Предприятия, использующие OSEC – зарубежный опыт - ЧЕРТСИ

Оборудование
УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ХЛОРИРОВАНИЯ НА МЕСТЕ
ЧЕРТСИ - ИТОГИ ЧЕТЫРЕХЛЕТНЕЙ РАБОТЫ

В июльском номере журнала «European Water and Sewage» от 1986 года была опубликована статья, в которой рассказывалось об оснащении принадлежащей компании North Surrey Water Company водоочистной станции в Чертси установкой для электролитического хлорирования на месте (OSEC – от on-site electrolytic chlorination). Впоследствии эта статья была перепечатана W&T в BRA 367. Новая статья Роджера Гардинера (Roger Gardiner) анализирует работу станции за четыре года, прошедшие со времени переоснащения 

Прошло четыре года со времени монтажа и ввода в эксплуатацию нового оборудования OSEC на водоочистной станции компании North Surrey Water Company в Чертси. В первичном документе было указано, что от данной схемы должно выиграть как предприятие водоснабжения, так и поставщик оборудования, компания Wallace & Tiernan Ltd. Выигрыш компании Wallace & Tiernan состоял в том, что действующее оборудование устанавливалось, как говорится, у нее под боком – возле базы компании в Тонбридже, что давало компании возможность по мере необходимости совершенствовать процесс водоочистки. Предприятие водоснабжение выигрывало благодаря нестандартным условиям сделки с поставщиком оборудования и, в долгосрочной перспективе, благодаря потенциальному снижению текущих расходов.
Данный обзор с включенными в него новые данными рассматривает эти предполагаемые преимущества для каждой из компаний, а также другие, непредвиденные, преимущества, которые они получили за охватываемый обзором период, и оценивает преимущества и недостатки системы OSEC, выявленные за время ее эксплуатации.

ВОДООЧИСТНАЯ СТАНЦИЯ В ЧЕРТСИ

Установка оборудования OSEC не повлекла за собой существенных изменений в режиме работы водоочистной станции. Система автоматизации производственного процесса, которая на момент установки оборудования находилась еще на ранней стадии развития, зарекомендовала себя с лучшей стороны и потребовала лишь минимального участия обслуживающего персонала. Однако некоторые изменения на водоочистной станции все-таки имели место. Например, был увеличен объем резервуара для очищенной воды, что помогло сбалансировать расход воды на станции с вполне очевидной пользой для процесса водоочистки.
Воду из Эбби Мид, пропущенную через гравий и содержащую газообразный хлор на стадии предварительной очистки, сейчас очищают гипохлоритом натрия, производимым установкой OSEC. Это новшество потребовало лишь дополнительного малого насоса-дозатора и вспомогательного трубопровода для забора натрия гипохлорита из резервуара расположенной там же установки OSEC.
Поскольку к тому времени станция уже была оснащена оборудованием для хлорирования воды газообразным хлором, имелся только один насос-дозатор натрия гипохлорита. К нему пришлось добавить еще один в качестве дополнительного устройства для дозирования натрия гипохлорита, поскольку производство газообразного хлора на станции не требовалось больше ни для каких других целей. Держать на станции баллоны для хлора, когда он уже не нужен для обеспечения бесперебойной работы, – это лишние затраты.

УСТАНОВКА OSEC

После монтажа установка OSEC эксплуатировалась в среднем всего 9,5 часов в сутки для производства раствора натрия гипохлорита. Это позволило включать установку в часы минимальной нагрузки, что стало давать запланированную экономию затрат на электроэнергию. В первичном документе упомянута следующая стоимость электроэнергии: 3,29 пенса за кВт/ч в период максимальной нагрузки и 1,62 пенса за кВт/ч в часы ночного минимума нагрузок. В настоящий момент стоимость электроэнергии составляет, соответственно, 3,85 и 1,85 пенса за кВт/ч. Непредвиденную экономию принесло снижение стоимости соли. На момент монтажа установки тонна соли стоила 59 фунтов стерлингов, а сейчас цена упала до 57,60 фунтов стерлингов за тонну.
Произошла еще одна важная перемена, которая также повлияла на себестоимость водоочистки через стоимость самой установки OSEC. Было решено отказаться от импорта анодов из Соединенных Штатов и перейти на использование анодов, производимых сейчас в Соединенном Королевстве. Это позволило еще больше уменьшить затраты в ценах текущего дня, поскольку закупки анодов сократились на 22%.
Стоимость замены анодов, для которых в первичном документе указывались разные жизненные циклы, сократилась на 17 фунтов стерлингов с одного анода. Эта экономия станет очевидной после грядущей замены анодов в установке OSEC на станции в Чертси. В стоимостном выражении эта экономия показана в таблицах 1 – 6.

ТАБЛИЦА 1. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ ПОСЛЕ МОНТАЖА ОБОРУДОВАНИЯ
1985 год Стоимость
в пенсах
СОЛЬ...................................................3,3 кг по цене 5,9 пенса за 1 кг 19,47
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ........................4,1 кВт по цене 3,29 пенса за 1 кВт 13,49
СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ)  0,10
ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ)  2,33
ИТОГО 35,39
 ТАБЛИЦА 2. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ ПОСЛЕ РОСТА СТОИМОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
1989 год Стоимость
в пенсах
 
СОЛЬ..................................................3,1 кг по цене 5,9 пенса за 1 кг 18,29
 
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ.......................4,0 кВт по цене 3,85 пенса за 1 кВт 15,40
СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ) 0,10
ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ) 2,33
ИТОГО 36,12
 ТАБЛИЦА 3. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ,
 1989 год Стоимость
в пенсах 
СОЛЬ.......................................................3,1 кг по цене 5,9 пенса за 1 кг  18,29
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ...........................4,0 кВт по цене 1,85 пенса за 1 кВт  7,40
 СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ)  0,10
 ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ)  2,33
 ИТОГО  28,12
 ТАБЛИЦА 4. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ С НОВОЙ СТОИМОСТЬЮ АНОДОВ
1989 год Стоимость
в пенсах
СОЛЬ.......................................................3,1 кг по цене 5,9 пенса за 1 кг 18,29
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ...........................4,0 кВт по цене 3,85 пенса за 1 кВт 15,40
СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ) 0,10
ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ) 1,69
ИТОГО 35,48
 ТАБЛИЦА 5. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ ПОСЛЕ СНИЖЕНИЯ СТОИМОСТИ СОЛИ
1989 год Стоимость
в пенсах
СОЛЬ....................................................... 3,1 кг по цене 5,76 пенса за 1 кг 17,86
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ............................4,0 кВт по цене 3,85 пенса за 1 кВт 15,40
СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ) 0,10
ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ) 2,33
ИТОГО 35,69
 ТАБЛИЦА 6. СЕБЕСТОИМОСТЬ ВОДООЧИСТКИ, РАССЧИТАННАЯ ПО НАИМЕНЬШИМ ЦЕНАМ
1989 год Стоимость
в пенсах
СОЛЬ ......................................................3,1 кг по цене 5,76 пенса за 1 кг 17,86
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ...........................4,0 кВт по цене 1,85 пенса за 1 кВт 7,40
СОЛЬ (УМЯГЧЕНИЕ) 0,10
ЗАМЕНА АНОДОВ (СРОК СЛУЖБЫ 20 ЛЕТ) 1,69
ИТОГО 27,05

Выяснилось, что затраты также можно экономить, немного варьируя количество соли и величину тока. Это не имеет никакого нежелательного влияния на коэффициент нейтрализации соли, но оказывает влияние на общую себестоимость. За примером обратимся к эксплуатационным данным за 1988 год. Расход рассола, поступающего в установку, сократился с 1,05 л/мин до 1,0 л/мин, а расход электроэнергии в результате упал с 4,1 до 4,0 кВт/ч. При расчетах стало ясно, что на общую себестоимость это повлияло не сильно – она составила порядка 0,2 – 0,3 пенса/кг, и эти изменения повлекли за собой лишь двухпроцентный рост коэффициента нейтрализации соли. Из этого явствует, что, достигнув тщательного баланса между расходом рассола и величиной тока, можно со временем понизить общую себестоимость очистки воды.
При расчете себестоимости важно рассматривать и другие факторы: использование электроэнергии в часы ночного минимума нагрузок, использование электроэнергии для нагрева воды для разбавления в определенные месяцы года, а также потери продукта в результате длительного хранения до его применения, поскольку они также могут повлиять на производственный процесс в зависимости от качества используемой воды. Эти факторы изменяются в зависимости от времени, вот почему не представляется возможным точно определить их влияние на себестоимость. За исключением затрат на электроэнергию, влияние этих факторов весьма незначительно.
Изменение потребления соли не повлекло за собой сколько-нибудь существенного повышения концентрации хлора в очищенной воде. Подводя итог, можно сказать, что себестоимость водоочистки на станции в Чертси может сократиться еще больше благодаря предполагаемому дальнейшему снижению стоимости соли. Его связывают со строительством новых путей к станции, что позволит использовать для перевозки оптовых партий соли танкеры большего объема, а это, в свою очередь, приведет к снижению цены соли в р1асчете на тонну.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ  И ОХРАНА ТРУДА

Со времени введения в эксплуатацию установки OSEC на водоочистительной станции в Чертси произошли и другие изменения, связанные с требованиями Акта о технике безопасности и охране труда. Акт содержал ряд директив (HSE 498/11), которые впоследствии обсуждались законодателями и изготовителями оборудования. Такие обсуждения привели к внесению в документ поправок и прояснению некоторых указаний.
До сведения законодателей было доведено, что с целью повышения эффективности работы возможна эксплуатация оборудования преимущественно в часы ночного минимума нагрузок, однако это неизбежно приведет к снижению уровня гипохлорита в хранилище, что может расцениваться как нарушение указаний, данных в 6 и 7 параграфах документа. Было пояснено, что указания документа не препятствуют подобному режиму работы. Смысл формулировки параграфа 6 должен был состоять в том, что незаполненное пространство хранилища следует сократить так, чтобы оно располагалось выше верхнего уровня раствора в хранилище. В действительности в документе не было указаний на то, что воздушно-водородная смесь в хранилище при увеличении незаполненного пространства может вызвать какие-либо отличия от работы при высоком уровне. Для работы установки OSEC необходим достаточный приток воздуха в хранилище с целью растворения максимального количества образующегося водорода до величины ниже 1% (низшим пределом взрываемости является 4%).
В параграфе 8 говорится, что предпочтение следует отдать размещению оборудования вне помещений. Это, однако, директива общего характера, относящаяся к проектированию, и именно так ее и следует рассматривать. Но документ принято понимать буквально, что может привести к нежелательным последствиям, если это будет делать инспектор службы охраны труда и техники безопасности. На практике следует воспринимать документ как описывающий один из лучших вариантов, но не обязательно исключающий другие возможности при условии, если можно доказать безопасность такой конструкции. Для обеспечения соответствия параграфу 19 документа компания Wallace & Tiernan представила в SIRA свою систему OSEC для классификации зон, используя как критерий часть вторую BS5345. По заключению SIRA, с учетом незначительных модификаций (которые были выполнены) электролизер сам по себе не представляет опасности.
Результаты теоретических расчетов рассеивания в основном соответствуют или превосходят требования классификации зон, приведенные в документации, которую компания Wallace & Tiernan прилагает к OSEC. Что же касается ограничений, данных в параграфах 20, 21 и 23 документа, то они по-прежнему считаются ограничениями.
При расположении установок OSEC сейчас чаще всего пытаются разместить электролизеры в отдельной комнате, которую в таком случае, можно полностью отнести ко второй зоне, хотя из отчета SIRA явствует, что это условие не относится к числу обязательных. Если такое техническое решение невозможно, то при проектировании следует учесть необходимость оставить1,5-метровую вторую зону вокруг установки. К сожалению, первоначальное расположение оборудования в Чертси не позволяет этого, поскольку панель управления по-прежнему находится на старом месте на основании. Ее можно перенести в более безопасное место или же модифицировать таким образом, чтобы она соответствовала рекомендациям SIRA.

ОБЗОР ЧЕТЫРЕХЛЕТНЕЙ РАБОТЫ
 

Со времени монтажа установки OSEC на водоочистной станции в Чертси с оборудованием не возникало серьезных проблем.
Зимой 1987 года было замечено, что за два дня замерз наружный трубопровод, по которому раствор гипохлорита из хранилища поступал в насос-дозатор. После этого наружный трубопровод был отремонтирован и сейчас все наружные трубы имеют индивидуальную облицовку и сетевой подогрев во избежание повторения подобных проблем. Ситуация, возникшая в январе 1987 года, больше не повторялась, но даже если в будущем она возникнет снова, принятые меры позволят решить любые проблемы с промерзанием.
Возникли незначительные проблемы с шаровыми клапанами, регулирующими работу умягчителей воды. Клапаны иногда не срабатывали, что приводило к переполнению бака для умягченной воды. Для водоочистной станции в Чертси было бы нелишним установить дополнительные изолирующие клапаны по обе стороны расположенных на панели управления расходомеров для умягченной воды и рассола. Любые работы, связанные с обслуживанием этих инструментов требуют осушения питающего трубопровода, чего можно было бы избежать и в будущем сделать и без того нечастые технические работы еще более простыми. Это техническое решение реализовано во всех более поздних модификациях установок.
В Чертси посадка бака для хранения гипохлорита такова, что дно бака расположено ниже всасывающего патрубка насоса-дозатора. Обычно это не представляет проблем, поскольку эффект потери давления засасывания наблюдается лишь в том случае, когда уровень жидкости в баке равен или ниже одного метра от дна бака. Там же, где подобная проблема возможна, в стандартной комплектации устанавливаются клапаны, регулирующие всасывание. Такое вспомогательное оборудование пригодилось бы и на водоочистительной станции в Чертси. Оно позволило бы избежать снижения емкости бака, когда необходимо выключение остановки OSEC, и более полно использовать емкость бака.
Во время одного из запланированных посещений станции в начале 1987 года инженер из компании Wallace & Tiernan был поставлен в известность о том, что наблюдались колебания величины симметричного напряжения. Вскоре после этого были вызваны представители завода-изготовителя для устранения неисправности, вызванной перегрузкой по напряжению. Проведенное на месте исследование показало вероятность разрушения нескольких катодов внутри корпуса. В соответствии с обычным подходом к решению любых проблем, возникающих с системами OSEC, было решено вернуть корпуса с неисправными катодами на завод в Тонбридже. Имелась возможность заменить неисправные детали и перезапустить установку в эксплуатацию в течение 24 часов. Однако была достигнуто взаимопонимание в отношении того, что более полное исследование принесет пользу всем заинтересованным сторонам. Причиной неисправности было названо разрушение нескольких катодов внутри двух корпусов. Это ненормальная ситуация и причины ее возникновения проследили вплоть до происхождения использованных при изготовлении катодов материалов. Установили, что дефектные детали были изготовлены из двух партий хастелоя «С». Их состав показал большой разброс и последующие подробные лабораторные исследования подтвердили, что в разрушившихся катодах отсутствовали микроэлементы – ванадий и вольфрам. Когда завод-изготовитель осмотрел другие установки OSEC, выяснилось, что дефект этот носил локализованный характер. Пока установка простаивала, решили также проверить аноды. К тому времени установка находилась в эксплуатации два года. Состояние анодов признали удовлетворительным и было отмечено, что установка способна работать в соответствии с техническими условиями и с установленными и приемлемыми параметрами. Кроме того, при осмотре установки заметили, что один из корпусов вынулся из шасси с трудом. Причиной тому было некоторое расширение пластмассы делителей, которые не сохранили необходимый допуск внутри отверстия шасси. Проблема была решена снятием с делителей налета, после чего они стали легко извлекаться из шасси. После выявления этой особенности все новые установки стали оснащать делителями уменьшенного диаметра, чтобы противодействовать вздутию, которому подобные материалы подвержены при погружении в жидкость. С тех пор с усовершенствованными делителями больше трудностей не возникало.

БУДУЩЕЕ OSEC

Первоначально себестоимость рассчитывалась исходя из пятилетнего срока службы анодов. На практике, после четырех лет эксплуатации наработка установки в Чертси составила 13366 часов. Установка, оснащенная 136 анодами, при непрерывном режиме работы в течение пяти лет имеет максимальный срок службы 43800 часов. Таким образом, в случае установки OSEC в Чертси, при условии строго соответствия срока службы анодов продолжительности эксплуатации, установка может проработать до замены анодов еще 30434 часа.
Если режим работы установки в Чертси не изменится, то за двадцатилетний срок службы потребуется не более двух замен всех анодов. Разумеется, нельзя забывать о том, что гарантийный срок службы анодов исчисляется календарными годами, а не наработкой. С этой точки зрения, увеличение числа или размера анодов не представляется целесообразным. Ожидается, что истощение анодов будет прогрессировать, и ожидается, что за несколько месяцев до того, как потребуется полная замена анодов, будет дано соответствующее предупреждение. Требуемое количество анодов всегда имеется в наличии, и о необходимости их установки изготовителя оборудования нужно будет оповестить за неделю.
Со времени оснащения водоочистной станции в Чертси установкой OSEC выпускаемое компанией оборудование было стандартизовано. Это сделано для удобства пользователей установок OSEC, ведь теперь у изготовителя можно в любое время получить любые запасные части. Новые модели установок производят гипохлорит с более высокой эффективностью использования соли и электроэнергии, в особенности установка МИНИ-OSEC (производительность до 16 кг/день). Эффективность использования соли составляет порядка 60 – 70% и столько же составляет эффективность использования электроэнергии.
Опыт, полученный в Чертси, особенно показателен в связи с работой опытной установки в Огстоне. Там установка OSEC была введена в эксплуатацию несколько раньше, чем в Чертси, и их работа была во многом сходной. Анализ работы этих двух установок значительно обогатил опыт изготовителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
 

С момента ввода в эксплуатацию установка OSEC в Чертси работала в соответствии с техническими условиями, и параметры ее работы находились в допустимых пределах. Возник ряд незначительных проблем, которые были успешно решены благодаря сотрудничеству обеих заинтересованных сторон.
Тот факт, что обе компании могли использовать установку для опытных работ, позволил усовершенствовать технологический процесс.
Ни одна из сторон не испытала сколько-нибудь серьезных неудобств, и проведенная работа показала преимущества испытаний подобного оборудования в эксплуатационных условиях. Опыт, полученный в Чертси, позволит и дальше совершенствовать производимые установки.
По предварительным расчетам, некоторые изменения, главным образом связанные с количеством рассола и величиной тока, позволят сократить себестоимость водоочистки. На это также будет влиять температура воды в источнике. Однако следует еще решить, оправдает ли достигнутая экономия (которая будет весьма незначительной) то время, которое необходимо потратить на эти усовершенствования.

ЛИТЕРАТУРА

1. «Электролитическое хлорирование на месте на водоочистной станции в Чертси, принадлежащей компании North Surrey Water Company», Гардинер Э.Р., «Euro-pean Water and Sewage», июль 1986 г.
2. «Развитие использования компьютерной техники на одном из английских пред-приятий водоснабжения», Боуер Лоу Дж., «Aqua» 38, 1, 1989 г.
3. Информация о товаре, OS1AAQ, Wallace & Tiernan Ltd.
4. «Производственные испытания электролитического хлорирования на месте», Strictland JET, 1986 г.

«Отчет о четырехлетнем использовании электролитического хлорирования на месте на водоочистной станции в Чертси, принадлежащей компании North Surrey Water Company»

Автор отчета: Э. Роджер Гардинер C. Chem., FRSC, FIWEM
– консультант по вопросам водоснабжения

Отчет был опубликован в «Water Services» в августе 1989 г.

   
Chemfeed Limited
Priory Works
Тонбридж, Кент TN11 0QL
Тел: +44 (0) 1732 771777
Факс: +44 (0) 1732 771800
Email: inform@wallace-tiernan.com
http://www.wallace-tiernan.com

CS.85.000.10.GE – 09/02 – (bra-367/1)