РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА

СТАНЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ

НА БАЗЕ ШКАФОВ УПРАВЛЕНИЯ И СКАДА СИСТЕМЫ CLEARSCADA
  • ПГТ. ГОЛЫШМАНОВО, ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ, 2021
станция подготовки воды
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Станция комплексной подготовки воды

Подземная вода в районе размещения сооружений водоподготовки не отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества” по основным показателям и компонентам, а именно: превышение общего железа (1,31 мг/л); превышение мутности (5,4 ЕМФ); превышение цветности (27 градусов); превышение перманганатной окисляемости (5,1 мг/л).

Учитывая требуемую производительность по воде питьевого качества и качество исходной подземной воды, то предусматриваются следующие стадии обработки подземной воды, промывной воды и обезвоживания осадка:

  • предварительная подготовка подземной воды;
  • фильтрация подземной воды;
  • обеззараживание очищенной воды;
  • отстаивание промывной воды;
  • обезвоживание осадка.

Система подготовки питьевой воды работает в комплексе Водопроводных Очистных Сооружений в составе:

  • Насосная станция над артскважиной.
  • Станция комплексной подготовки питьевой воды.
  • Резервуар чистой воды емкостью 725 м3 — 2 шт.
  • Камера переключений.
  • Насосная стация второго подъема.
  • Выгреб емкостью 25 м3.

Подземная вода из насосных станций над артскважинами перекачивается на очистку, в станцию комплексной подготовки воды. Очищенная и обеззараженная подземная вода из станции комплексной подготовки воды под остаточным напором поступает через камеру переключений в резервуары чистой воды. Из резервуаров чистой воды, очищенная и обеззараженная подземная вода забирается насосами, установленными в насосной станции второго подъема и перекачивается в сеть потребителю.

ЗАДАЧА/ПРОБЛЕМА

Требуемый функционал системы управления

Должна быть разработана АСУ для выполнения функций автоматического управления (регулирования), контроля и защиты, обеспечивающих безаварийную работу оборудования технологического процесса, сбора и обработки информации с датчиков, ее регистрации и архивирования, формирования отчетных документов за смену, с нарастающим итогом за сутки, с начала месяца и за месяц.

Целями создания АСУ являются:

  • улучшение эксплутационных и надёжностных характеристик технологического оборудования, повышение безопасности производства и экологической безопасности за счет современных структурных решений системы управления и ее конструктивного исполнения;
  • повышение уровня автоматизации операций управления (регулирования), контроля и защиты за счет применения распределённой системы управления на базе современных микропроцессорных контроллеров и программного обеспечения;
  • создание рабочих мест операторов, соответствующих современному подходу к построению автоматизированных рабочих мест на базе персональных компьютеров (АРМ);
  • возможность передачи необходимых данных абонентам локальной вычислительной сети (ЛВС);
  • возможность приема и передачи необходимой информации по компьютерным сетям от вспомогательных служб, объектов и абонентов ЛВС.

Проектом предусматривается сбор данных со шкафов управления, датчиков давления, уровня, установленных по месту на автоматизированное рабочее место оператора (АРМ).

Взаимодействие с АРМ оператора обеспечивается на уровне контроля состояния и аварии по открытому стандартному протоколу Profibus, предназначенному для дистанционной сигнализации.

Управление основным технологическим оборудованием предусмотрено со шкафов управления, установленных в электрощитовой, либо по месту.

рчв и станция подготовки воды
станция подготовки воды 2 этаж
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Предварительная подготовка подземной воды

В качестве предварительной подготовки исходной подземной воды предусматривается аэрация воды в резервуаре. По напорному трубопроводу исходная вода поступает в аэрационный бак, состоящий из 2-х секций. Каждая секция разделена на три сообщающихся отделения.

В первом отделении, куда поступает исходная вода, предусматривается установка датчиков уровней воды для автоматизации работы скважинных насосов и насосов подачи воды на фильтрацию.

Во втором отделении установлена система аэрации, которая представляет собой перфорированные трубы уложенные на дне. В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида трехвалентного железа, который в ходе последующей ультрафильтрационной обработки удаляется из воды. Кроме этого, во второе отделение каждой секции аэрационного бака по трубопроводу предусмотрен возврат циркуляционной воды с ультрафильтрационных мембранных установок, содержащей окисленное железо, что дополнительно повышает окислительную мощность аэрационного бака.

Из третьего отделения каждой секции аэрационного бака происходит забор воды насосами.

Подача воздуха в систему аэрации аэрационного бака предусматривается воздуходувками. Забор наружного воздуха предусмотрен через воздухозаборную камеру.

Автоматическую работу осуществляет Шкаф управления воздуходувками ШУ-9. Пуск и работа производится через устройства частотного регулирования (для каждой воздуходувки). Возможно управление воздуходувками вручную с АРМ диспетчера(оператора), открытие задвижек с электроприводом на всасывающих и напорных патрубках насосов.

Осуществляется контроль давления в напорных и всасывающих линиях воздуходувок и при отклонении давления от рабочего диапазона происходит переключение аварийной воздуходувки на резервную. Все сигналы работы воздуходувок и показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера(оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

На этапе предварительной очистки подземной воды дополнительно к окислению кислородом воздуха осуществляется также реагентная обработка.

В качестве реагента используется гипохлорит натрия (NaClO) марки “А”.

Приготовление реагента осуществляется в реагентном узле. Реагентный узел состоит из гидробака, электромешалки и насоса-дозатора.

Процессы: подачи воды (в случае разбавления или отмывки гидробака), работа электромешалки и дозирование рабочего раствора автоматизированы. Для этого в гидробаке реагентного узла установлены датчики уровней, которые управляют подачей воды, включением и отключением электромешалки, отключением насоса-дозатора при срабатывании нижнего уровня.

Включение и отключение насоса-дозатора осуществляется от внешнего сигнала поступающего с расходомера. Рабочий раствор реагента дозируется в смеситель, установленный на трубопроводе. Тип смесителя – гидравлический, конструктивно выполненный по типу труба Вентури.

Автоматическое управление реагентным узлом осуществляется с помощью шкафа управления ШУ-РУ1.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Фильтрация подземной воды

Из аэрационного бака аэрированная вода подается насосами на фильтрацию. Автоматическая работа насосов подачи воды на фильтрацию осуществляется согласно уставкам контролера шкафа управления. Возможно управление насосами вручную с АРМ диспетчера (оператора). Шкафом управления постоянно производится диагностика состояния вторичных приборов датчиков уровня и давления. Все сигналы работы насосов, показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу (сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

Осуществляется контроль уровня жидкости в аэрационных баках. При выходе значений уровня за рабочий диапазон происходит отключение насосов (защита от холостого хода насоса) с закрытием соответствующих задвижек с электроприводом.

В качестве сооружений фильтрации предусмотрены ультрафильтрационные мембранные установки. Установки состоят из ультрафильтрационных мембранных модулей. Мембранный модуль представляет собой фильтрующий элемент, состоящий из пучка тонких и прочных капилляров (полые волокна), имеющих пористую структуру.

Работа ультрафильтрационных мембранных установок включает следующие режимы:

  • режим фильтрации;
  • режим обратной промывки;
  • режим моющей промывки.

Работа ультрафильтрационных мембранных установок обеспечивается в автоматическом режиме, за счет автоматизации работы насосов, установки арматуры с электроприводом на подводящих и отводящих трубопроводах.

Приготовление моющих реагентов для промывки установки фильтрации осуществляется в реагентном узле. Реагентный узел состоит из реагентного бака с электромешалкой и циркуляционного насоса. Из реагентного бака  раствор циркулирует через мембранную установку обратно в реагентный бак.

Автоматическая работа реагентных узлов осуществляется согласно уставкам контролера. Приготовление раствора (перемешивание, наполнение водой), а так же дозирование происходит в автоматическом режиме. Возможно управление работой дозировочных насосов, задвижек с электроприводом, приводов мешалок и эл.магнитных клапанов вручную с АРМ диспетчера(оператора). Так же предусматривается управление работой дозировочных насосов, приводов мешалок и электромагнитных клапанов со шкафов управления по месту непосредственно с шкафа управления.

Отработанные промывные растворы из реагентных баков отводятся в приямок, откуда с помощью погружных насосов перекачиваются в выгреб, где после смешения происходит их нейтрализация.

Автоматическая работа погружных насосов осуществляется согласно уставкам контролера шкафа управления. Возможно управление насосами вручную с АРМ диспетчера(оператора). Постоянно производится диагностика состояния вторичных приборов датчиков уровня. Все сигналы работы насосов, показания контрольно-измерительной аппаратуры, а так же аварийные сигналы отражаются на дисплее АРМ диспетчера (оператора), с занесением в архивную базу(сохранение точной даты, времени и типа сигнала).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Обеззараживание очищенной воды

Обеззараживание очищенной воды предусмотрено ультрафиолетовым излучением на установках УДВ. Очищенная и обеззараженная вода после установок УДВ под остаточным напором поступает в резервуары чистой воды. Для регулирования работы ультрафильтрационных мембранных установок, а также для учета расхода исходной и очищенной подземной воды предусмотрены электромагнитные расходомеры.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Обработка промывной воды

Промывная вода от ультрафильтрационных мембранных установок поступает в отстойник с тонкослойными модулями. Отстойник с тонкослойными модулями представляет собой прямоугольную 2-х секционную стальную емкость с усиленной антикоррозийной изоляцией. Каждая секция оборудована приемными и отводящими лотками в верхней части, конусами в нижней части для сбора осадка, тонкослойными модулями для повышения эффективности осаждения взвешенных веществ. В конце секций предусмотрены отделения для сбора осветленной воды, откуда вода забирается насосами и подается на дальнейшую очистку на ультрафильтрационные мембранные установки.

Для более полного и глубокого выделения из воды взвешенных веществ, гидроксида железа и коллоидов в обрабатываемую воду вводится коагулянт.

Рабочий раствор 5 %-го раствора приготавливается в реагентном узле, который состоит из автоматической станции приготовления и дозирования коагулянта и насосов-дозаторов.

Автоматическая станция приготовления и дозирования коагулянта состоит из:

  • 2-х камерной тандем ёмкости (бак над баком) для растворения и созревания раствора в комплекте: со шкафом управления, водной аппаратуры с запорным вентилем, редукционным клапаном, магнитным вентилем и контактным расходомером ультразвукового уровнемера на верхней и нижней камерах;
  • электрической мешалки;
  • дозатора сухого продукта;
  • транспортировочного агрегата;
  • насосов-дозаторов

С помощью транспортировочного агрегата коагулянт предварительно расфасованный в контейнер подается в дозатор. В 2-х камерной ёмкости происходит в одном бесперебойном процессе дозирование сухого коагулянта, его смачивание, растворение и созревание до рабочего раствора. Из 2-х камерной емкости готовый рабочий раствор забирается насосами-дозаторами и дозируется в смесители, установленные на трубопроводах.

Процессы загрузки, растворения, разбавления и дозирования коагулянта автоматизированы. С помощью датчиков уровней контролируется и управляется загрузка коагулянта, подача воды для приготовления и разбавления коагулянта, перелив и расход рабочего раствора, работа электрической мешалки, отключение дозировочных насосов. Включение насосов-дозаторов предусмотрено от открытия запорной арматуры на трубопроводах при переключении потоков для сброса грязной промывной воды или концентрата в отстойник с тонкослойными модулями.