Реконструкция водоподготовки для компании «Монокристалл». Мембранная дегазация

Специалистами ООО «Гидросистемы» была модернизирована система водоподготовки на предприятии по изготовлению синтетического сапфира и установлено новое оборудование для очистки и обработки воды.

Специализация заказчика

ООО «Белгородский завод сапфиров «Монокристалл» является одним из лидеров на рынке мировых производителей синтетического сапфира для высокотехнологичных применений в электронной и оптоэлектронной промышленности.

Задачи водоподготовки

Перед компанией «Гидросистемы» были поставлены следующие задачи:

  • осуществить модернизацию комплекса водоподготовки - перевести работу оборудования с воды муниципального снабжения на воду подземного источника, которая характеризуется высоким содержанием железа, сероводорода и жесткости.
  • установить систему умягчения воды большей производительности;
  • провести реконструкцию системы обессоливания воды;
  • получить воду с содержанием кислорода менее 50 мкг/дм3;
  • организовать систему непрерывного контроля качества воды в потоке и передачу данных в АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) предприятия.
  • компактно поместить новое оборудование на ограниченной площади цеха. Техническое решение этой задачи стало одним из главных конкурентных преимуществ воронежского предприятия «Гидросистемы».

Технологический процесс

Технология производства на заводе сапфиров требует соответствия воды определённым параметрам, для разных технологических процессов. По техническому заданию было необходимо получить технологические линии с такими параметрами.

Умягченная вода с  содержанием кальция менее 0,2 мг/дм3

Для решения этой задачи было применено двухступенчатое  Na-катионирование, четыре фильтра в первой ступени и два во второй. Учитывая, что расход умягченной воды меняется в большом диапазоне, была выбрана система умягчения воды I ступени «с прогрессивным расходом». Для работы системы в данном случае необходим системный контроллер, а каждый управляющий клапан должен быть снабжен  отдельным счетчиком воды. При превышении заданного порогового значения расхода подключается следующий фильтр. Перевод фильтра в режим ожидания производится в том случае, если расход через систему составляет 90% порогового значения более 1 минуты. И при минимальном, и при максимальном расходе соблюдаются условие для ионного обмена  - линейная скорость фильтрации 5-30 м/час, что невозможно реализовать при одновременной параллельной работе нескольких фильтров.

Вода без железа и сероводорода с нормируемой мутностью для питания установок обессоливания воды

Для решения проблемы было применено окисление сероводорода и железа с помощью введения гипохлорита натрия и дальнейшее осаждение продуктов реакций на фильтрах с двухслойной загрузкой антрацит – кварцевый песок. Следующий этап включал в себя нейтрализацию хлора уже в очищенной воде с помощью химического связывания бисульфитом натрия. Сложность задачи состояла в том, что нельзя было допустить попадание  остаточного хлора на установки обратного осмоса, так как обратноосмотические мембранные элементы разрушаются под воздействием хлора.

Вода с содержанием кислорода менее 50 мкг/дм3

Обычно для удаления кислорода применяются деаэраторы или  химические реагенты для связывания кислорода. В этом проекте использование деаэратора  было невозможно, т.к. вода должна оставаться холодной, а введение реагентов не позволяло сохранить солесодержание воды на уровне дистиллированной воды. Для решения этой задачи инженеры «Гидросистем» впервые в своей практике применили технологию мембранной дегазации - наиболее эффективный и универсальный метод удаления из воды всех растворенных газов. Принцип действия мембранных контакторов состоит в диффузионном переносе растворенного  кислорода в поток инертного газа-носителя или вакуум через поры гидрофобной мембраны. Мембранная дегазация была организована смешанным способом – с одной стороны в волокна подавался азот, а с другой поддерживался вакуум 5-6 кПа с помощью водокольцевого вакуум-насоса. Вода подавалась в межволоконное пространство противотоком к подаче газа-носителя. По результатам ПНР (пуско-наладочных работ) получена вода с остаточным содержанием кислорода 3-40 мкг/дм3.

Выполнение проекта

Оборудование

На предприятии было установлено оборудование водоподготовки марки  iStream производства компании «Гидросистемы», мембранные дегазаторы Liqui-Cel, насосы ESPA, дозирующее оборудование Etatron.

Монтаж, пусконаладка и сдача в эксплуатацию были проведены нашими специалистами в запланированные сроки.

Непрерывный аналитический контроль

Для аналитического контроля жёсткости воды и общего железа инженеры ООО «Гидросистемы» установили устройство «MICROMAC C», которое представляет собой автоматический химический анализатор для измерений в режиме реального времени. Компактность и надёжность, наряду потреблением недорогих реагентов позволяет легко использовать систему для постоянного мониторинга. Примененная методика позволяет измерять концентрации Ca2+ с точностью до 2 мкг/дм3.

Для контроля содержания кислорода использовалась система на основе анализатора АНКАТ-7655-02.

Для контроля концентрации хлора, окислительно-восстановительного потенциала, рН и электропроводности были применены датчики и анализаторы Etatron.

Интеграция с АСУ ТП предприятия

Технологические параметры  работы комплекса водоподготовки, такие как давление воды на разных участках, работа/авария оборудования, состав воды и параметры аналитического контроля собираются в блок обработки данных SCADA  и по протоколу Modbus RTU/TCP передается в общезаводскую систему АСУ ТП. Операторы и технологи могут дистанционно контролировать все технологические процессы на водоподготовке и качество воды в реальном времени.

Обучение персонала

Перед сдачей комплекса в эксплуатацию было проведено обучение персонала. Поэтапно все смены специалистов на заводе были ознакомлены с теорией и навыками работы с оборудованием. После этого мы, совместно с техническим руководством предприятия  приняли экзамены у всех участников обучения и выдали сертификаты.