Водоотведение города и промышленного предприятия

Для наиболее детального отражения и понимания сущности происходящих процессов необходимо составить балансовую схему водного хозяйства. Балансовая схема может быть составлена либо в абсолютных величинах (расходы воды: м³/час или м³/сут), либо в относительных величинах (так называемые удельные расходы воды на единицу выпускаемой продукции). Схема показывает, что при производстве горячего листового проката имеют место следующие основные водоемкие процессы:

· охлаждение оборудования (удельный расход воды - 13,66 м³/т);

· гидросбив и гидросмыв окалины (удельный расход - 3,01 м³/т);

· термическая обработка (удельный расход 11,51 м³/т).

Проектная производительность рассматриваемого предприятия: 5000 тонн листового проката в сутки. Зная эту величину легко получить абсолютные величины расходов воды, которые будут приведены ниже в таблице 3.1.

Анализируя балансовую схему, заключаем, что режим работы широкополосного стана горячей прокатки можно охарактеризовать как бессточный. Однако на практике, в оборотных циклах прокатных цехов, нередко наблюдается нарушение баланса, вследствие того для некоторых потребителей, например, для охлаждения различных контрольно-измерительных приборов и других нужд используется вода из чистых циклов или свежая вода. Сброс этой воды производится в систему загрязненной воды. Общее количество воды превышает величину безвозвратных потерь, в результате чего происходит переполнение грязного цикла.

Таблица 3.1

Процесс	Абсолютные величины расходов воды, м3/сут	Температурный перепад, єC	Безвозвратное потребление и потери	Продувка	Подпитка
			В производстве	Испарение	Ветровой унос	Со шламом	Всего		Всего	Свежие воды	Продувочные воды
Гидросбив и гидросмыв окалины	Окалиноломатели черновые	12420	2	125	33	0	0	158	0	158	158	0
	Окалиноломатели чистовые	2630	2	25	7	0	0	32	0	32	32	0
	Всего	15050	2	150	40	0	0	190	0	190	190	0
Термообработка	Всего	57550	5	145	430	170	0	745	290	1035	1035	0
Охлаждение оборудования	Клети черновые	13660	6	69	0	0	0	69	0	69	69	0
	Клети чистовые	21173	6	106	268	92	8	461	0	461	461	0
	Моталки	9563	6	47	332	113	12	517	0	517	9	508
	Полоса	23904	6	118	0	0	0	118	0	118	118	0
	Всего	68300	6	340	600	205	20	1165	0	1283	775	508
Всего:	140900	-	635	1070	375	20	2100	290	2508	2000	508

Примечание: данные для таблицы [11, стр.164, табл.27].

3.2 Определение основных водопотребителей и потоков сточных вод

Отвод сточных вод цеха горячего проката производится по следующей схеме: в процессе прокатки на каждой технологической операции вода нагревается, загрязняется маслом и окалиной и сбрасывается в подставной туннель, расположенный под центральным рольгангом. Загрязнение воды на различных участках прокатки неодинаково и зависит от операции.

Цикл охлаждения оборудования включает в себя следующие элементы:

· клети черновые;

· клети чистовые;

· моталки;

· устройства для охлаждения полосы.

Гидросбив и гидросмы в окалины и шлака с поверхности прокатываемого листа осуществляется:

· окалиноломателями с гидросбивом черновыми;

· окалиноломателями с гидросбивом чистовыми.

Термообработка проката подразумевает его закалку путем попеременного чередования процессов нагрева и охлаждения, что обусловливает большую величину удельного расхода воды.

На основании анализа балансовой схемы и после определения основных водопотребителей, можно приступать к составлению технологической схемы водного хозяйства. Вполне естественно предположить, что эта схема находится в прямой связи с технологией производства горячего проката.

В проекте принята схема последовательно-оборотного водоснабжения широкополосного стана горячей прокатки (на основании исследований, проведенных ВНИПИ чермет-энергоочисткой). Сущность схемы заключается в том, что малозагрязненная вода от охлаждения полосы и моталок, после очистки в специальной яме для окалины, представляющей собой открытый гидроциклон (группу гидроциклонов), направляется на повторное использование - охлаждение роликов рольгангов, валков черновой группы клетей и полосы снизу. После использования на этих операциях вода отводится в яму для окалины, а затем выводится за пределы цеха на вторичную очистку.

На охлаждение валков чистовой группы клетей, полосы (сверху), моталок и термообработку вода подается после вторичной очистки в отстойниках с камерой типа "сегнерова" колеса. Для улучшения водоотводящих свойств осадка применяем процесс кондиционирования с введением реагента, полиакриламида (ПАА). Доза ПАА - 1мг/л.

q_уд - 3м³/м² час- без применения ПАА

q_уд - 5м³/м² час- с применением ПАА

D_отс.= 30м. F= рr² = 3,14*15² = 707м²

Q_сут= 119147м³/сут = 4964 м³/час

F_отс= Q /q_уд = 4964/3=1654,7м²

F_отс= Q /q_уд = 4964/5=992,8м²

Определим количество отстойников:

n_отс = 1654,7/707=2,3 без применения ПАА - 3отст.

n_отс = 992,8/707=1,4 с применением ПАА - 2отст.

Вода поступающая (подаваемая) на гидросбив окалины, проходит третью ступень очистки на фильтрах с плавающей загрузкой типа ФПЗ. [15. стр.120]

3.3 Количественные и качественные показатели загрязняющих веществ

Загрязнение, которое получает вода, делится на:

· физико-химическое, обусловленное окалиной и маслами;

· температурное, обусловленное нагревом воды.

Окалина.

Гранулометрический состав окалины в зависимости от вида технологических операций, при которых она образуется, и места отбора проб на различных участках системы оборотного водоснабжения, приведены в таблице 3.2. Наиболее крупные частицы окалины образуются на участках черновых клетей и черновых окалиноломателей с гидросбивом. На чистовомокалиноломателе и чистовых клетях крупность частиц снижается. На участке охлаждения полосы размер частиц значительно уменьшается: 50-60% частиц имеют крупность менее 5 мкм. После ям для окалины в сточных водах содержатся частицы взвеси, величина которых в основном не превышает 85 мкм, а после вторичных отстойников - 40 мкм. Плотность окалины на различных заводах колеблется в пределах 4,6-4,9 г/см³.

Таблица 3.2. Гранулометрический состав взвеси, %, содержащиеся в сточных водах

Размер фракций, мкм	Окалиноломатели черновые	Окалиноломатели чистовые	Чистовые клети	Охлаждение полосы	Моталки	После ям для окалины	После вторичных отстойников
>85	82	59	5	8	-	16	-
85-60	16	11	15	9	1	15	1
60-40	2	6	27	8	2	15	1
40-20	-	8	15	5	17	6	18
20-15	-	9	5	2	5	2	26
15-10	-	2	3	2	4	2	7
10-5	-	2	5	2	3	2	6
<5	-	3	25	64	68	32	41

Наибольшая скорость осаждения взвеси характерна для сточных вод черновых и чистовых окалиноломателей, в которых 98% взвеси выпадает за 60 сек. с гидравлической крупностью 6,8 мм/с при остаточной концентрации 100 мг/л. Остаточная концентрация взвеси в осветленной воде 50-80 мг/л достигается при отделении частиц с гидравлической крупностью 0,06-0,1 мм/с.

Масла и нефтепродукты

Сточные воды станов горячего проката содержат различные масла и нефтепродукты, попадающие в воду через неплотности в системе смазки. Индустриальные масла и солидолы, содержащиеся в сточных водах, имеют плотность соответственно 0,879 и 0,927 г/см³. Часть масел, содержащихся в сточных водах, задерживается в сооружениях первой ступени очистки (т.е. ямах для окалины), особенно солидолы.

Количественные показатели, выраженные через концентрации окалины и масел, в сточной воде после каждой технологической операции определены и показаны в таблицах.

Таблица 3.3. Увеличение концентрации окалины в сточных водах.

Процесс	Концентрация окалины, мг/л	Увеличение концентрации, мг/л
	Исходная вода	Сточная вода
Гидросбив и гидросмы в окалины	Окалиноломатели черновые	50	5050	5000
	Окалиноломатели чистовые	50	1250	1200
Термообработка	Всего	80	120	40
Охлаждение оборудования	Клети черновые	65	290	225
	Клети чистовые	79	229	150
	Моталки	79	119	40
	Полоса (верх)	79	119	40
	Полоса (низ)	65	105	40

Таблица 3.4. Увеличение концентрации масел в сточных водах.

Процесс	Концентрация окалины, мг/л	Увеличение концентрации, мг/л
	Исходная вода	Сточная вода
Гидросбив и гидросмы в окалины	Окалиноломатели черновые	30	60	30
	Окалиноломатели чистовые	30	60	30
Термообработка	Всего	30	45	15
Охлаждение оборудования	Клети черновые	60	90	30
	Клети чистовые	29	59	30
	Моталки	29	179	150
	Полоса (верх)	29	44	15
	Полоса (низ)	60	75	15

Баланс окалины по широкополосному стану при производительности 5000 тонн проката в сутки.

Таблица 3.5

Процесс	Увеличение концентрации, мг/л	Абсолютные величины расходов воды, м3/сут	Количество поступающей окалины, т/сут
Гидросбив и гидросмыв окалины	Окалиноломатели черновые	5000	12420	62,1
	Окалиноломатели чистовые	1200	2630	3,2
Термообработка	Всего	40	57550	2,3
Охлаждение оборудования	Клети черновые	225	13660	3,1
	Клети чистовые	150	21173	3,2
	Моталки	40	9563	0,4
	Полоса	40	23904	1,0
ИТОГО:	75,3

Баланс масел по широкополосному стану при производительности 5000 тонн проката в сутки.

Таблица 3.6

Процесс	Увеличение концентрации, мг/л	Абсолютные величины расходов воды, м3/сут	Количество поступающей окалины, т/сут
Гидросбив и гидросмыв окалины	Окалиноломатели черновые	30	12420	0,37
	Окалиноломатели чистовые	30	2630	0,08
Термообработка	Всего	30	57550	1,73
Охлаждение оборудования	Клети черновые	60	13660	0,82
	Клети чистовые	29	21173	0,61
	Моталки	29	9563	0,28
	Полоса (верх)	44,5	23904	1,06

Тепловое загрязнение

Как было сказано выше, сточные воды, помимо физико-химического загрязнения, получают еще и температурное загрязнение. Следовательно, в оборотный цикл необходимо включить сооружения - охладители. Принимаем в качестве таких сооружений градирни башенного типа. Область применения башенных градирен характеризуется следующими параметрами:

· удельная тепловая нагрузка70-90 кВт/м²;

· перепад температур горячей и охлажденной воды 5-15 єC;

· разность температуры охлажденной воды, температуры и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру6-8 єC.

В дипломном проекте тепловой расчет градирен непосредственно не производился, однако был проведен анализ температурного загрязнения в соответствии с технологическими операциями. На основании этого анализа было установлено, что при расходе охлаждаемой воды 30-40% от Q_общ необходимо предусмотреть 2 ступени градирен, а при расходах охлаждаемой воды 50-100% от Q_общ достаточно 1 ступени.

3.4 Расчет сооружения по очистке сточных вод

Цилиндрическая яма для окалины (позиц.12, лист № 4)

Для первичного осветления сточных вод прокатных станов успешно эксплуатируется ряд промышленных установок с открытыми гидроциклонами простейшей конструкции, выполняющие роль ям для окалины. В этом случае отделение окалины улучшается за счет совместного действия гравитационных и центробежных сил.

Произведем подбор ямы для окалины для нашего стана:

При часовом расходе сточных вод равным Q^час=Q^сут/24=140900/24=5871 м³/час, площадь зеркала поверхности составит величину, равную F=Q_час/q_уд=5871/45=130,5 м², а диаметр D=6,4 м.

Остаточная концентрация сточных вод по окалине снижается до 150-200 мг/л. Масла же улавливаются незначительно (Э_м=10-15%).

Таким образом, вода, пройдя первичную очистку, на выходе будет иметь следующие параметры:

· концентрация окалины C_OK^EX=200 мг/л;

· концентрация масел C_M^EX= C_M^ENЧ(1- Э_м)=63Ч(1-0,15)=54 мг/л.

Фильтры с плавающей загрузкой типа ФПЗ.

Используются в качестве сооружений третей ступени очистки и доочистки следующих технологических потоков системы:

· вода на гидросбив окалины;

· вода для охлаждения полосы (снизу);

· вода для охлаждения валков черновых клетей.

Приготовление плавающей загрузки складывается из вспенивания, сушки и рассева по фракциям. Для вспенивания гранулы товарного полистирола нагревают до температуры 98-100 єC в воде. Паром или воздухом. При нагреве происходит размягчение полистирола с одновременным выделением газообразных составляющих пенообразователей. Плавающая фильтрующая загрузка благодаря незначительному объемному весу занимает верхнюю часть свободного объема в фильтре, заполненном водой. Процесс фильтрации происходит при движении жидкости снизу вверх, а промывка слоя загрузки - сверху вниз. Это обусловило необходимость конструктивного изменения фильтра.

Эффективность очистки от окалины на скоростях 55-65 м/ч остается постоянной (около 70%) независимо от концентрации взвеси в очищенной воде. Эффективность очистки от масел колеблется в пределах 16-40% и зависит от состояния масла в воде: если масло в основном образует эмульсию, то эффект очистки снижается, если же масло находится в нерастворимом виде, то достигается более эффективная очистка. Суммарная грязеемкость обеих ступеней ФПЗ в среднем составляет по окалине до 37 кг и по маслу до 10 кг на 1 м³ фильтрующего материала.

Фильтрующая загрузка из плавающих гранул хорошо отмывается от окалины и масел, обладает достаточной прочностью и химической стойкостью, не истирается и обеспечивает стабильную работу фильтров в условиях длительной эксплуатации.

3.5 Обезвреживание маслоотходов

Маслоотходы представляют собой большую опасность для водоемов, поэтому сброс их в водоемы категорически запрещен. Недопустимо также выбрасывать маслоотходы на различные отвалы, так как они могут вымываться атмосферными осадками и попадать в водоемы.

Лучший способ обезвреживать маслоотходы - это их сжигание.

Важно отметить, что в данном случае речь идет о маслах и нефтепродуктах, которые извлекаются из очищаемой сточной воды на различных этапах очистки.

Сжигание маслоотходов и шлама можно производить совместно или в раздельных печах. В проекте принято производить сжигание шлама и масла в раздельных печах. А шлам, получаемый при обработке маслоотходов, будет направляться на сооружения по обработке осадков (основной массы окалины).

3.6 Подготовка и утилизация железосодержащих шламов

Наиболее распространенным способом утилизации железосодержащих шламов в металлургическом производстве является добавка их к агломерационной шихте. Это обусловлено тем, что шламы по своему химическому составу, (см. табл. 8) подобны агломерационной шихте (для справок: агломерационная шихта - это исходное сырье для доменных печей).

Усредненный химический состав, %, окалины.

Таблица 3.7

Химическое соединение	Содержание, %
Feобщ	70-72
SiO2	0,3-0,6
Al2O3	0,1-0,4
CaO	1-4
MgO	0,5-2
MnO	0,2-0,5
P2O5	0,02-0,4

Плотность шлама изменяется от 4,7 до 5,3 г/см³.

Для обезвоживания железосодержащих шламов применяют:

· классификаторы;

· гидроциклоны;

· сгустители;

· вакуум-фильтры;

· центрифуги;

· фильтр-прессы.

В проекте принято производить обезвоживание шлама на фильтр-прессах КМП.

Фильтр-прессы КМП

Показатели процесса обезвоживания шлама на фильтр-прессах:

· концентрация твердых частиц в шламовой пульпе 250-300 г/л;

· крупность твердых частиц не более 3 мм;

· разность давлений 2 атм.;

· удельная производительность по сухому осадку q_уд=110-160 кг/(м²*ч);

· влажность осадка (кека) 18-19%;

· общее время цикла 8-10 мин.;

· тип фильтровальной ткани (капрон).

Общее количество образующейся окалины (см. табл.6) составляет

G^ОК_сут=75,3 т/сут или G^ОК_час=2721 кг/час.

Общую площадь фильтрования определяем по формуле:

F_Ф=G^ОК_час/q_уд=2721/110=24,7 м².

Фильтр-прессы КМП (фильтр-пресс камерный автоматический башенного типа) выпускаются промышленностью серийно и имеют площадь поверхности фильтрования 2,5-25 м².

Перед фильтр-прессами необходимо установит решетки для задержания частиц шлама, крупность которых превышает 3 мм.

После фильтр-прессования влажность шлама будет составлять 18-19%, а оптимальная влажность при утилизации этих шламов в агломерационном производстве - 6-8%. Поэтому дальнейшее снижение влажности шлама будет достигаться путем его термической (конвективной) сушки, при которой высушиваемый материал находится в непосредственном соприкосновении с сушильным агентом - топочными газами. Для сушки шламов наиболее распространены барабанные сушилки.

Барабанные сушилки.

Техническая характеристика барабанных сушилок:

· расчетная нагрузка по влаге q_вл=60 кг/час на м1 м³ объема;

· влажность поступающего осадка 18-19%;

· влажность осадка на выходе 6-8%;

· температура дымовых газов на входе 700-800 єC;

· температура дымовых газов на выходе 250 єC.

На барабанную сушилку поступает шлам со всего завода.

Сушилка:

L =20м;

D = 2500мм;

V =рr² 20 =3,14*1,25²*20=98,1м³

Технологическая схема обработка шлама (окалины), включающая фильтр-прессование и конвективную сушку, представлена на чертеже в графической части проекта.

Техническая характеристика барабанной сушилки

1. Назначение установки - обезвреживание окалиносодержащих шламов и жидких маслоотходов.

2. Обрабатываемые материалы:

а) Окалиносодержащие шламы:

состав: окалина - 45%

вода - 47%

масло - 8%

Производительность по шламу - 2,5-3 т/час

Производительность по сухой окалине - 1-1,2 т/час

б) Жидкие маслоотходы:

состав: минеральные масла - 50%

вода - 50%

Q=4500 ккал/кг

Производительность установки по маслоотходам ? 200 кг/час

3. Основные агрегаты и их характеристика:

а) Вращающаяся печь для прокалки шлама.

Размеры печи: D=2,5м; L=20м

Схема работы - противоточная

Угол наклона - 1⁰

Число оборотов - 0,65-1,3об/мин

б) Барабанный холодильник для охлаждения окалины

Размеры: D=1,2м; L=12м

Угол наклона - 1⁰

Число оборотов - 4-8 об/мин

в) Циклонная топка для сжигания жидких маслоотходов

4. Режимные параметры работы установки:

а) Расход маслоотходов в циклонной топке - 200кг/час

б) Давление маслоотходов 20-25 атм.

в) Температура - 60-80⁰С

г) Расход природного газа в циклонной топке:

при работе на природном газе: 300-500мм³/час

в пилотную горелку при сжигании маслоотходов: 40-100мм³/час (переодически)

д) Расход природного газа в горелки дожигательного устройства - 50мм³/час;

е) Давление газа - 0,3-0,7 атм

ж) Расход воздуха:

В циклонную топку - до 3000мм³/час;

В дожигательное устройство - 2000мм³/час;

Давление воздуха - 330 -450 кгс/м²

з) Количество избыточного воздуха из холодильника - 2000 - 3000 мм³/час, t-200⁰С;

и) Расход технической воды - 150м³/час

к) Установленная мощность электроприводов -150кВТ

4. Автоматизированная система управления технологическим процессом блока УФ обеззараживания очищенных сточных вод на очистных сооружениях

В настоящее время очень большое внимание уделяется вопросу охраны окружающей среды. Эта тенденция особенно актуальна для предприятий коммунального хозяйства и, в частности, для водоочистных станций, ведь экологический фактор имеет приоритетное влияние на качественный состав исходной воды. В этом дипломном проекте будет рассмотрена возможность комплексной автоматизации технологическим процессом блока УФ обеззараживания очищенных сточных вод.

4.1 Назначение и цели создания АСУ

Автоматизированная система управления технологическим процессом блока УФ обеззараживания очищенных сточных вод на очистных сооружениях (далее ОС) предназначена для централизованного эффективного управления технологическими процессами, оборудованием, их непрерывного контроля, а также для обеспечения надежности работы оборудования в технологическом процессе.

АСУ ТП предназначена также для подготовки и передачи в ЦДП ОС обобщенной информации о технологических процессах блока УФ обеззараживания.

Повышение эффективности работы сооружений должно быть достигнуто за счет возможности точного исполнения регламента эксплуатации сооружений, обеспечиваемого средствами автоматизации.

Перечень конкретных целей включает в себя следующие пункты:

· обеспечение обслуживающего персонала очистных сооружений полной, достоверной и оперативной информацией о технологическом процессе;

· повышение надежности работы сооружений за счет своевременного предупреждения аварийных ситуаций, скорейшего их обнаружения и ликвидации;

· повышение эффективности работы блока УФ за счет поддержания рациональных режимов работы, оперативности и обоснованности принимаемых решений по управлению технологическим оборудованием и высокой точности контроля их исполнения;

· снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения ущерба от аварий, поддержания более экономичных режимов работы, сокращения расходов электроэнергии;

· хранение и регистрация информации о протекании технологического процесса повышения уровня технической оснащенности и культуры труда обслуживающего персонала.

4.2 Характеристика объекта управления

Объект управления представляет собой комплекс сооружений по обеззараживанию сточных вод с помощью ультрафиолетового облучения.

Организационно подразделение, управляющее сооружениями УФ обеззараживания, входит в состав цеха биологической очистки сточных вод ОС.

В состав комплекса входят следующие технологические сооружения: одна распределительная камера очищенной воды на подводящем канале, отделение плоских сит (два канала), отделение УФ обеззараживания (три канала).

Схема сооружений в виде плана показана на листе № 12 (графического материала). Отсечные затворы распределительной камеры, канала сит и УФ показаны в виде прямоугольников сплошной зеленой окраски, регулирующие затворы секций УФ показаны в виде двухцветных прямоугольников.

Отсечные затворы камер предназначены для переключения потоков воды в случае аварий или плановых ремонтов сооружений УФ обеззараживания.

Очищенная вода от сооружений биологической очистки воды через отсечные затворы распределительной камеры поступает в сборный канал отделения плоских сит. две секции отделения работают параллельно.

Сита защищают ультрафиолетовые лампы от механических включений. Для сохранения работоспособности и обеспечения требуемой пропускной способности сита регулярно очищаются с помощью электрифицированного механизма очистки. Задержанные на плоских ситах вещества сбрасываются в контейнеры, которые периодически, по мере их наполнения, заменяются на новые.

Отсечные затворы на входе и выходе каналов позволяют включать в работу или отключать требуемое количество каналов.

Управление отделением сит заключается в поддержании требуемого режима очистки, который контролируется по перепаду уровней воды до и после сит.

Три канала отделения УФ обеззараживания также работают параллельно. Как и в предыдущем случае, отсечные затворы на входе и выходе каналов позволяют включать в работу или отключать требуемое количество каналов.

В отделении УФ обеззараживания расположен комплект оборудования фирмы «ЛИТ», состоящий из установленных в каждом из каналов восьми модулей ультрафиолетовых ламп. Каждый модуль управляется из шкафа ЭПРА. Два модуля объединены в секцию, два шкафа ЭПРА объединены в блок ЭПРА. Каждый канал имеет собственный шкаф управления, кроме того, имеется общий шкаф управления и комплект приборов контроля.

Управление регулирующим затвором, установленным на выходе канала, должно обеспечить равномерную нагрузку на каждый из каналов и требуемый уровень воды над бактерицидными лампами.

В зависимости от расхода и свойств обрабатываемой воды изменяется интенсивность ультрафиолетового излучения с целью обеспечения требуемого бактерицидного эффекта.

С точки зрения автоматизированного управления процесс характеризуется четко выраженными периодическими изменениями возмущающих воздействий, причем возмущения имеют суточные и сезонные периоды изменений.

4.3 Описание процесса деятельности в составе автоматизированной системы управления

Процесс деятельности персонала в условиях функционирования АСУТП характеризуется следующим образом.

Контроль протекания технологического процесса проводится средствами АСУТП, что резко сокращает количество обходов технологической зоны. Наличие аварийной и технологической сигнализации делает возможным контролировать объект управления, находясь вне технологической зоны, в ЦДП, МДП или другом помещении в зоне действия сигнализации. Вместе это позволяет организовать безлюдное функционирование управляемого объекта.

Функции управления объектом возлагаются на операторов МДП биологической очистки воды ЦДП ОС, которые с помощью АРМ имеют возможность дистанционного управления отсечными затворами, ситами, каналами УФ обеззараживания и т.п.

В системе предусматривается автоматизированное ведение архива истории процесса, состояния оборудования и технологических параметров. Имеется возможность анализа и прогнозирования изменения параметров технологического процесса.

Функциональная структура АСУТП блока УФ обеззараживания ОС показана на схеме, она включает одну подсистему, которая выполняет следующие функции автоматизированного управления:

· Контроль и отображение информации о состоянии управляемого объекта;

· Аварийная и технологическая сигнализация и сообщения об отказах;

· Автоматическое и автоматизированное управление;

· Ведение истории процесса, печать рапортов и другой отчетной документации.

Подсистема АСУТП блока УФ обеззараживания входит в состав трехуровневой автоматизированной системы управления технологическим процессом ОС.

Верхний уровень или уровень централизованного контроля и управления АСУТП ОС - это уровень ЦДП. Средний уровень или уровень автоматизированного управления АСУТП - это уровень МДП блока сооружений биологической очистки воды.

Основными элементами технической структуры этих уровней АСУ являются АРМ оператора, которые установлены на местном и центральном диспетчерском пункте. Важным элементом ДП является специализированное программное обеспечение операторских станций, SCADA системы.

АСУТП УФ ОС обеспечивает равноценное управление как из МДП, блока сооружений биологической очистки воды, так и из ЦДП ОС.

На схеме элементы уровня централизованного и автоматизированного контроля и управления, к которым относятся АРМ оператора МДП и ЦДП ОС, показаны условно в виде прямоугольника.

Операторы системы управления получают необходимую информацию с помощью SCADA системы и назначают необходимые уставки для контуров автоматического и программно-логического управления.

Нижний уровень или уровень локальной автоматики подсистемы состоит из двух контроллеров - центрального контроллера подсистемы и контроллера отделения УФ.

Блок ДУ1 центрального контроллера обеспечивает прием команд оператора на открытие или закрытие отсечных затворов отделения сит.

Виртуальный регулятор PID1 предназначен для дистанционного включения и отключения механизмов очистки плоских сит. Регулятор изменяет временные параметры периодической очистки сит в зависимости от сигналов уровнемеров LE203 и LE204.

Блок программно-логического управления DC1 управляет открытием и закрытием отсечных затворов GT119 и GT111 и включением и отключением узла обеззараживания соответствующего канала. Управление производится в соответствии с конкретными уставками, задаваемыми оператором для каждой фазы выполнения программы.

В автоматическом режиме DC1 стартует после получения аварийного сигнала от блока аварийной сигнализации АС контроллера отделения УФ, а в режиме дистанционного управления DC1 обеспечивает прием команд оператора на включение или отключение канала.

Блок PID2 контроллера отделения УФ является виртуальным регулятором контура стабилизации уровня воды в канале. В контуре используется уровнемер LE и регулирующий затвор GT. Конкретное задание для уровня вводится в систему по месту.

Блок PID3 контроллера отделения УФ управляет интенсивностью УФ излучения каждого канала по сложному алгоритму, который учитывает свойства воды в диапазоне УФ излучения, QIT ТАУ, измеренную интенсивность УФ излучения, QITI, и расход обрабатываемой воды, FE001. Коррекция заданий для контуров управления интенсивностью, также как и в предыдущем случае, вводится в систему по месту.

Оператор может отключать режим автоматического регулирования интенсивности, при этом устанавливается максимальная мощность излучения.

Полевой уровень подсистемы включает в себя:

· уровнемеры в сборных каналах на входе и выходе секций плоских сит, на схеме- LE203, LE204;

· уровнемеры в каналах отделения УФ обеззараживания, на схеме - LE;

· расходомер и уровнемер обеззараженной воды, на схеме - FEOO1;

· измеритель интенсивности ультрафиолетового излучения, на схеме - QITI;

· измеритель свойств воды, на схеме - QIT ТАУ;

· электрифицированные отсечные затворы, на схеме - GT211, GT216, GT119 и GT111;

· электрифицированные регулирующие затворы, на схеме - GT;

· электрифицированные сита, на схеме - GT221;

· УФ лампы со шкафами управления ЭПРА.

4.4 Решения по структуре системы

Рассматриваемая система управления создается как одна из подсистем единой автоматизированной системы управления ОС, АСУТП ОС.

В работах по проектированию автоматизированной системы учитывается возможность ее модернизации или адаптации в соответствии с накопленным опытом эксплуатации.

Режим функционирования автоматизированной системы управления круглосуточный. Обеспечивается энергоснабжение контроллеров и компьютеров подсистемы по 1-й категории электропитания.

Интеллектуальные устройства управления оснащены встроенной системой самодиагностики.

На уровне локального управления диагностирование состояния АС обеспечивается средствами специализированного программного обеспечения, которое автоматически проводит тестирование работоспособности всех измерительных приборов и исполнительных механизмов.

На уровне автоматизированного контроля и управления диагностирование АС осуществляется средствами SCADA-системы, которая обеспечивает функции автоматизированной технологической, системной и аварийной сигнализации.

4.5 Алгоритмы работы оборудования

Автоматизированная система управления выполняет следующие задачи:

контроль и отображение информации о состоянии управляемого объекта в соответствии с перечнем сигналов;

аварийная сигнализация и сообщения об отказах, в соответствии с перечнем;

печать рапортов и другой отчетной документации;

обмен данными с верхним уровнем системы управления ОС.

Перечень задач включает следующие позиции.

В системе предусмотрена возможность задания временных параметров очистки плоских сит и их изменение в зависимости от перепада уровней на ситах, измеряемых уровнемерами, установленными в общем канале отделения сит. Механизм очистки работает периодически. Период работы задаётся с АРМ оператора. Загрузка механизма (процент включения за период работы) определяется на основании уставок оператора и перепада уровней на ситах, С АРМ оператора задаётся максимальная и минимальная загрузка и перепад уровней, соответствующий максимальной загрузке механизм очистки. Нулевому перепаду соответствует минимальная загрузка. Промежуточные значения определяются по заданной линейной зависимости.

Автоматическое регулирование в каналах УФ обеззараживания

В каналах УФО предусмотрено автоматическое регулирование интенсивности ультрафиолетовых ламп, уровня воды в каналах и автоматическая очистка ламп. В системе предусмотрено три параллельно работающих контуров регулирования, по одному на каждый канал.Оператор АРМ может влиять на процессы с помощью уставок. Оператор имеет возможность с помощью АРМ задать периодичность включения механизмов очистки ламп каналов отделения ультрафиолетового обеззараживания.

Дистанционное управление

Оператор имеет возможность с помощью АРМ в режиме дистанционного управления:

· открыть или закрыть отсечные затворы отделения сит, при этом возможна установка промежуточного положения затворов;

· открыть или закрыть затворы распределительных камер;

· перевести канал отделения УФО в резерв;

· включить-отключить механизмы очистки плоских сит;

· включить-отключить канал отделения УФО.

4.6 Алгоритм ввода в работу и вывода из работы каналов УФО

Ввод в работу и вывод из работы каналов УФО выполняются в автоматическом режиме.

Вывод из работы канала УФО выполняется по команде оператора или при аварии канала. Ввод в работу канала УФО выполняется по команде оператора или при аварии канала, когда в работу взамен аварийного вводится резервный канал. Каналы УФО ставятся в резерв с АРМ оператора.

Общие требования к вводу выводу в работу каналов УФО

Уровень воды не должен повышаться выше максимальной отметки для оборудования, иначе оно может быть затоплено.

Уровень воды не должен опускаться ниже минимальной отметки, иначе может произойти перегрев ламп, накипание грязи на чехлы и т.п. Если это произошло, через короткое время (-3-5 минут) лампы должны отключиться.

При пуске и выводе из работы необходимо исключить (минимизировать) количество плохо обеззараженной воды.

Необходимо избегать сильных потоков воды при заливе сливе воды в канале. В противном случае возможны значительные гидравлические нагрузки на отдельные лампы и чехлы, их слом.

Скорость подъема и опускания запорных задвижек на входе и выходе канала должна быть не слишком маленькая и не слишком большая, сравнимая со временем полного хода задвижки системы поддержания уровня. Ориентировочное время работы - 2-5 минуты на полный ход.

Для определения положения задвижки в отсечных затворах необходимо наличие аналоговых датчиков положения и концевых датчиков.

Для уплотнения отсечных затворов на входе и выходе канала необходимо использовать датчики предельного момента на отсечных затворах совместно с концевыми датчиками. Отсечной затвор закрывается до срабатывания датчика момента. Если при этом сработал концевой датчик, то отсечной затвор закрыт. Если датчик момента сработал, а концевой нет - значит, затвор где-то заклинило, и необходимо выдать соответствующее сообщение оператору. Система управления отсечными затворами должна иметь возможность получать сигналы с датчика момента и концевого датчика отсечного затвора.

В случае отказа при вводе канала в работу используется резервный канал.

Автоматический ввод канала в работу

Включить систему поддержания уровня воды. Выждать 3 минуты. Затвор системы управления канала поднимется до своего верхнего положения, если воды в канале нет, либо установится на рабочий уровень, если вода есть. Если в системе управления уровнем воды возникнет неисправность, автоматический ввод канала в работу прекратить. Выдать соответствующее сообщение оператору.

Поднять отсечной затвор на выходе канала без остановок. Если затвор поднялся менее, чем до проектного уровня воды в канале, то выдать сигнал аварии и прекратить процедуру запуска канала в работу. В случае неполного открытие затвора возможно возникновение дополнительных потерь напора, которые, в общем случае, могут не позволить нормально функционировать системе поддержания уровня, и, возможно, всей УФ станции в целом.

Приоткрыть входной отсечной затвор на 5% (ориентировочное значение, уточняется в ходе пуско-наладки, задаётся с АРМ оператора) от проектного уровня воды в канале. Этот уровень должен обеспечить плавное заполнение канала водой за время 3-5 минут. После достижения минимально допустимого уровня воды в канале включить УФ лампы. Если минимальный уровень воды не достигнут в течение 15 минут (задается с АРМ оператора), автоматический запуск прекратить и выдать аварийное сообщение оператору о невозможности автоматически ввести канал в работу.

Выждать 5 минут для прогрева ламп, проверять отсутствие сигнала «авария» УФ системы и системы поддержания уровня воды. В случае возникновения таких сигналов прекратить автоматический запуск канала в работу, закрыть отсечную задвижку на входе до срабатывания датчика момента на двигателе. Открыть отсечную задвижку на входе в канал на 30% (задается с АРМ оператора) от уровня воды в канале в следующем режиме: 5 секунд работа, 10секунд пауза.

При отсутствии сигнала авария, произвести полное открытие задвижки на входе в канал в нормальном режиме (без пауз). Если затвор поднялся менее чем до проектного уровня воды в канале, и сработал датчик момента (заклинило), то выдать предупредительное сообщение.

Автоматический вывод канала из работы

Опустить отсечной затвор на входе канала до 30% (задается с АРМ оператора) от уровня воды в канале. В случае аварии затвора (срабатывании датчика момента или другой аварии) прекратить процедуру автоматического вывода канала из работы, выдать сообщение оператору. Закрыть отсечной затвор на входе в канал в режиме пауз: 5 секунд работы, 5 секунд перерыв, до срабатывания датчика момента на приводе. Если не сработал концевой датчик, положение затвора - не закрыто, прекратить процедуру автоматического вывода канала из работы, выдать сообщение оператору.

Выключить УФ лампы. Если необходимо опорожнить канал, то дать команду на опускание затвора системы регулирования уровня до его нижнего положения для слива воды до неподвижной части системы поддержания уровня. Закрыть без пауз в работе привода отсечной затвор на выходе из канала. Момент окончания определяется по датчику момента. Если при этом затвор заклинило раньше (датчик положения показывает, что затвор не в закрытом состоянии), выдать соответствующее предупреждение оператору.

5. Характеристики АС

АСУТП УФ ОС по своим качественным характеристикам соответствует современным требованиям, предъявляемым к автоматизированным системам управления в промышленно развитых странах.

Высокие качественные показатели АС определяются двумя факторами:

Во-первых - использование высококачественных технических и программных средств, имеющих Российские и международные сертификаты качества, во всех узлах и элементах АС.

Во-вторых - соблюдение международных требований по системе качества ISO 9001:2000 в процессе проектирования АС

Рисунок 5.1

5.2 Технология строительного производства

Сооружение выполнено с монолитным днищем и сборными стенами.

Исходные данные:

- преобладающие грунты в месте строительства - песок;

- уклон планировочной плоскости i = 0.002

- отметка земли в точке "А": +1,5 м

- отметка поверхности воды в приемной камере очистных сооружений - +3,5 м

- потери напора в сооружениях - 0,5м

- глубина промерзания грунтов - 1,4 м

- длина сооружения 84 м;

- количество секций 5;

- глубина секции (по воде) 4,4 м;

- число коридоров в секции 2;

- ширина коридора 9 м;

- толщина днища 0,2 м;

- толщина щебеночной и бетонной подготовки по 0,2 м;

- высота обсыпки 0,5 м;

- грунт сухой, 2 категории, преимущественно глина.;

- стеновые панели ПС 2-54-К1:

высотой 5400 мм, толщина 300 мм, ширина 2980 мм, вес 8,8 т.

- панель перегородки ПГ-54-1:

высотой 5400 мм, толщина 160 мм, ширина 2980 мм, вес 6,42 т.

Таблица 5.1. Рабочие отметки в вершинах квадратов со стороной 100м.

+0,70	+0,45	+0,30	+0,10	-0,60	-0,50
-0,90	+0,55	-0,40	+0,30	+0,15	-0,70
+0750	+0,65	+0,50	+0,40	+0,30	+0,20
+0,95	-0,60	+0,65	-0,55	+0,45	+0,35

В данном курсовом проекте сторона квадрата равна 100 м.

Отметка планировочной плоскости - посередине участка. Сначала производим вертикальную планировку с целью узнать объёмы планировочных насыпи и выемки. Потом составляется нулевой баланс землянных масс по строительной площадке. Эти данные сводятся в таблицу.

Подсчёт объёмов земляных работ по вертикальной планировке площадки.

Таблица 5.2

Объемы планировочной насыпи и выемки.
Выемка	Насыпь
№	hср	S, м2	W, м3	№	hср	S	W
1а	0,57	7872	4461	1б	0,30	2128	638
2а	0,26	8782	2283	2б	0,13	1218	162
3а	0,14	8318	1165	3б	0,13	1682	224
4а	0,11	6537,6	719	4б	0,20	3462	692
5а	0,05	180	9	5б	0,05	9820	491
6а	0,39	7948	3100	6б	0,30	2052	616
7а	0,34	9076	3086	7б	0,13	924	123
8а	0,24	8724	2094	8б	0,13	1276	170
9а	0,29	10000	2875	9б	0	0	0
10а	0,13	6800	884	10б	0,23	3200	747
11а	0,47	8848	4159	11б	0,20	1152	230
12а	0,36	8848	3185	12б	0,20	1152	230
13а	0,31	8668	2687	13б	0,18	1332	244
14а	0,23	8432	1939	14б	0,18	1568	287
15а	0,33	10000	3250	15б	0	0	0
			35895				4857

Объём котлована.

а) Первичный отстойник

Объем котлована - это геометрический объем грунта в плотном теле (в естественном состоянии).

Глубина котлована зависит от высоты подземной части сооружения, размеров щебеночной и бетонной подготовок под днищем.

Откос котлованов принимается 1:1 для песка.

, где

а и b - размеры сторон котлована по дну, м;

c и d - размеры сторон котлована поверху, м;

-глубина котлована, м.

б) Аэротенк

Определяем размер котлована под сооружение и объёмы грунта, необходимые для обратной засыпки пазух котлована и обсыпки сооружения.

Глубина котлована:

Нк = 4,8+0,2+0,2+0,2-(2,7 - 0,5) = 3,2 м

- длина котлована по низу: а= (60+2*0.3) + 2*0,5 = 60.6 + 1,0 = 61.6 м, где:

60 м - длина аэротенка по заданию

0.5 м - запас с двух сторон (в соответствии с техникой безопасности)

0.3 м - толщина стеновой панели

- ширина котлована по низу:

в = (9* 12 + 0,16 * 4+3*0,3 ) + 1,5 * 2 = 108+0,64+0,9+3 = 112.54 м., где:

9 м - ширина коридора аэротенка

10 - количество коридоров

0.16м - толщина панели перегородки

0.3 м - толщина стеновой панели

1.5 м - запас с двух сторон (в соответствии с техникой безопасности)

Глубина котлована:

Определяется по разрезу и равна сумме высоты коридора, толщины днища, толщины бетонной и щебёночной подготовки за вычетом разности отметок верха сооружения и земли.

Нк = 4,8+0,1+0,2+0,2-(3 - 0,5) = 2.8 м

При глубине котлована до 3-х метров для грунта "песок", заложение откосов по СНиП составляет 1: 1.

- длина котлована по верху: с=61,6 + 2 * 1 * 2.8 = 61,6+5,6=67,2 м;

- ширина котлована по верху: d= 112,54 + 2 * 1 * 2,8 = 112,54 +5,6 =118.14 м.

Объём котлована при этом составит:

Vкотл = ( (a*b)+(c*d) + (a+c)*(b+d) )* Hк / 6 =

=( (61,6 * 112,54)+(67.2 * 118,14)+(61,6+67,2)*(112,54+118,14 ) )* 2.8/6= 20805 м3.

в) Вторичный отстойник

Объем котлована - это геометрический объем грунта в плотном теле (в естественном состоянии).

Глубина котлована зависит от высоты подземной части сооружения, размеров щебеночной и бетонной подготовок под днищем.

Откос котлованов принимается 1:1 для песка.

Где а и b - размеры сторон котлована по дну, м;

c и d - размеры сторон котлована поверху, м;

-глубина котлована, м.

Объёмы обсыпки сооружения и обратной засыпки пазух котлована.

а) Первичный отстойник

для глины (коэффициент разрыхления грунта)

б) Аэротенк

Определим объём грунта, необходимого для обратной засыпки:

V_{обр.зас}= V_котл - V_{подз.части}

V_{подз.части}- объём подземной части сооружения,который определяем по формуле:

V_{подз.части}= а * в * Н_к = 61.6*112.54*2.8 = 19411м3,где:

а, в - длина и ширина котлована по низу соответственно.

Таким образом, V_{обр.зас} = 20805 - 19411 = 1394м3

Определим объём грунта, необходимого для обсыпки сооружения:

V_{обсыпки} = V_{обс.кот.} - V_{над.соор.}

Высота обсыпки сооружения определяется по разрезу и равна разности отметок верха сооружения и земли минус 0,5 м

Н _над.ч. = 3 - 0.5 - 0.5 = 2м

а1, в1 - размеры обсыпки сооружения по верху:

а1 = 61.6 + 3 = 64.6 м

в1 = 112.54 + 3 = 115.54 м

Уклон откосов обсыпки принимаем 1:1.5, тогда

с1,d1 - размеры обсыпки сооружения по низу:

с1 = 64.6 + 1.5*2 = 67.6 м

d1 = 115.54 + 1.5*2 = 118.54 м. Тогда,

V_{обс.кот.} = ( (a1*b1)+(c1*d1) + (a1+c1)*(b1+d1) )* H_над.ч. / 6 =

=( (64.6*115.54)+(67.6*118.54) + (64.6+67.6)*(115.54+118.54) )* 2 / 6 = 15474м³

Но из полученного объёма необходимо вычесть объём надземной части сооружения:

Vнад.соор. = а* в * Ннад.ч. = 61.6*112.54*2 = 13865м3,

Тогда получим:

V_{обсыпки}= V_{обс.кот.} - V_{над.соор.} = 15474 - 13865 = 1609м³

в) Вторичный отстойник

для глины (коэффициент разрыхления грунта)

Рису...