ режим при полностью остановленном оборудовании участка (двигатели остановлены, задвижки закрыты) или запуск АВТОМАТИЧЕСКОГО режима (при соблюдении всех условий запуска). В РУЧНОЙ режим система переводит оборудование при блокировках, которые происходят во время работы участка в АВТОМАТИЧЕСКОМ режиме.

Автоматический режим работы

Действует на весь участок напорного флотатора SDC-49, запускается из РУЧНОГО режима. В данном режиме оборудование работает по алгоритмам автоматического регулирования, активны все блокировки по оборудованию и все технологические блокировки. Данный режим предназначен для работы в без опрераторном режиме, но имеет полную информативность на ТР-панели и сохраняет аварийные сигнализации и технологические параметры (графические тренды). При возникающих блокировках по оборудованию АВТОМАТИЧЕСКИЙ режим прерывается, и система корректно переходит в РУЧНОЙ режим. При этом выдается сигнализация причины выхода из РЕЖИМА (на ТР-панели). Работа на участке напорного флотатора прекращается. При технологической блокировке, система не выходит из АВТОМАТИЧЕСКОГО режима, а временно прекращает работу на флотаторе, а при деблокировке возобновляет работу с предыдущими параметрами.

3.2 Система управления процессом флотационной очистки

Рисунок 3.2.1 Система управления процессом флотации

Система управления выполнена на контроллере (PLC) Simatic S7-314-2DP (SIEMENS)

Он имеет встроенную периферию:

24x24VDC - дискретные входы;

16x24VDC - дискретные выходы;

5x13 bit - аналоговые входы;

2x12 bit - аналоговые выходы.

Дополнительно используются внешние модули ввода/вывода:

- аналоговые входы 8x13 bit (1 шт.);

- аналоговые выходы 8x12 bit (1 шт.);

Кроме этого используются модули удаленной периферии (на базе ET-200S). К ним подключены насосы подачи ила на флотатор и расходомер FT-9101. Модули удаленной периферии.

2х13bit - аналоговые входы (2шт.)

2х13bit - аналоговые выходы (1шт.)

2х24VDC - дискретные входы (3шт.)

2х24VDC - дискретные выходы (1шт.)

Панель оператора - SIMATIC HMI TP-270-10

Программное обеспечение: Simatic Manager v. 5.3 (по PLC)

Pro Tool/Pro v. 6.2 SP2 (по панели оператора) WinCC v. 6.2 (ПК на центральном пульте)

Все оборудование производства SIEMENS.

1. Регулятор подачи избыточного ила на флотатор.

Рисунок 3.2.2 Регулятор подачи избыточного ила на флотатор

Регулятор: 1. PV - измеряемый текущий расход (расход ила на флотатор от FT-9101)

2. SP - задание на расход. Может быть:

a) INT - начальное задание, устанавливается оператором с панели управления перед запуском авторежима.

b) DYN - значение задания, задаваемого оператором в процессе работы в авторежиме. Первоначально: DYN=INT

c) LOW - значение задания при блокировке процесса (пониженная производительность)

d) MIN - значение задания при блокировке процесса (минимальная производительность)

Режимы LOW, MIN, INT- устанавливаются перед автоматическим режимом.

3. LMN - выход на исполнительный механизм (насос подачи). Результат работы ПИ - регулятора.

4. Настройки: Kp - коэффициент пропорциональности (усиление)

Ti - интегральная составляющая (время переходного процесса)

Рисунок 3.2.3 Схема регулирования

2. Регулятор дозировки полимера

Регулятор: 1. PV - отсутствует.

2.SP - рассчитывается по формуле:



Рисунок 3.2.4 Регулятор дозировки полимера.

LMN = Fтек*100/Fmax*Kp

Fтек - измеряемый расход ила на флотатор

Fmax - максимальный расход ила (определяется 100% производительностью подающего насоса и записывается в систему)

Kp - коэффициент усиления, при работе устанавливается оператором (0.1…2, с шагом 0.01)

3. LMN - выход на исполнительный механизм (насос дозировки полимера)

4. Настройки: нет.

3. Регуляторы удаления флотошлама.

Рисунок 3.2.5 Регулятор удаления флотошлама

NIS-9104 - датчик толщины (плотности) папки флотошлама

SC-9105 - скорость спирального сборника (удаление флотошлама)

SC-9106 - каретка флотатора (удаление флотошлама)

3.1 Регулятор спирального сборника:

PV - измерение толщины (дискретное) =2 сигнала А и В

SP - задание на скорость удаления флотошлама

Может быть:

a) INT - при отсутствии папки (сигналов А и В нет)

b) MIDD - при папкесредней толщины (есть сигнал А и нет сигнала В)

c) HIGH - при папке большой толщины (есть сигнал А и есть сигнал В). Все 3 значения SP (INT, MIDD и HIGH) должны быть установлены оператором перед запуском авторежима.

d) LMN - выход на исполнительный механизм (частотный привод сборника)

Дополнительных настроек регулирования - нет.

3.2.Регулятор каретки флотатора:

PV - измерение толщины (дискретное) =2 сигнала А и В

SP - задание на скорость вращения крышки флотатора

Может быть:

a) INT - начальное значение, устанавливаемое оператором с панели перед запуском автостарта.

b) DYN - значение задаваемое оператором в процессе работы в авторежиме. Первоначально: DYN= INT

c) EXTRA - значение задания при останове и блокировке.

d) LMN - выход на исполнительный механизм (частотный привод каретки). Дополнительных настроек - нет.



4. Структура АСУТП процесса флотационной очистки

4.1 Структура АСУТП

Так как, процесс флотационной очистки является сложным технологическим процессом (очистка стоков, дозирование, отделение шлама, доочистка и т.д.), то целесообразно применять многоуровневую структуру управления супервизорного типа.

Многоуровневая структура системы управления обеспечивает надежность, оперативность, ремонтоспособность системы автоматизации, при этом легко решается оптимальный уровень централизации управления с минимальным количеством технологического контроля, управления и линий связи между ними.

Под супервизорным понимается такой режим работы АСУ ТП, когда на нижних уровнях функционируют регуляторы, управляющие локальными контурами (на базе серийных электронных устройств или контроллеров), а на верхнем - ЭВМ, на которой реализованы задачи управления этими контурами через механизм выдачи управляющих воздействий на автоматические датчики локальных контуров.

Супервизорная система с использованием средств локальной автоматики обеспечивает достаточно качественное управление для процессов с относительно небольшим количеством параметров и несложными алгоритмами выработки управляющих воздействий, а использование локальной автоматики уменьшает использование машинного времени ЭВМ, что целесообразно с экономических позиций: один компьютер можно использовать для управления несколькими АСУ, также возможно использование машинного времени для иных операций.

В дипломном проекте разработана система супервизорного типа. Для обеспечения гибкости системы предусмотрены возможности перехода системы в полуавтоматический (ручное определение задания регулятору), а также ручной режим работы (ручное управление исполнительными механизмами).

4.2 Общая структура системы АСУ

В комплект АСУ входит КИП и ИМ, аппаратные и программные средства управления:

- АРМ или АСУ ТП предприятия;

- Система управления (локальный шкаф управления);

- Исполнительные механизмы и запорная арматура;

- Комплектный шкаф частотного преобразователя для управления производительностью;

- Контрольно-измерительные приборы и оборудование;

В АСУ установки можно выделить следующие иерархические уровни:

Верхний уровень:

- АСУ ТП предприятия (обеспечивается подключение к существующей АСУ ТП предприятия).

- Автоматизированное рабочее место оператора (АРМ).

Данный уровень реализуется в АСУ ТП предприятия или дополнительного АРМ. Верхний уровень на основе SCADA-системы и выполняет следующие функции:

>отображение в интуитивно понятной для оператора форме информации о параметрах технологического процесса и о состоянии устройств системы;

>контроль, регистрацию и хранение основных параметров технологического процесса с возможностью построения их графиков реального времени;

>автоматическое формирование и ведение истории технологического процесса с возможностью построения графиков параметров технологического процесса за последний час, сутки, месяц;

>автоматическое формирование и выдачу сообщений о выходе параметров технологического процесса за допустимые границы;

>обеспечение возможности дистанционного управления установкой.

Уровень автоматического управления:

- Управляющий контроллер.

- Пульт местного управления.

- Устройства ввода-вывода.

На данном уровне размещается главный компонент системы управления - программируемый логический контроллер, который реализует логику автоматического управления и обеспечивает выполнение основных функций:

>непрерывное централизованное управление установкой в реальном времени;

>поддержание в установленных пределах значений регулируемых параметров технологического процесса в соответствии с заданными законами управления;

>дистанционное управление преобразователем частоты и электрическими приводами запорно-регулирующей арматуры установки;

>автоматическое обнаружение и обработка отказов в работе технологического оборудования и аварийных ситуаций;

>обмен данными по стандартным протоколам с АРМ или действующей АСУ ТП предприятия, местной панелью управления.

В качестве программируемого логического контроллера используется оборудование ведущих мировых производителей в области промышленной автоматизации. Также на этом уровне расположены устройства ввода-вывода и местный пульт управления.

Устройства ввода-вывода реализуют функции низкоуровневого управления и играют роль концентратора данных. Программируемый логический контроллер связан устройствами ввода-вывода посредством промышленной шины последовательной передачи данных (например, Profibus-DP или Genius). Программируемый логический контроллер организует циклический обмен данными с устройствами ввода-вывода и получает полную информацию о текущем значении параметров и состоянии оборудования, а также выдает управляющие сигналы, поступающие через устройства ввода-вывода на исполнительные механизмы.

Местный пульт управления обеспечивает наблюдение за ходом технологического процесса и состоянием оборудования, а также управление работой установки непосредственно в цеху. Пульт предоставляет возможность технологическому персоналу получать данные о параметрах функционирования и задавать необходимые параметры работы установки при помощи жидкокристаллической сенсорной панели.

Нижний уровень:

- Контрольно-измерительные приборы.

- Комплектный шкаф частотного преобразователя для управления производительностью.

На данном уровне обеспечивается:

>контроль параметров установки (расход, давление, проток и т. д.);

>управление (перекрытие, регулирования) потоком рабочих среды (пульпа, оборотная вода, маточный раствор и т. д.) путем изменения площади проходного сечения арматуры и частоты вращения двигателя;

Рисунок 4.2.1 Общая структура системы АСУ



5. Модернизация существующей флотационной установки

5.1 Причины модернизации

Для успешного протекания процесса флотации требуется дозированная подача флотационных реагентов в различные точки технологической цепочки. В последние годы система физически устарела и дозировка реагента практически велась вручную -- посредством запорной арматуры, что приводило к недостаточной дозировке полимера при изменении задания подающих стоков и как итог перерасход полимера, избыточность его в процессе.

Схема регулирования до модернизации:

Рисунок 5.1.1 Схема регулирования до модернизации

В дипломном проекте хотелось бы рассмотреть несколько вариантов решения этой проблемы и выбрать наиболее рентабельный:

1. Ввод системы двухконтурного регулирования.

2. Использование в качестве регуляторов дозирующие насосы.

Если рассматривать эти варианты с технической точки зрения, то можно сказать, что они оба будут отвечать нашим требованиям. А вот с экономической точки зрения наиболее рентабельно для решения данной проблемы сделать установку индукционного расходомера на линии подачи полимера и разработать в PLC систему двухконтурного регулирования.

Рисунок 5.1.2. Схема регулирования после модернизации

5.2 Система управления процессом дозировки

На данный момент в систему добавлена новая позиция измерения расхода на линии дозировки полимера в поступающий поток избыточного ила.

Необходимо выполнить программирование в существующей системе управления процессом дозировки:

I. Контроллер 07-ЩУ03 (SIMATIC S7-314С-2DP):

1) регулятор дозировки флокулянта на флотатор 07-1101 (07-FIC-0005).

· в автоматическом режиме задание на регулятор математически рассчитывается от количества поступающих стоков (от расходомера 07-FT-9101) и коэффициента соотношения - сколько на 1m3 необходимо литров флокулянта (устанавливается оператором со станции управления). Задание поступает на регулятор, который обеспечивает необходимый расход, управляя дозаторными насосами (07-P1100 и 07-Р1101) c частотным управлением. Текущий расход флокулянта корректируется по расходомеру флокулянта (07-FT-0005).

· в ручном режиме задание на регулятор задается оператором (устанавливается оператором с панели оператора). Регулятор, который обеспечивает заданный расход флокулянта, управляя дозаторными насосами (07-P1100 и 07-Р1101) c частотным управлением. Текущий расход флокулянта корректируется по расходомеру (07-FT-0005). Изменение задания осуществляется оператором.

По операторской панели:

· Возможность изменения задания АВТОМАТИЧЕСКОМ, РУЧНОМ и СЕРВИСНОМ (задание производительности насоса напрямую) режимах;

· Отображение расхода флокулянта в графических трендах (текущее значение/задание/степень открытия клапана и расход стоков/расход флокулянта);

· Аварийные сообщения (обрыв датчика, и.т.д.);

· Возможность задания данных для регулирования (максимальный расход, коэффициент соотношения, концентрация химиката);

· Выдача предупредительных сигнализаций процесса.

II. Общее:

Общее для всех контуров: необходимые параметры (текущие расходы, коэффициенты, пределы и др.) должны быть доступны для OPC-сервера на станции оператора доочистки. С этой станции должно быть возможно управление дозировкой. Это так же справедливо для счетчика расхода, аварийных сигнализаций, графических трендов.

Принцип регулирования дозировки химикатов:

Сейчас дозировка в автоматическом режиме выполняется через линейный усилительный коэффициент от кол-ва поступающих стоков. Необходимо использование системы двухконтурного регулирования; расчет задания на дозировку от кол-ва поступающих стоков через коэффициент соотношения, проверка полученного результата на крайние пределы и отработка регулятором задания с корректировкой по реальному расходу полимера.

Сейчас дозировка в ручном режиме выполняется по установке оператором производительности дозирующих насосов (от 0 до 100%). Необходимо использование системы регулирования; оператор задает необходимый расход, а система сама поддерживает его, ориентируясь по реальному расходу полимера.

Обрыв измерителя расхода полимера должен быть заведен в блокировки группы дозирования и прерывать автоматический процесс (переход в ручной режим), при этом дозаторный насос остается в работе на последнем задании.



6. Модернизация узла дозирования флокулянта и системы автоматического управления дозированием флокулянта

6.1 Исходные данные для модернизации

6.1.1 Параметры процесса подачи на флотатор избыточного ила:

­ Расход избыточного ила минимальный, м3/час: 0.

­ Расход избыточного ила номинальный, м3/час: 67.

­ Расход избыточного ила максимальный, м3/час: 120.

­ Шкала расходомера избыточного ила, мин…макс расход, м3/час: 0…150.

­ Выходной сигнал расходомера избыточного ила, мин…макс, мА: 4…20.

­ Диаметр условного прохода (Ду) трубопровода подачи избыточного ила, мм: 200.

6.1.2 Существующая система автоматического управления подачей избыточного ила

Визуализация и операторский интерфейс

Операторский интерфейс созданный на ТР-панели позволяет визуально контролировать текущий процесс, вносить изменения в работу, переключать режимы работы, воздействовать на оборудование.

Отображение максимально приближено к реальному, осуществляется подцветка оборудования, трубопроводов и клавиш управления (интерактивный режим).

Основные цвета для двигателей:

* исправен (готов к работе) - темно-серый;

* запущен в работу - темно-зеленый;

* неисправен (не готов к работе) - красный, постоянный

* произошла блокировка по обратной связи или токовой перегрузке - красный мигающий

Основные цвета для клапанов:

* полностью закрыта - темно-серый;

* полностью открыта - темно-зеленый

Основные цвета для аналоговых измерений (уровни, нагрузки и др.):

* предкритические пределы - желтый;

* критические пределы - красный

Основные цвета для папки флотошлама

* средняя плотность - желтый;

* высокая плотность - темно-коричневый

Для клавиш «АВТОМАТ», «РУЧНОЙ» и «СЕРВИС» выбраны следующие цвета:

* включен данный режим - зеленый, постоянный;

* переход из режима в режим - зеленый, мигающий;

* режим заблокирован - желтый;

* режим неактивен - серый

Для клавиши «СИГНАЛ» выбраны следующие цвета:

* есть одна или более активная аварийная сигнализация - красный, мигающий;

* есть одна или более активная предупредительная сигнализация - желтый, мигающий;

* сигнализации отсутствуют - серый, постоянный

Для клавиш «ЗАПИСАТЬ», «ЗАКРЫТЬ» и др. мигающий зелено-серый цвет означает необходимость

нажатия перед выходом с данного экрана.

Клавиши «ОСТАНОВ», «СБРОС СИГНАЛ» и «ВЫХОД» всегда имеют темно-бордовый цвет.

Остальные клавиши - серый цвет.

Операторский интерфейс может быть переключен на альтернативный язык - английский.

ПАРОЛИ

В системе управления используется 3 уровня паролей:

* администраторский

* технического обсуживания

* операторский

Администраторский пароль доступен специалистам АСУ ТП, используется для системных настроек, диагностики PLC, установки ДАТА/ВРЕМЯ, изменения других паролей и прочих функций, связанных с системой ТР-панели и PLC.

Пароль технического обслуживания служит для изменения шкалировок, записи настроек регуляторов, ввода граничных пределов, времени оборудования, входа в СЕРВИСНЫЙ режим и др. функций связанных с настройками оборудования.

Пароль оператора служит для изменения технологических параметров процесса.

Ввод паролей осуществляется с экранной клавиатуры в соответствующее окно, после ввода необходимо подтвердить нажанием «ENTER». Доступные данные становятся видны на белом поле.

Если данные закрыты или не могут быть изменены, они отражаются на сером поле.