5. 1. Сущность процесса Nа – катионирования.
Катионированием называется процесс обмена катионов между веществами, растворенными в воде и твердым нерастворимым катионитом, погруженным в эту водную среду. При Nа – катионировании обменным катионом является натрий. При пропуске жесткой воды через слой натрий -катионита происходит обмен катионов натрия на ионы кальция и магния, при этом снижается жесткость воды.
Химизм процесса Na-катионирования описывается уравнениями реакции:
2NaR + Ca(HCO3)2 = CaR2 + 2NaHCO3
2NaR + Mg(HCO3)2 = MgR2 + 2NaHCO3
2NaR + CaSO4 = CaR2 + Na2SO4
2NaR + MgCl2 = MgR2 + 2NaCl
где R – комплекс катионита, практически нерастворимый в воде. Свежий катионит обладает некоторой ёмкостью по отношению к поглощаемым катионам. Такая ёмкость называется обменной ёмкостью. Она измеряется количеством грамм-эквивалентов задержанных солей, поглощенных 1м³ катионита. После замены всех обменных катионов натрия катионами кальция и магния катионит истощается, т.е. обменная ёмкость будет полностью исчерпана. Для восстановления рабочей обменной ёмкости катионита необходимо удалить из катионита удержанные катионы и заменить обменным катионом натрия. Этот процесс называется регенерацией катионита. Он производится фильтрованием раствора поваренной соли NаCl через слой истощенного катионита:
CaR2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2
MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgCl2
5.2. Работа Nа – катионитных фильтров.
Работа Nа – катионитного фильтра состоит из двух периодов: рабочего, когда происходит катионирование обрабатываемой воды и регенерации.
Работа катионитного фильтра продолжается до момента истощения катионита, затем фильтр регенерируют. При регенерации противоточного Nа – катионитного фильтра выполняют последовательно следующие операции:
уплотнение;
пропуск регенерационного раствора;
предварительная отмывка;
осаждение;
окончательная отмывка;
пуск в работу;
при выводе фильтра из резерва – отмывка по линии основного потока.
5.2.1.Уплотнение.
Уплотнениеявляется первой технологической операцией. Насосами собственных нужд (НСН-1, НСН-2) концентрат из баков концентрата (БК-1, БК-2) подаётся со скоростью 40-48 м/ч (расход 280÷339 м3/ч) через нижний дренаж и сбрасывается через верхнее распределительное устройство. Эта операция обеспечивает подъем и уплотнение слоя катионита и инерта, не допуская их перемешивания. Потоком воды фильтрующая загрузка поднимается до соприкосновения с плавающим инертом, при этом мелкая взвесь и осколки ионитов проходят через слой плавающего инерта, а целые гранулы задерживаются. Данная операция продолжается 5 мин. Во время уплотнения свободное пространство перемещается из верхней части в нижнюю часть фильтра. Для визуального контроля в верхней и нижней части корпуса фильтра установлены смотровые окна.
5.2.2. Пропуск регенерационного раствора.
Регенерация катионита осуществляется для восстановления его обменной способности. Регенерация Nа-катионитного фильтра производится 8% раствором поваренной соли (NаCl). Приготовление рабочего раствора соли контролируется по концентратомеру автоматически. Насосом собственных нужд регенерационный раствор поваренной соли перекачивается в фильтр из бака рабочего раствора (объем 63 м3) через нижнее дренажно-щелевое устройство со скоростью 11,2 м/ч и расходом воды 79,1 м3/ч. Регенерационный раствор проходит через катионит, через верхнее дренажное устройство и далее – в дренаж. Время операции –15мин.
ВНИМАНИЕ! Снижение скорости подачи регенерационного раствора соли менее 8 м/ч не допускается, так как начинается опадание катионита и, как следствие, его перемешивание. Процесс уплотнения придется начать заново.
5.2.3. Предварительная отмывка катионита.
Предварительная отмывка катионитапроизводится через нижнее дренажно-щелевое устройство с отводом отмывочных вод через верхний дренаж. Из баков концентрата насосом собственных нужд проводится отмывка катионита для удаления продуктов регенерации и избытка соли. Отмывка проводится со скоростью 11,2 м/ч и расходом воды 79,1 м3/ч. Время операции – 20÷25 мин.
5.2.4. Осаждение.
Осаждение фильтрующих материалов происходит в течение 10 мин. Подача воды при этом отключается. Гранулы фильтрующей загрузки послойно оседают, принимая рабочее положение в фильтре. Окончание процесса контролируется по верхнему смотровому окну.
5.2.5. Окончательная отмывкакатионита.
Окончательная отмывка катионита по рабочей схеме проводится исходной водой сверху вниз до 5 мкг-экв/дм3. Скорость отмывки 20,0 м/ч, расход воды 141,3 м3/ч. Время операции 22 мин.
По окончанию отмывки регенерированный фильтр включается в работу или ставится в резерв. Если фильтр ставится в резерв, отмывку его можно прекращать при более высоких величинах жесткости отмывочной воды (200÷500 мкг-экв/дм3), так как перед включением фильтра в работу из резерва его необходимо домыть.
5.2.6. Катионирование.
Перед включением в работу резервного фильтра, его следует предварительно отмыть до жесткости 150÷200 мкг-экв/дм3. Для этого открывают вход и нижний дренаж, устанавливают расход воды 90 м3/ч. Пробы анализа отбирают каждые 10 минут. По окончании промывки открывают задвижку на выходе, закрывают задвижку нижнего дренажа. Во время работы 2-3 раза в смену необходимо открывать воздушник для выпуска воздуха из фильтра. Для выключения фильтра из работы закрывают задвижку на входе и выходе воды.
5.3. Система автоматизации процесса.
Управление процессом умягчения воды осуществляется с рабочего места оператора (АРМ).
Объектами автоматизации данной системы являются :
фильтр 1;
фильтр 2;
фильтр 3;
фильтр 4;
фильтр 5;
насосы исходной воды;
насосы собственных нужд;
узел приготовления рабочего раствора NaCl для регенерации фильтров.
Описание основных экранов системы.
Рис.2 Главный экран системы
На главном экране системы отображены кнопки перехода на экраны системы:
1) процесс – переход на экран технологического процесса;
2) фильтр 1 – переход на экран первого Na-катионитного фильтра;
3) фильтр 2 – переход на экран второго Na-катионитного фильтра;
4) фильтр 3 – переход на экран третьего Na-катионитного фильтра;
5) фильтр 4 – переход на экран четвертого Na-катионитного фильтра;
6) фильтр 5 – переход на экран пятого Na-катионитного фильтра;
7) УПМСН –узел приготовления бисульфита натрия;
8) УПРС – управление приготовлением рабочего раствора соли;
9) УПА – узел приготовления аммиака
10) аварии - переход на экран отображения Аварий;
11) Архивные Тренды – переход на экран отображения графического представления архивных значений параметров системы;
12) тренды – переход на экран отображения графического представления значений параметров системы;
13) статистика – переход на экран отображения статистики пропуска исходной, частично обессоленной воды и воды на собственные нужды за смену, месяц и суммарный за все время;
14) сервис – отображение задвижек, измерителей, приводов; ПИД-регуляторов НИВ, НЧОВ, НСН и АММ;
15) теги – кнопка переключения между отображением названий тегов и названий параметров.
5.4. Датчики:
а. Давления
б. Расхода
в. Температуры
г. Уровня
д. Солесодержания
е. pH
Отображение на мониторе аварийных ситуаций:
Давления:
– давление в норме, 
– давление не в норме (сигнал аварии) значение меньше или больше установленного.
Расхода:
– расход показывает 
– расход не показывает (сигнал аварии)
Температуры:
– температура в норме
5.5. Затворы.
Для управления процессами обессоливания воды используются затворы, как с ручным приводом , так и электрическим
с возможностью управления с АРМ. Состояние затвора с электроприводом можно определить по цвету. Затвор горит зеленым – открыт, черным – закрыт, серым – затвор идет на открытие или закрытие с последующей сменой серого цвета на зеленый или на черный соответственно. В зависимости от процесса затвор может находиться в автоматическом, оперативном и местном управлении. Оперативное управление – возможность управлять затвором с АРМ; автоматическое – управляет программа, без какого-либо воздействия; местное – управление с блока управления задвижкой (БЭЗ) – электрический шкаф рядом с затвором.
Некоторые примеры обозначения:
затвор идет на закрытие либо открытие – находится в оперативном управлении с АРМ, при этом рядом с номером затвора UE10S06 буква “О”и мигает значок “руки”, (цвет затвора – серый);
затвор закрыт – находится в автоматическомуправлении, при этом рядом с номером затвора буква “А”;
затвор закрыт – управление по месту, тумблер на блоке управления электрозадвижкой переведен в ручное управление, при этом рядом с номером затвора буква “М”;
затвор открыт – управление с АРМ.
При нажатии на символ затвора открывается окно управления.
5.5.1. Окно управления затвором (состояние оперативное).
Рис.3
На рисунке 3 клапан находится в ручном управлении, состояние – оперативное (кнопка управление ОТКЛ, при этом горит зеленый кружок и рядом с клапаном знак руки). При нажатии на кнопку УПРАВЛЕНИЕ ОТКЛ. клапан переходит в автоматическое управление, при этом горит серый кружок и в блоке состояние загорается кнопка АВТОМАТ (Рис. 4)
Рис.4. Окно управления затвором (состояние автоматическое).
При нажатии на кнопку открыть, когда клапан находится в ручном положении, в блоке «состояние» загорается кнопка «открыта» зеленым цветом (Рис.5)
Рис.5
5.6. Отображение состояния работы насоса
Для подачи и повышения давления исходной воды на Na-катионитный фильтр установлены насосы исходной НИВ (3 шт). Из баков ЧОВ вода откачивается насосами НЧОВ (3 шт.) Состояние насоса можно определить по цвету. Насос горит зеленым – включен, черным – отключен, красным – авария.
Насос в работе:
Насос отключен:
Насос может находиться в автоматическом и оперативном управлении. Оперативное управление – возможность управлять насосом с АРМ; автоматическое – управляет программа, без какого-либо воздействия.
При нажатии на насос открывается окно управления насосом (рис.6):
Рис.6
На рисунке насос находится в оперативном управлении, он отключен (кнопка “УПРАВЛЕНИЕ ОТКЛ”, при этом горит зеленый кружок и рядом с насосом символ “руки”), в блоке состояния желтым горит “ОСТАНОВ”. Если нажать на кнопку “ВКЛЮЧИТЬ” насос включится. В окне “Уставка частоты” можно регулировать частоту вращения двигателя от 20% до 100%. При нажатии на кнопку “УПРАВЛЕНИЕ ОТКЛ.” насос переходит в автоматическое управление, при этом горит серый кружок и в блоке состояние загорается кнопка АВТОМАТ. Регулирование частотой насоса в автоматическом режиме СЕРВИС-ПИД НИВ (Регулирование производительности насоса – данная функция запрещена).
Регулирование работой насоса возможно в функции СЕРВИС (SP)–устанавливается необходимое давление.
5.6. Экран фильтра 2 (1,3,4,5).
Экран фильтра изображён на рисунке 7:
Рис. 7 Экран работы фильтра
Кнопки перехода на экраны системы
a. Включить фильтр / Отключить фильтр – при включении фильтр переводится в резерв. Отключение фильтра может производиться при любом текущем статусе фильтра, при этом произойдет единовременное закрытие всех затворов на фильтре и остановка насосов (если они не задействованы в процессе работы остальных фильтров);
б. вывод из резерва – ручной вывод фильтра из резерва (только при включенном фильтре);
в. ручная промывка – ручной перевод фильтра на промывку с одновременным включением фильтра, если он был отключен. По окончании промывки фильтр переводится в автоматический режим управления;
г. включить фильтрацию – ручной вывод фильтра в режим фильтрации.
Состояние (статус работы) фильтра (Отключен, В резерве, Фильтрация, Этапы регенерации):
Технологические этапы работы фильтра (Фильтрация, регенерационные операции) с возможностью задания параметра каждого этапа (колонка “Уставка”) и отображения длительности выполнения текущего этапа (колонка “Значение”) изображены на рисунке 8.
Рис.8. Фильтрация
В данной таблице задаются параметры перехода фильтра на регенерацию:
разница давлений (первая строка) – перепад давлений на входе и выходе фильтра, при достижении которого фильтр перейдет на регенерацию, причем перепад должен держаться 3 мин (уставка 2-я строка);
фильтроцикл (3-я строка) – суммарный объем пропущенной воды с момента включения фильтра в работу до отключения на регенерацию. Фильтроцикл рассчитывается по формуле:
Т = 
где:
Ер – рабочая обменная емкость катионита Lewatit C 249, г-экв/м3;
V – объем загруженного катионита, м3;
Жисх – жесткость исходной воды, мг-экв/дм3.
При изменении в таблице жесткости исходной воды (столбец “уставка” рис.9) фильтроцикл рассчитывается автоматически.
Рис.9
Жесткость исходной воды необходимо определять и задавать ежедневно перед началом смены, исходя из анализа качества исходной воды.
Рис.10. Регенерационные операции
В данной таблице задаются параметры регенерации фильтра и расписаны этапы регенерации (подробное описание всех этапов в п.6 «Перечень операций по эксплуатации в ручном режиме»):
заполнение фильтра с открытым воздушником;
уплотнение. Возможность задавать время цикла в окне «уставка» (по умолчанию - 5 мин);
пропуск регенерационного раствора;
предварительная отмывка;
осаждение;
отмывка исходной водой.
Рис.11. Параметры фильтрации
Необходимое число фильтров в работе задается в параметрах фильтрации. В колонке “уставка” значение 2, т.е. 2 фильтра в работе 2 в резерве. При вводе в колонку “уставка” значения 3, еще один фильтр начнет выходить из резерва с последующим вводом в фильтрацию.
5.6.1. Нумерация арматуры
На противоточном натрий-катионитном фильтре установлены затворы с электроприводом, имеющие следующую нумерацию:
Рис. 12 Экран работы фильтра
Таблица 2
Номенклатура затворов.
| № затвора с электро- приводом (по тексту) | Функция затвора | Номенклатура для АСУ | ||||
| ФИЛЬТР №1 | ФИЛЬТР №2 | ФИЛЬТР №3 | ФИЛЬТР №4 | ФИЛЬТР №5 | ||
| №1 | вход осветленной воды в фильтр | UE10S04 | UE10S05 | UE10S06 | UE10S07 | UE10S08 |
| №2 | выход химочищенной воды из фильтра | UE10S09 | UE10S10 | UE10S11 | UE10S12 | UE10S13 |
| №3 | подача промывной воды и рабочего раствора соли в фильтр от насоса собственных нужд | UH12S04 | UH12S05 | UH12S06 | UH12S07 | UH12S08 |
| №4 | верхний дренаж фильтра в трубопровод сточных вод (отвод воды на уплотнение и предваритель-ную отмывку, отвод отработанного раствора соли) | UE11S01 | UE11S02 | UE11S03 | UE11S04 | UE11S05 |
| №5 | нижний дренаж фильтра в трубопровод сточных вод (отвод воды на окончательную отмывку) | UE11S06 | UE11S07 | UE11S08 | UE11S09 | UE11S10 |
| №6 | воздушник на корпусе фильтра | US10S01 | US10S02 | US10S03 | US10S04 | US10S05 |
№ 7 – опорожнение фильтра в дренажный канал;
№ Др.-1 - отбор пробы исходной (осветлённой) воды;
№ Др.-2 - отбор пробы химочищенной воды;
ФЛ-1 – отсечной затвор.