Автоматизация процесса водоподготовки методом деминерализации

ВВЕДЕНИЕ 3
1. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОПОДГОТОВКИ 5
1.1 Состав и характеристика примесей в природных водах 5
1.2 Минерализация и электропроводимость природных вод 7
1.3 Основные показатели качества воды 9
1.4 Принципы и задачи промышленной водоподготовки 13
1.5 Ионообменные и мембранные (баромембранные) методы очистки воды 17
1.6 Оборудование и установки для водоподготовки 25
2 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 36
2.1 Описание технологического процесса водоподготовки 36
2.2 Формирование технического задания на создание АСУ 39
3 ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 42
3.1 Исследование теплообменника как регулируемого технологического объекта 42
3.2 Разработка проектной документации для АСУ 49
3.3 Подбор и обоснование выбора технических средств автоматизации 52
3.4 Описание схемы сигнализации системы 70
3.5 Описание схемы электропитания оборудования 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
ПРИЛОЖЕНИЕ А 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 78
ПРИЛОЖЕНИЕ В 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 80

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях ужесточения экологических норм, роста требований к энергоэффективности и надёжности промышленных объектов особое значение приобретает обеспечение стабильного качества технологической воды. Водоподготовка, в частности деминерализация – процесс удаления растворённых солей и ионов из исходной воды, – является неотъемлемой частью многих отраслей: энергетики, химической, фармацевтической, пищевой промышленности, а также систем котельных и теплоэнергетических установок. Некачественная подготовка воды может привести к образованию накипи, коррозии оборудования, снижению КПД теплообменных аппаратов и даже аварийным остановам. При этом деминерализационные установки характеризуются сложной динамикой, чувствительностью к колебаниям состава исходной воды и высокими требованиями к точности поддержания параметров (электропроводимости, pH, расхода, температуры). В этих условиях автоматизация процесса водоподготовки становится ключевым фактором обеспечения стабильности, безопасности и экономической эффективности производства.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы «Автоматизация процесса водоподготовки методом деминерализации» обусловлена необходимостью повышения надёжности и точности управления технологическим процессом очистки воды за счёт внедрения современных автоматизированных систем управления (АСУ), соответствующих требованиям цифровой трансформации промышленности.
Целью данной работы является проектирование автоматизированной системы управления процессом деминерализации воды, обеспечивающей стабильное качество очищенной воды, безопасную эксплуатацию оборудования и энергоэффективность технологического цикла.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить теоретические основы водоподготовки, включая состав примесей в природных водах, принципы деминерализации и методы очистки (ионообменные и мембранные);
– проанализировать технологический процесс деминерализации и выявить ключевые параметры, подлежащие автоматическому контролю и регулированию;
– сформировать техническое задание на разработку АСУ с учётом требований надёжности, безопасности и функциональности;
– исследовать теплообменник как регулируемый технологический объект в составе установки водоподготовки;
– разработать комплект проектной документации АСУ, включая функциональные, принципиальные и электрические схемы;
– обосновать выбор технических средств автоматизации, систем сигнализации и схемы электропитания оборудования.
Предметом исследования выступает процесс деминерализации воды в промышленной установке водоподготовки, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая программно-технические, алгоритмические и организационные компоненты.
В работе использовались следующие методы: анализ научно-технической и нормативной литературы, системный подход к проектированию АСУ, методы инженерного моделирования и анализа технологических объектов, а также методы разработки проектной документации в соответствии с ГОСТ и отраслевыми стандартами.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности применения разработанной АСУ на реальных объектах промышленной водоподготовки. Внедрение предложенной системы позволит обеспечить стабильное качество деминерализованной воды, снизить эксплуатационные затраты, минимизировать риск аварийных ситуаций, продлить срок службы оборудования и повысить общую эффективность технологического процесса.

Весь текст будет доступен после покупки

1. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОПОДГОТОВКИ
1.1 Состав и характеристика примесей в природных водах
Благодаря своим универсальным растворяющим свойствам вода способна вступать во взаимодействие с широким спектром веществ в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. Вследствие этого природные водоёмы практически всегда включают в свой состав как неорганические, так и органические компоненты, а также разнообразные формы микрофлоры.
Водные природные объекты образуют многофазную систему с постоянной внутренней динамикой. Их состав формируют растворённые газы, минеральные соединения и органические структуры, которые могут присутствовать в молекулярно-дисперсной форме, в коллоидной фазе либо в виде взвешенных частиц (таблица 1 и 2).
Таблица 1 – Классификация вод по фазово-дисперсному состоянию примесей
Групп а Наименование Размер частиц, мкм Характеристика примесей
Гетерогенная система
I Взвеси >10-1 Суспензии и эмульсии, обусловливающие мутность воды; микроорганизмы и планктон
II Коллоидно- растворенные вещества 10-1 – 10-2 Коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окисляемость и цветность воды;
вирусы
Гомогенная система
III Молекулярно- растворенные
вещества 10-2 – 10-3 Газы, растворимые в воде; органические вещества,
придающие воде запах и привкус
IV Вещества, диссоциированные на ионы (электролиты) <10-3 Соли, кислоты, основания, придающие воде жесткость, щелочность и минерализованность
В истинно растворённой форме в водной среде преобладают минеральные соли, формирующие характерный ионный состав: катионы кальция (Са??), магния (Mg??), натрия (Na?) и калия (К?) наряду с анионами сульфата (SO???), карбоната (СО???), гидрокарбоната (НСО??) и хлорида (Сl?). Источником этих ионов служат процессы выветривания горных пород и взаимодействия воды с почвенным слоем.
Помимо ионогенных соединений, в молекулярной недиссоциированной форме в воде могут присутствовать отдельные органические вещества, а также газы – углекислый (СО?), кислород (О?), сероводород (H?S) и другие. Степень растворения газообразных компонентов определяется совокупным влиянием температурного режима, гидростатического давления и минерализации самой воды.
Коллоидная фаза (с размером частиц от 10?? до 10?? мкм) представлена преимущественно слабодиссоциирующими соединениями: алюмо- и железосодержащими силикатами, гидроксидом железа, кремниевой кислотой, а также рядом органических структур. Последние формируются в основном за счёт гуминовых и фульвокислот, лигнина, протеинов, целлюлозы, природных смол и других высокомолекулярных соединений биогенного происхождения.
Взвешенные частицы (с линейными размерами свыше 10?? мкм) включают минеральные компоненты – глинистые, песчаные, кальцитовые и гипсовые фрагменты. Кроме того, в этой фракции могут содержаться живые микроорганизмы: бактерии, грибы, микроводоросли, а также остатки более крупных организмов (например, раковинные образования).
Состав природных вод отличается постоянной изменчивостью, обусловленной множеством факторов: окислительно-восстановительными реакциями, смешением водных масс различного генезиса, кристаллизацией солей при изменении термобарических условий, осаждением или повторным вовлечением в поток крупнодисперсных частиц, ионообменными процессами на границе «вода–грунт», а также поступлением микроэлементов в подземные горизонты в результате жизнедеятельности микрофлоры.

Весь текст будет доступен после покупки

1) ГОСТ 21.208-2013. Система проектной документации для строительства. Обозначения условные приборов и средств автоматизации. – Введ. 2014-07-01. – М.: Стандартинформ, 2013. – 32 с.
2) ГОСТ Р 55287-2012. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества. – Введ. 2014-01-01. – М.: Стандартинформ, 2012. – 24 с.
3) ГОСТ 31865-2012 (ЕН 12952-12:2003). Котлы водотрубные и их вспомогательное оборудование. Часть 12. Требования к питательной воде, котловой воде и конденсату паровых котлов. – Введ. 2014-01-01. – М.: Стандартинформ, 2012. – 36 с.
4) ГОСТ Р ИСО 6107-1-2014. Вода питьевая. Основные термины и определения. Часть 1. – Введ. 2015-07-01. – М.: Стандартинформ, 2014. – 16 с.
5) Алексеев, Ю.В. Водоподготовка в промышленной теплоэнергетике / Ю.В. Алексеев, А.А. Алексеев. – М.: Энергоатомиздат, 2018. – 384 с.
6) Брагинский, А.Б. Ионообменные методы очистки воды / А.Б. Брагинский, В.И. Соколов. – СПб.: Недра, 2019. – 272 с.
7) Васильев, С.Ю. Мембранные технологии в водоподготовке / С.Ю. Васильев, Д.В. Ковалев. – М.: Техносфера, 2020. – 312 с.
8) ГОСТ 18105-2019. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. – Введ. 2020-07-01. – М.: Стандартинформ, 2019. – 28 с.
9) Зверев, В.П. Автоматизация технологических процессов: учебное пособие / В.П. Зверев. – М.: Инфра-М, 2021. – 416 с.
10) Карташов, Э.М. Аналитическая теплотехника / Э.М. Карташов. – М.: Энергоатомиздат, 2017. – 352 с.
11) Киселёв, А.И. Теплообменные аппараты водоподготовки / А.И. Киселёв, В.Н. Романов. – М.: Энергия, 2018. – 224 с.

Весь текст будет доступен после покупки