Полный текст в файле МУ по диагностике.doc
Приложения А и Б в файле Приложения А и Б.XLS
1 Логика диагностических действий
1.1 Прежде всего, по проскоку натрия проверяется качество фильтрата после основного фильтра. Слишком высокое качество означает неоправданный перерасход кислоты на регенерацию контролируемого фильтра. Слишком низкое - приводит к перерасходу щелочи и ухудшению качества обессоленной воды. Эти моменты являются наиболее распространенными недостатками при подготовке обессоленной воды, поэтому именно они проверяются и корректируются одними из первых.
В строгом смысле такая корректировка является предметом оптимизации, а не диагностики водоприготовления, и в логическом плане этот пункт можно отнести к преддиагностической операции.
1.2 Другой важный момент это обнаружение потерь кислоты во время регенерации фильтра. Такие потери являются весьма типичными в практике водоприготовления и без их устранения правильно диагностировать работу фильтров невозможно.
1.3 Собственно диагностика работы фильтров начинается с анализа фактических и расчетных соотношений для основного фильтра между обменной емкостью, удельным расходом кислоты и проскоком натрия в фильтрат.
Если все расчетные и фактические соотношения примерно совпадают, то внутренние устройства основного фильтра и загруженный в него ионит находятся в удовлетворительном состоянии.
Если совпадают только соотношения между проскоком натрия и удельным расходом кислоты, а емкости меньше расчетных, то это свидетельствует либо о меньшей против принятой в расчете загрузке ионита, либо о потере части своей обменной емкости в результате старения ионита.
Если и удельные расходы и емкости хуже расчетных, то либо материал слишком стар (обычно при старении уменьшается полная обменная емкость КУ-2, а соотношение между удельным расходом кислоты и проскоком натрия остается близким к расчетному), либо есть дефекты внутренних устройств фильтра, либо имеют место нарушения в работе предочистки и/или в проведении технологических операций (в основном при фильтрации и при регенерации фильтров).
1.4 Дополнительные возможности для диагностики фильтров дает сравнительный анализ. Если работа анализируемого фильтра изменилась в худшую сторону скачком и не улучшилась в течение нескольких последующих фильтроциклов, то следует вывод о дефекте, возникшем в работе внутренних устройств фильтра. Об этом же может свидетельствовать факт нормальной работы других фильтров аналогичных анализируемому по условиям эксплуатации, объему и времени загрузки КУ-2.
1.5 Характерным для сравнительного анализа моментом является факт плохой работы не одного, а нескольких фильтров, в особенности фильтров с относительно новым ионитом. Если такой факт установлен, то из него следует вывод о наличии нарушений режимного порядка: либо это плохая работа предочистки, либо загипсовывание фильтров при регенерации, либо уплотнение загрузки фильтра в течение фильтроцикла, либо сочетание этих причин.
1.6 Неудовлетворительная работа предвключенного фильтра проявляется прежде всего в уменьшении его обменной емкости против расчетной, что приводит к повышению удельных расходов кислоты на регенерацию спаренного фильтра.
Выходные кривые при регенерации и истощении предвключенного фильтра не только дают информацию о его работе, но и работе спаренного фильтра в целом, в особенности о нарушениях режимного порядка.
1.7 В целом, алгоритм состоит из четырех этапов или частей:
1) Предварительный анализ с целью последующих корректировки расходов реагента и устранения его потерь.
2) Анализ соотношений между удельным расходом реагента, обменной емкостью фильтра и качеством фильтрата с целью выявления отклонений этих соотношений от расчетных или эталонных и определения для нежелательных отклонений их причин.
3) Сравнительный анализ с целью выявления различий в работе фильтра во времени и в сопоставлении с другими фильтрами и определения для нежелательных проявлений различий их причин.
4) Анализ технологических операций с целью выявления имеющихся нарушений и определения их причин.
Каждый этап имеет свои автономные возможности и в логическом плане может рассматриваться как отдельный алгоритм. В общей структуре объединенного алгоритма эти возможности используются совместно и не обязательно разъединены по этапам.
Диагностика, опирающаяся на так называемые внешние факторы, не всегда может дать однозначный ответ на поставленный перед ней вопрос. Поэтому алгоритм предусматривает при необходимости вскрытие фильтра и анализ материала.
2 Основные действия, входящие в алгоритм
2.1 Определение эталонного удельного расхода кислоты и сопоставление его с фактическим расходом:
Проскок натрия как в фильтрат, так и в регенерат, определяется удельным расходом кислоты и соотношением в истощенном фильтре натриевых и жесткостных форм. Средний за фильтроцикл относительный проскок натрия в фильтрат и относительный проскок натрия по окончанию регенерации при регенерации фильтра серной кислотой примерно совпадают (при регенерации соляной или азотной кислотой первый проскок на 30% меньше второго). Соотношение форм в истощенном фильтре определяется соотношением количеств катионов натрия и жесткости, поглощенных за фильтроцикл, которое в среднем равно соотношению количеств этих катионов, вытесненных при регенерации.
Таким образом, соотношение катионов и удельный расход определяют проскок, а заданным проскоку и соотношению отвечает определенный удельный расход. Превышение последнего над расчетным и создает предмет для диагностики работы фильтра.
Для диагностирования основного фильтра могут использоваться как кривые его регенерации, так и показатели работы фильтра за фильтроцикл. Для этого подсчитываются обменные емкости, удельные расходы, соотношение количеств поглощенных или вытесненных катионов натрия и жесткости. Обменные емкости подсчитываются либо по общему количеству вытесненных катионов, либо по количеству катионов, поглощенных не только за фильтроцикл, но и за время отмывки фильтра по рабочей схеме. По отношению к этой емкости определяется и удельный расход, который в дальнейшем обозначается сочетанием d~.
Далее в эталонных таблицах Приложения Б ищется для однокорпусного фильтра прецедент, где проскок натрия и соотношение поглощенных (или вытесненных) катионов соответствуют результатам, посчитанным для диагностируемого основного фильтра. После этого сравниваются удельные расходы d~ по эталону согласно таблице и по факту.
Для менее точных оценок вместо эталонных таблиц можно использовать для расчета удельного расхода серной кислоты <<d~>> на регенерацию основного фильтра интерполяционную формулу:
d~=3.336-5.803*Cn^0.5+3.127*Cn+0.578*aNa, (1)
где Cn - относительный проскок натрия после основного фильтра;
aNa - доля катионов натрия от общего количества катионов натрия и жесткости, поглощенных основным фильтром за его фильтроцикл.
Символ "^" является знаком возведения в степень. Эта формула может использоваться непосредственно (без каких-либо преобразований) для расчетов на компьютере в среде электронных таблиц - например, в системе Quattro Pro.
Если требуется оценить проскок натрия при заданном удельном расходе, то можно использовать формулу:
Cn=5.4517-5.8959*d~^0.2+0.8789*d~^0.7+
+0.473*d~^-2.6*aNa^2 (2)
2.2 Определение максимальной обменной емкости фильтра:
Сумма всех катионов в кубическом метре загрузки составляет полную обменную емкость ионита. Максимальная обменная емкость <<Emf>> в г-экв для всего фильтра составляет:
Emf=Em*Vz, (3)
где Em - полная обменная емкость ионита в г-экв/м3;
Vz - объем загрузки фильтра в м3.
Максимальная емкость может уменьшаться и из-за старения ионита, и из-за его потерь. Чтобы ее определить не вскрывая фильтр, нужно как и в предыдущем пункте найти подходящий прецедент для основного фильтра и по заданным согласно факту d~ и aNa (или по Cn и aNa) найти эталонный расход кислоты, обозначаемый в таблицах Приложения Б символом G.
Далее, используя для относительного расхода кислоты <<G>> равенство:
G=Gabs/Emf, (4)
где Gabs - абсолютный расход кислоты в г-экв,
находим Emf:
Emf=Gabs/G (5)
В качестве эталонного значения максимальной емкости <<Emfe>> в г-экв можно принять:
Emfe=2000*Vz, (6)
или емкость Emf, определенную на момент загрузки фильтра ионитом.
Для менее точных оценок можно использовать интерполяционные формулы, готовые к применению в среде электронных таблиц:
G=0.626+0.182*d~^1.5*aNa
-1.84*d~^-1.5*aNa^4+0.774*d~^0.7*aNa^22 (7)
Emf=(0.626+0.182*d~^1.5*aNa
-1.84*d~^-1.5*aNa^4+0.774*d~^0.7*aNa^22)/Gabs (8)
2.3 Выбор экономически и технологически приемлемого проскока натрия в фильтрат катионитового фильтра:
С качеством Н-катионированной воды, как отмечалось, связан удельный расход кислоты, а значит и экономичность работы обессоливающей установки. Здесь необходимо учитывать и то обстоятельство, что чем ниже удельный расход кислоты, тем выше проскок натрия и тем хуже работает анионитная часть фильтров. Последнее влечет повышение расходов щелочи, которая дороже кислоты. Для обеспечения нормальной работы анионитовых фильтров следует придерживаться таких расходов кислоты на регенерации фильтров, чтобы проскок натрия в фильтрат находился на уровне не более 0,4 мг-экв/дм3, если фильтрат поступает на анионитовые фильтры с недавно загруженным ионитом АН-31, и не более 0,25 мг-экв/дм3, если анионит находится в эксплуатации около года или более того.
2.4 Корректировка расхода кислоты для обеспечения проскока натрия в соответствии с п.2.3:
Использование эталонных таблиц позволяет легко скорректировать расход кислоты на регенерацию фильтров так, чтобы обеспечить в фильтрате основного фильтра требуемый проскок натрия.
Пусть, по найдены два табличных расхода, соответствующих фактическому и требуемому проскокам натрия в фильтрат. Тогда новый скорректированный расход кислоты <<G2abs>> в г-экв на регенерацию основного фильтра находится по формуле:
G2abs=G1abs*G2/G1, (9)
где G1abs - фактический абсолютный расход кислоты в г-экв;
G2 - табличный относительный расход кислоты, соответствующий требуемому проскоку натрия в фильтрат;
G1 - табличный относительный расход кислоты, соответствующий фактическому проскоку натрия в фильтрат;
Менее точно, расходы G1, G2 могут быть определены по вышеприведенным интерполяционным формулам - сначала согласно п.2.1 определяется два значения d~ для фактического и требуемого проскока, затем согласно п.2.2 определяются G1 и G2.
2.5 Проверка фактического расхода кислоты:
В практике водоприготовления возникает необходимость проверки фактического расхода кислоты, поступающей на регенеращию фильтров. Для этого на входе в первый по линии регенерации фильтр отбираются пробы с интервалом не более десяти минут и анализируются на содержание кислоты. Содержание кислоты умножается на расход регенерирующего раствора и на интервал, а результаты суммируются нарастающим итогом, что и дает общий расход кислоты. Суммирование заканчивается с отмывкой фильтра по линии регенерации.
2.6 Отслеживание изменения показателей работы фильтра в течение нескольких фильтроциклов:
Дефекты внутренних устройств фильтра часто возникают за короткий временной момент. Отслеживание поведения максимальных емкостей и удельных расходов для анализируемого фильтра во времени (такое отслеживание удобно проводить графически, в особенности с помощью компьютера в среде электронных таблиц) позволяет выявить скачки, сопровождающиеся устойчивым ухудшением работы фильтра. Эти скачки обычно соответствуют моментам возникновения дефектов.
2.7 Сравнение тенденций изменения показателей работы нескольких фильтров:
Полезные результаты дает описанное в п.2.6 отслеживание и при отсутствии скачков. Совпадение тенденций в изменении во времени значений удельных расходов и обменных емкостей на нескольких аналогичных фильтрах свидетельствует о том, что такие тенденции отражают медленные процессы (старение материала, его износ) и соответствуют общим закономерностям поведения фильтров для данной ВПУ, в отличие от индивидуальных различий фильтров, проявление которых описано в п.2.6.
2.8 Сопоставление показателей работы нескольких фильтров в текущий момент:
Описанные в п.2.6 и п.2.7 результаты при наличии достаточного количества данных можно получить простым сопоставлении работы фильтров в текущий момент. Если показатели работы диагностируемого фильтра отличаются в худшую сторону от соответствующих показателей других аналогичных ему по условиям и времени эксплуатации ионита фильтров, то это проявление не общей закономерности, а дефекта в работе диагностируемого фильтра.
2.9 Проверка катионита:
Проверка качества катионита в лабораторных условия может дать окончательный ответ о том, насколько пригоден для эксплуатации этот материал. Для этого нужно загрузить диагностируемый ионит в лабораторный фильтр и проверить работу этого фильтра согласно п.2.1.
При этом должны быть выдержан следующий минимум условий, который применительно к регенерации катионитового фильтра можно обозначить так: высота загрузки катионита не менее 1 м, скорость пропуска регенерирующего раствора не более 10 м/ч, температура раствора не менее 25 градусов - как правило, эти границы соответствуют условиям эксплуатации ионитных фильтров. Допускается также использовать высоту загрузки 0,5 м при скорости пропуска регенерирующего раствора не более 5 м/ч.
2.10 Анализ регенерационных выходных кривых:
Различного рода технологические нарушения проявляют себя в дефектах выходных кривых. Эти дефекты выражаются в скачкообразных нарушениях плавности кривых - ступеньках, изломах и т.п. Дефекты выходной кривой регенерации фильтра могут отражать факт его частичного загипсования в процессе этой регенерации, если не было резких изменений концентрации регенерирующего раствора. Эти же дефекты могут быть следствием некачественного проведения взрыхляющей отмывки, что тоже может быть следствием других причин.
2.11 Анализ кривых истощения фильтра:
В конце истощения фильтра также могут наблюдаться дефекты выходной кривой. Их проявления наиболее удобно наблюдать при истощении предвкюченного фильтра - для основного фильтра снятие такой выходной кривой возможно при доистощении его на дренаж. Причиной дефектов может быть последействие тех же факторов, что и при регенерации фильтров. Прямым следствием дефектов выходной кривой при истощении основного фильтра является то, что увеличение проскока натрия возникает намного раньше, чем при нормальном виде выходной кривой и спаренный фильтр не дорабатывает свой фильтроцикл.
Дефекты выходной кривой истощения предвключенного фильтра напрямую не связаны с сокращение фильтроцикла спаренного фильтра, но они сигнализируют о неблагополучности в режиме эксплуатации катионитовых фильтров.
2.12 Анализ изменения перепадов давления на фильтре за его фильтроцикл:
Общей причиной дефектов выходных кривых часто является образование комков в загрузке фильтра. Образованию комков нередко предшествует уплотнение (слеживание) ионита в процессе фильтроцикла. Это явление усугубляется при плохой работе предочистки. Слеживание проявляется в росте перепада давлений на входе и выходе работающего фильтра. При неправильном, то есть слишком быстром увеличении расхода воды через фильтр возникают мгновенные перепады, прессующие материал. Такие моменты являются типичными в практике фильтрации воды.
Эти недостатки в нагружении работающего фильтра можно отследить по кривой относительных перепадов давлений в течение фильтроцикла. Для этого перепад давлений делится на расход воды. Полученное отношение должно остаться постоянным, если материал не уплотняется, или плавно увеличиваться в течение фильтроцикла. Моменты слишком резких увеличений нагрузки фильтра отражаются на указанной кривой в виде скачкообразных подъемов относительного перепада.
2.13 Оценка работы спаренного и предвключенного фильтров:
Работу спаренного фильтра в целом можно оценить согласно п.2.1 и п.2.2, взяв в качестве эталонных таблицы для спаренных фильтров. Если до этого уже определена максимальная обменная емкость основного фильтра, то можно оценить и максимальную емкость предвключенного фильтра, как разность максимальных емкостей спаренного и основного фильтров.