Одним из наиболее
доступных способов хлорирования на действующих водопроводах является
эжекция газообразного хлора в воду. Эта технология используется в
вакуумных хлораторах, выпускаемых отечественными и зарубежными
производителями. Значительный период эксплуатации таких хлораторов как в
России, так и за рубежом подтвердил их высокую эффективность. Например,
хлоратор ЛОНИИ-100 и его модификации используются в России с 1949 г. по
настоящее время [1]. Их естественным
развитием являются хлораторы АХВ-1000, выпускаемые с 1991 г.
фирменным специализированным предприятием «КРАВТ» (ФСП «КРАВТ») и
успешно эксплуатирующиеся на большинстве водозаборов и других
объектах России, а также в Белоруссии, Украине, Казахстане и других
странах СНГ [2].
Учитывая
технологические особенности хлораторов АХВ-1000, можно выделить следующие
перспективы совершенствования этих конструкций. Во-первых, необходимо
повышать их надежность и долговечность, применяя современные материалы,
стойкие к воздействию хлора и образующихся в процессе водоподготовки его
соединений, а также совершенствуя системы перекрытия доступа воды в
хлорнесущие узлы конструкции. Во-вторых, необходима всеобъемлющая
автоматизация процесса хлорирования, исключающая присутствие человека в
экологически небезопасных для него условиях. И в-третьих, необходима более
высокая точность дозировки хлора с целью минимизации его содержания в
воде для исключения вредного воздействия хлора и его соединений на
организм человека.
Широко применявшиеся в
России хлораторы ЛОНИИ-100 и их современный вариант – хлораторы АХВ-1000
имеют конструктивную особенность, выделяющую их среди аналогичных
вакуумных хлораторов, узел, отделяющий
хлорнесущие элементы конструкции от хлорируемой воды и являющийся
смесителем. Оценка этого узла и принцип его действия освещены в [3]. Суть
аварийных ситуаций в хлораторах эжекционного типа сводится к тому, что при
прекращении эжекции хлора в воду по тем или иным причинам возникает
обратный ток воды из эжектора в предшествующие хлорнесущие узлы хлоратора,
что приводит к его выходу из строя и необходимости замены отдельных его
узлов. Таким образом, задача конструкторов заключалась в том, чтобы
обеспечить защиту хлорнесущих узлов и элементов конструкции хлоратора от
попадания в них воды.
Одним из
стратегических направлений решения этой проблемы является установка
предохранительных клапанов механического принципа действия, т. е.
механическое перекрытие канала обратного тока воды [3]. Конструктивное
исполнение этих устройств не может обеспечить их безаварийную работу, и
опыт эксплуатации хлораторов, использующих механические клапаны как
предохранительные, показывает, что в процессе эксплуатации они не
обеспечивают должной герметизации. Это объясняется неточностью
изготовления клапанов (несоосность, неконцентричность, некачественная
притирка сопрягаемых поверхностей седла и клапана), загрязнением рабочих
поверхностей клапана в процессе эксплуатации из-за несоответствия
влажности и чистоты промышленного хлоргаза требованиям стандарта и
необеспечения регламента по его температуре, использованием в клапанах
материалов, не стойких к хлору и его соединениям, а также другими
факторами. Сторонники данного направления стараются компенсировать этот
недостаток дублированием клапанов, что, конечно, дает положительные
эффекты, но не снимает проблемы.
Смеситель, выполняя
функцию предохранительного клапана, является принципиально иным защитным
устройством хлоратора в аварийных ситуациях, так как обеспечивает
непрохождение воды в хлорнесущие узлы и элементы конструкции путем
создания между ними и водой в смесителе буферной зоны, наполненной
газообразным хлором, и сохранения этой буферной зоны в любых
производственных ситуациях, включая аварийные. Иными словами, смеситель –
это динамическая предохранительная система, поддерживающая динамическое
равновесие между водой и газообразным хлором в смесителе в любых
производственных ситуациях, включая аварийные [3].
Положение уровня воды
в смесителе определяется равновесием системы, определяемым равенством
противодействующих сил на границе раздела «вода – газообразный хлор» в
смесителе. Такое конструктивное решение в принципе идеально, так как не
имеет механически взаимодействующих частей типа «клапан – седло», но
требует точных инженерно-конструкторских расчетов, учитывающих
следующие факторы: диапазоны изменения давления воды в магистрали и
давления газообразного хлора в рабочих условиях, скорость поступления воды
в смеситель и ее истечения из смесителя по сливному каналу и др. Эти
особенности функционирования хлораторов со смесителем вносят свою
специфику в их совершенствование. Поэтому сторонники такого направления
модернизации хлоратора сосредоточили свое внимание, в первую очередь, на
обеспечении более качественной работы смесителя. В 1991 г. предприятием
«КРАВТ» в конструкцию хлоратора ЛОНИИ-100 был включен отражатель,
устанавливаемый в смеситель и предотвращающий попадание струи воды из
эжектора в узел ввода хлора в смеситель, а также внесены другие изменения,
существенно повышающие надежность новой конструкции, которая была названа
ХЛОРАТОРОМ АХВ-1000.
В настоящее время
конструкция хлоратора АХВ-1000 дополнена механическими клапанами
(вакуумный регулятор с клапаном, водяной затвор эжектора, обратный клапан
по хлору, обратный клапан по воде), изготовленными из таких материалов как
монель, хостелой и хлоростойких пластмасс, роль которых сводится к
оптимизации технологических возможностей хлоратора АХВ-1000 по диапазону
рабочих условий его функционирования с точки зрения надежности, но это не
исключает необходимости в смесителе по изложенным выше причинам.
ФСП «КРАВТ»
располагает методикой расчета основополагающих размеров и сечений
смесителя, позволяющей разработать конструкцию хлоратора с техническими
характеристиками, отличающимися от аналогичных характеристик хлоратора
АХВ-1000, но способной обеспечить гарантированную защиту хлоратора
эжекторного типа в аварийных условиях, связанных с изменением внешних
факторов и конструктивной конфигурации хлоратора. Так, завершены работы по
внедрению в производство дополнительного узла хлоратора АХВ-1000 –
коллектора, который обеспечивает всасывание в выходную трубку смесителя
сухого газообразного хлора. Его применение позволяет: установить уровень
воды в смесителе ниже верхнего торца выходной трубки и поддерживать этот
уровень, не нарушая технологического режима работы хлоратора АХВ-1000;
повысить срок службы соединительных шлангов, труб, других деталей от
выходной трубки до эжектора и узлов эжектора, так как без коллектора они
подвергаются воздействию концентрированной хлорноватистой кислоты из-за
всасывания в выходную трубку смеси газообразного хлора большой
концентрации и воды; повысить производительность хлоратора по хлору, так
как в выходную трубку смесителя всасывается только хлор. Включение в
конструкцию хлоратора АХВ-1000 коллектора принципиально не нарушает работу
смесителя как предохранительного клапана динамического типа высокой
надежности.
Учитывая мировые тенденции совершенствования
аппаратов хлорирования воды и потребности отечественного рынка, ФСП
«КРАВТ» совместно с иностранными партнерами приступило к внедрению
разработанной в рамках финансируемой правительством РФ темы «Модернизация
хлоратора АХВ-1000 путем разработки системы автоматизированного сбора и
контроля текущих значений функциональных параметров хлоратора в условиях
эксплуатации» системы автоматического регулирования расхода газообразного
хлора (САР-РХ) в процесс хлорирования питьевых, промышленных и сточных
вод. Модификации САР-РХ обеспечивают измерение остаточного хлора в воде от
0-1 до 0-5 мг/л и регулирование расхода хлоргаза от 0,1-2
до 2-40 кг/ч.
Состав САР-РХ:
анализатор содержания остаточного хлора в воде (АСХВ), электромеханический
дозирующий вентиль (ЭМДВ), блок электропитания, монтажный комплект.
АСХВ – это
измерительный прибор, действующий на основе амперометрического метода. Его
монтаж осуществляется как можно ближе к месту, где формируется
окончательное содержание остаточного хлора в процессе водоподготовки. Этим
местом может быть и магистральная труба, и резервуар. Кроме измерительных
устройств в состав АСХВ входит электронный блок настройки и формирования
унифицированного электрического сигнала управления ЭМДВ.
ЭМДВ адаптирован к
конструкции и техническим характеристикам хлоратора АХВ-1000 и
устанавливается простой заменой верхнего хлоропровода хлоратора (рис. 1).
ЭМДВ имеет высокую точность дозировки и может управляться как
автоматически (от АСХВ), так и вручную посредством расположенной на его
фронтальной панели клавиатуры. Его надежность обеспечивается применением
современных качественных и хлоростойких материалов. Предусмотрена
возможность передачи электрического сигнала, характеризующего положение
вентиля, на пульт (компьютер) диспетчера.
При такой конфигурации
технологической схемы хлорирования роль диспетчера (и обслуживающего
персонала в целом) сводится к контролю за работой автоматической системы и
обеспечению своевременного планового технологического обслуживания
агрегатов. Включение в эту систему компьютера позволяет существенно
расширить ее технические возможности как с точки зрения изменения
технологических режимов работы, так и более качественного отслеживания
аварийных ситуаций.Так
как аварийная ситуация характеризуется конкретными
физическими признаками (слив воды через переливную трубку, изменение
уровня воды в смесителе, обратный ток воды из эжектора и т. п.), можно
сформировать сигналы предупрежде-ния и управления. На предприятии проведена
работа по внедрению системы автоматическо-го контроля и блокирования аварийных
ситуаций и предупреждения обслуживающего персонала. Ее включение в систему,
представленную на рис. 1, а также вышеописанного коллектора позволяет дополнить
современ-ную технологическую схему хлорирования воды эжекционными хлораторами с
предохранительным клапаном динамического типа (рис. 2).
