Общие сведения о технологическом процессе

2. Общие сведения о технологическом процессе

АММИАК (NH₃) - бесцветный горючий газ с характерным удушливым резким запахом, обладает едким вкусом. При обычном давлении он затвердевает при температуре минус 78 ⁰С и сжижается при температуре минус 33 ⁰С. Плотность его по воздуху 0,6, т.е. он легче воздуха Температура кипения –33,4ºС. Порог восприятия – 0,037 мг/л, ПДК в воздухе производственного помещения – 0,02 мг/л, а в атмосферном воздухе – 0,007 мг/л. Поражающая концентрация при 6 часовой экспозиции – 0,21 мг/л, смертельная при 30-минутной экспозиции -7 мг/л, при высоких концентрациях порядка 50-100 мг/л смерть может наступить мгновенно.

Аммиак хорошо растворим в воде: один объем воды при 20 ⁰С поглощает около 700 объемов аммиака. Зависимость растворимости аммиака в воде от температуры при суммарном давлении паров NH₃ и H₂O над водным раствором 1 кг/см² приведена ниже:

На воздухе аммиак дымит, интенсивно испаряется, образуя взрывоопасные смеси. Чистый аммиак – хороший растворитель большого числа органических и неорганических веществ. Аммиак производится и храниться в сжиженном состоянии под давлением собственных паров 6-18 кг\см² , он также может храниться в изотермических резервуарах при низких температурах и давлении, близком к атмосферному. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток.

Взрывопожароопасные свойства. Аммиачно-воздушные смеси имеют малую теплоту сгорания, низкую нормальную скорость пламени и температуру сгорания. Область воспламенения газообразного аммиака в смеси с воздухом составляет 15-28 %, а в смеси с кислородом 15-79%.

Максимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении смеси аммиак-воздух азотом составляет 13 %. Минимальная температура воспламенения аммиачно-воздушной смеси 650 ⁰С. При выходе воспламенения аммиачно-воздушной смеси из горелки ее горение не может быть инициировано ни при каких соотношениях воздуха и аммиака. Для возникновения пламени воздух обогащают кислородом.

Токсичные свойства. Высокие концентрации аммиака в воздухе вызывают обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, головокружение. Боли в желудке, рвоту и т.д. При тяжелом отравлении резко уменьшается вентиляция легких и возникает острая эмфизема. При умеренном и длительном воздействии наблюдаются: затруднение при глотании, обильное выделение слюны, нарушение дыхания и удушье, боль в груди, бессознательное состояние, переходящее в коматозное состояние и смерть.

Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие отека или воспаления гортани, бронхов или легких. Последствия перенесенного острого отравления: помутнение хрусталика и роговицы глаза, вплоть до потери зрения, частичная или полная потеря голоса, хронический бронхит, эмфизема легких.

Данные о влиянии раздражающего действия аммиака на организм человека в зависимости от концентрации его в воздухе (мг\м³):

порог восприятия обонянием 35

ощущение раздражения слизистых оболочек 100

немедленное раздражение горла 280

глаз 490

кашель 1200

опасно для жизни 1350-1700

5Жидкий аммиак вызывает ожоги кожи, а его пары - эритемы кожи. Предельно допустимые концентрации аммиака (ПДК):

в воздухе производственной зоны производственного помещения, мг\м³ 20

в атмосфере воздуха территории пром. предприятия, мг\ м³ 7

в атмосфере воздуха территории населенного пункта, мг\ м³ 0,2

в рыбохозяйственном водоеме, мг\ м³ 0,1

в водоеме санитарно-бытового назначения, мг\ м³ 0,2

При соприкосновении жидкого аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями. Защиту органов дыхания от аммиака обеспечивают промышленные противогазы с поглощающими и фильтрующее - поглощающими коробками марок К, ВК (50 мин), В (жёлтая - 2,2 мин), КД (серая - 21 мин), СО (белая - 21 мин), М (красная - 40 мин), БКФ (зелёная - 2,6 мин).

При ликвидации аварии, когда концентрация аммиака неизвестна, работы должны производиться только в изолирующих противогазах и аппаратах типа ИП, КИП, АСВ.

Если поражение аммиаком все же произошло, следует немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух, обильно промыть глаза и пораженные участки кожи водой. После эвакуации пострадавшему необходим покой, тепло, при резких болях в глазах -1-2 капли 1% раствора новокаина или 1 каплю 0,5% раствора дикаина с 0,1% раствором адреналина. На пораженные участки кожи- примочки 5% раствором уксусной, лимонной или соляной кислот. Внутрь - теплое молоко с питьевой содой.

Основными технологическими узлами установки хлорирования являются:

-           Узел электронных стационарных платформенных весов, обозначенный на схеме символами WG1..WG4. Это платформенные весы из нержавеющей стали с четырьмя преобразователями. Весы оборудованы электронными показывающими измерительными приборами. Площадка предлагаемого типа платформенных весов уравнена с полом, благодаря чему легче устанавливаются емкости и исключается возможность случайного опрокидывания выступающих над уровнем пола элементов.

-           Узел автоматической системы обмена Этот узел, в зависимости от заданного давления, помогает автоматически переключать емкости с хлором. Узел обмена контейнеров оборудован четырьмя запорными клапанами, два из которых оснащены электроприводами. На каждой стороне оборудования находятся по два запорных клапана. Комплектующими элементами узла являются также контактный манометр и контрольная панель А101. Клапаны с электроприводами открывают или закрывают доступ хлора из данной емкости. Контрольная панель соединена с системой автоматики. В случае утечки хлора клапаны автоматически закрываются и отсекают доступ хлора к установке хлорирования.

-           Узел компенсационной камеры обозначен символом С102. Эта система предохраняет установку перед потерей плотности соединений, вызванной не контролированным ростом давления хлора. Система состоит из пластины безопасности, отделяющей установку хлорирования от компенсационной камеры, контактного манометра и компенсационной камеры (напорный бак). Если заданное разрывное давление 14 бар будет превышено, произойдёт разрыв пластины безопасности и избыток хлора проникнет в камеру. Контактный манометр передаст сигнал контрольной системе, которая автоматически выключит установку – пересечёт доступ хлора из контейнеров и выключит обогрев испарителя.

-           Узел испарителя хлора обозначен символом С103. В предлагаемом испарителе происходит замена жидкой фазы хлора в газовую путём выпаривания. Максимальная производительность испарителя - 200 кг Cl₂/ч. Жидкий хлор транспортируется в напорный бак, который находится в водяной ванне с температурой ок. 80⁰С. Благодаря этому удерживается стабильный режим выпаривания полного количества хлора и не возникает угрозы проникновения хлора в другие отсеки установки. Испаритель не работает по проточному принципу (когда жидкий хлор транспортируется через нагревательный змеевик), поэтому не требует дополнительного подогрева буферного бака, в котором выпариваются капли хлора, не замененные в жидкую фазу в испарителе. Нагревательным рабочим телом является вода. Это самое дешёвое средство обогрева. Масло является средством более дорогим, а кроме этого, его необходимо по истечении определённого времени выменять на новое. Водяной бак испарителя оснащён дополнительно системой катодной защиты и оборудован датчиками уровня, датчиками температуры и автоматической системой подпитки воды. Правильный режим работы испарителя поддерживает контрольная панель А103, которая пилотирует также работу всей части хлороотбора. На выходной части испарителя находится контактный манометр. Чтобы поддержать однородность качества производимого хлора установлен фильтр FCI, который задерживает случайно попавшие загрязнения и предохраняет от их проникновения в другие отсеки установки. За фильтром находится манометр перепада давления на фильтре. Если показатели слишком высоки – необходимо прочистить фильтр.

-           Редукционный клапан хлора обозначен на схеме символом Y100. Исполняет он двойную роль: редуцирует давление транспортируемого из испарителя газового хлора, а в случае излишнего роста давления, утечки хлора или другой аварии является дополнительно клапаном (имеющим электрический привод), отсекающим подачу хлора к другим частям установки. За редукционным клапаном размещён контактный манометр, контролирующий давление хлора, транспортируемого в вакуумную линию.

-           Редукционно-вакуумный узел обозначен на схеме символом С104. Этот узел поддерживает постоянный уровень вакуумметрического давления в линии хлора на подводе к инжектору, который создаёт вакуум в трубопроводе. Редукционно-вакуумный узел представляет собой систему собранных на одной панели клапанов: вакуумного затвора, вентиляционного клапана и клапана безопасности вакуума. Максимальная производительность узла - 200 кг Cl₂/ч. Такая система обеспечивает и поддерживает стабильность рабочего режима вакуумной системы даже во время колебаний рабочих параметров хлоратора и инжектора. Один узел регулировки вакуума может обслуживать пять рабочих хлораторов. Это позволяет избежать многих соединительных систем, что положительно влияет на бесперебойную работу установки.

-           Узел хлораторов обозначен на схеме символом Х101...Х107. Это единица дозирования газа максимальной производительностью 40 кг Cl₂/ч. Узел хлораторов состоит из целого ряда рабочих клапанов, ротаметра и двух вакуумметров, контролирующих уровень вакуумметрического давления между хлоратором и инжектором, а также между хлоратором и вакуумным затвором. Предложено два вида хлораторов с целью проведения вступительной дезинфекции с ручной регулировкой производительности и заключительной дезинфекции с ручной и автоматической регулировкой производительности. Регулировка производительности проводится посредством специального сопла типа „V-notch”. При ручной регулировке желаемая производительность задаётся положением рукоятки. При автоматической регулировке уровень производительности задаётся электронным позиционером, управляемым сигналом извне. Каждый хлоратор оборудован регуляторами А114...А116, к которым будут подведены сигналы 0/4...20 мА из анализаторов хлора в воде А110 и А111.

-           Узел инжекторов обозначен символом J1...J7. В предлагаемой установке каждый хлоратор сопряжен с собственным инжектором. Гарантирует это бесперебойность рабочего режима системы дозировки хлора и плавный переход в рабочий режим резервного хлоратора. Предложено инжектор 2» с внутренним возвратным клапаном, предохраняющим от нежелательного проникновения воды в хлоратор. Каждая линия воды инжектора оснащена водяным вспомогательным насосом Р1...Р5 и узлами запорных и возвратных клапанов.

-           Датчик утечки газового хлора обозначен на схеме символом А112 и А111. Датчик должен контролировать утечку газового хлора. Электронный модуль обслуживает два измерительных зонда. Информация об утечке хлора передаётся в систему автоматического управления установкой, которая автоматически задерживает работу оборудования.

-           Анализатор хлора в воде обозначен символами А110 и А111. С помощью анализатора измеряется уровень хлора в воде. Анализатор состоит из электронного модуля и измерительной самочистящейся ячейки.

В таблице 2 представлено технологическое оборудование и комплектующие элементы установки. Обозначение оборудования соответствует технологической схеме.

Таблица 2

Схема предусматривает две независимые линии отбора и распределения хлора. В состав каждой линии входит комплект двух весов WG1 и WG2 (один комплект весов на один контейнер), система автоматического обмена контейнеров С101 и А101, компенсационная камера С102, испаритель с контрольной панелью С103 и А103, редукционный клапан Y100, редукционно-вакуумный узел С104 и узел хлораторов Х101 и Х102.

В нормальном рабочем режиме установки используется лишь одна линия из двух. Другая линия является резервной. Благодаря добавочным соединяющим трубопроводам обе линии сопряжены с собой. Например: возможен отбор хлора из одной линии - из системы обмена контейнеров С101 и его направление на другую линию - в испаритель С103А.

Такой режим работы обеспечивает надёжную и непрерывную работу хлораторной. В случае аварии, замены или ремонта какого-либо узла одной линии – в работу включается другая линия.

Исходя из нашего опыта и мировых технологических решений в области строительства хлорного оборудования на водонапорных станциях большого стратегического значения (поставка воды населению) – всегда строятся, по крайней мере, две независимые линии распределения хлора. Самые ответственные узлы установки обычно дублируются.

Ниже подробно описана работа хлорной установки. Описание касается лишь одной линии отбора хлора – другая линия работает по аналогичному принципу. Символика обозначений соответствует схеме.

Используемый для дезинфекции хлор поставляется в контейнерах ёмкостью нетто 1000 кг. Два контейнера с хлором ставятся на весах WG1 и WG2. Показатель электронного измерителя весов считывает вес брутто. Каждый контейнер сопряжен с коллектором автоматической системы обмена контейнеров С101. Открываются шаровые клапаны Z101 и Z102, устанавливается уровень давления на контактном манометре PI1 и открываются клапаны на контейнерах (отбор жидкой фазы). Переключение контейнеров (выбор рабочего контейнера на весах WG1) происходит с помощью контрольной панели А101. Открывается клапан с приводом Y101 и хлор транспортируется в установку. Отсек пустого контейнера и открытие линии из полной контейнера происходит автоматически (на весах WG2). Клапан Z101 закрывается и открывается клапан Z102. После этого жидкий хлор из системы С101 транспортируется в бак испарителя С103. Перед испарителем находится компенсационная камера С102 с пластиной безопасности PI2. В случае неожиданного роста давления хлора свыше 14 бар происходит разрыв пластины безопасности РВ. Находящийся в трубопроводе газовый хлор расширяется в камере С102. Одновременно из манометра PI2 к контрольной панели А103 передаётся сигнал. Установка автоматически выключается. Клапаны Y101, Y102, Y110 закрываются. Сигнализируется авария.

Жидкий хлор по стальному трубопроводу поступает в вакуумный бак испарителя С103. Бак этот обогревается в водяной ванне при температуре ок. 70⁰С. В испарителе происходит превращение жидкой фазы хлора в газовую. Испаритель оборудован датчиками температуры и датчиками уровня воды. В случае снижения уровня воды в водяной ванне, срабатывает система автоматической подпитки воды – включается электромагнитный клапан Y202. На выходе испарителя установлен контактный манометр PI3, который при неожиданном росте давления хлора передаёт сигнал к контрольной панели А103. Выпаренный газовый хлор транспортируется через фильтр хлора FCL1. За фильтром находится манометр PI4. Если фильтр очищен, его показатели должны соответствовать показателям манометра PI3. Перепад давления сигнализирует о загрязнённости фильтра. В этом случае в работу включается другая линия, а первую выключается и производится чистка фильтра. При переключении линий можно воспользоваться клапаном ZAB, сопряжённого с обеими линиями. После выключения испарителя С103 и закрытия клапана Z104 хлор направляем в другую, приготовленную к работе, линию. В этом случае нет необходимости использовать систему С101А. Клапан Z103A находится в закрытом положении. В работу включена система соединений: С101, С102, С103А, С104А. После очистки фильтра FCL1 опять включаем его в рабочий режим. За фильтром находится редукционный клапан Y100, который одновременно исполняет роль запорного клапана. Этот клапан регулирует давление хлора, транспортируемого в узел регуляции вакуума С104. Узел регуляции вакуума представляет собой систему клапанов, собранных на одной панели - воздухоотводящего клапана Z109 и клапана безопасности вакуума Z108. До входа в вакуумный затвор Z107 трубопровод исполнен из углеродистой стали, а после него материалом исполнения является пластмасса. Трубопроводы, транспортирующие газовый хлор, исполнены из ПВХ-С. Этот материал более благотворно воздействует на газовый хлор. Трубопроводы из ПВХ-С тянутся до инжекторов. Остальные трубопроводы на хлорированную и чистую воду исполнены из ПВХ-U.

Из вакуумной системы С104 хлор распределяется коллектором в отдельные хлораторы. В хлораторах Х101 до Х104 производится вступительная дезинфекция с ручной регулировкой производительности. Каждый хлоратор оборудован инжекторами J1 – J4 и узлом запорных и возвратных клапанов. Хлораторы питаются водой из насосов Р1, Р2, Р3. Резервный хлоратор Х104 при помощи клапанов Z413, Z414 или Z415 может сотрудничать с любой линией дозировки.

Хлораторы Х105, Х106, Х107 используются в заключительном процессе дезинфекции. Кроме ручной регулировки производительности имеют также и автоматическую регулировку. В связи с этим каждый хлоратор оборудован позиционером и регулятором типа PCU для автоматической регулировки производительности. Сигнал об этом исходит из датчиков А110, А111. Эти хлораторы оборудованы аналогично как хлораторы вступительной дезинфекции, т.е. насосами, инжекторами и узлами клапанов. Хлоратор Х107 является резервным и может работать вместо хлораторов Х105 или Х106.

В оборудовании минимизировано количество резьбовых, фланцевых и сварных соединений, чтобы предотвратить возможность потери плотности соединений и не допустить к утечке хлора.