Актуальность темы
.
Развитие автономных объектов постоянно характеризуется возрастанием длительности плавания практически всех классов и назначений кораблей. Это обстоятельство диктует необходимость улучшения на них условий обитаемости. Обеспечение личного состава пресной водой является одним из определяющих показателей обитаемости. Как показывает опыт проектирования, снабжение личного состава доброкачественной водой представляет собой сложную технико-гигиеническую задачу. Следует отметить, что удовлетворение потребностей водопотребления с качеством, соответствующим СанПиНу 2.1.4.1074−01 «Вода питьевая.», в соответствии с требованиями ВМФ, в течение всей автономности за счет размещения на подводных кораблях возимых запасов пресной воды является технически нецелесообразным. Возникает необходимость формирования сложной инфраструктуры в целях обеспечения гарантированного качества воды в период хранения. Кроме того, создание на подводных лодках условий для хранения и расходования запасов питьевой воды, принятых на полную автономность, приводит к существенному увеличению водоизмещения, а значит, удорожает постройку и содержание корабля и ухудшает характеристики большинства контролируемых физических параметров. В связи с этим появляется необходимость пополнения минимально необходимых возимых запасов за счет приготовления питьевой воды из морской в корабельных условиях.
Пополнение запасов пресной воды осуществляется от опреснительных установок, устанавливаемых на автономных объектах для обеспечения работы энергетических установок.
Система хозяйственно-питьевого водоснабжения предназначена для приготовления, хранения и подачи питьевой воды к различным потребителям. Процесс приготовления питьевой воды (кондиционирование питьевой воды) в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения включает выполнение следующих операций: минерализацию обессоленной воды, дезодорацию и обеззараживание.
Применяемые в настоящее время методы приготовления питьевой воды имеют ряд недостатков, особенно при проведении наиболее трудоемких процессов минерализации и обеззараживания. Эти недостатки обусловлены применяемой технологической схемой, основанной на возимых запасах реагентов (хлорсодержащих препаратах и солей минерализации), а также широким использованием ручного труда при подготовке и проведении этих операций. Поэтому совершенствование (оптимизация) технологической схемы кондиционирования воды, устраняющей указанные недостатки, является актуальной научной задачей.
Необходимо создать моноблок (установку водоподготовки), обеспечивающий автоматизацию процессов получения питьевой воды из дистиллята в условиях автономных объектов и отвечающего требованиям надежности, компактности, минимальному расходованию всех видов энергии при эксплуатации, экологичности и безопасности обслуживания, с габаритами 1×2 м по ширине и высоте.
Была разработана технологическая схема кондиционирования опресненной воды, основой которой является метод обогащения опресненной воды солями (минерализация) при фильтровании его через природные материалы с последующей дезодорацией и обеззараживанием.
Использование такого метода позволяет:
— автоматизировать процессы приготовления воды в корабельных условиях;
— одновременно производить минерализацию и обеззараживание дистиллята;
— в значительной степени упростить инфраструктуру системы хозяйственно-питьевого водоснабженияуменьшить количество трубопроводов, арматуры и цистерн на автономном объектеповысить надежность системы хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Другой областью применения исследований диссертационной работы является оптимизация (автоматизация, повышение надежности, минимизация удельных материальных и энергетических затрат) систем кондиционирования воды на удаленных автономных объектах (морские нефтегазодобывающие платформы), где также в значительной степени существуют перечисленные проблемы оптимизации технологии кондиционирования воды.
Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании технологических схем кондиционирования обессоленной воды автономных объектов, разработке эффективного оборудования и автоматизации процессов кондиционирования воды на автономных объектах, таких как, подводные лодки и морские нефтегазодобывающие платформы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: провести анализ литературных данных о современном состоянии вопроса процессов кондиционирования обессоленной воды в условиях автономных объектоввыбрать методы и материалы минерализации, дезодорации и обеззараживания обессоленной водыустановить факторы, оказывающие влияние на эффективность процессов кондиционирования обессоленной водыопределить оптимальные условия протекания процесса кондиционирования обессоленной водыразработать методику расчета параметров работы оборудования для кондиционирования обессоленной воды;
— разработать систему автоматического регулирования и контроля;
— рассчитать надежность создаваемого оборудования;
— произвести проверку результатов работы в производственных условиях.
Научная новизна работы.
Разработана технология кондиционирования обессоленной воды (одновременно минерализация, дезодорация и обеззараживание в одном компактном устройстве) путем обогащения дистиллята солями при фильтровании через природные материалы с последующей тонкой очисткой от механических частиц и обеззараживанием, обеспечивающая непрерывный автоматизированный технологический процесс получения из обессоленной воды доброкачественной питьевой воды.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
Разработанная технология кондиционирования воды позволяет проектировать малогабаритные устройства (установки водоподготовки) для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения различной производительности, которые могут быть использованы на любых автономных объектах, например, на судах и морских буровых нефтегазодобывающих платформах.
Аналитические исследования, проведенные на опытной модели моноблока, позволили составить рекомендации по выбору оптимальных параметров работы этих устройств.
Проведенные санитарно-гигиенические и экспериментально-теоретические исследования с применением метода планирования, позволили определить оптимальный режим кондиционирования воды в моноблоке.
Полученные методики расчета оборудования для кондиционирования обессоленной воды позволяют с необходимой точностью определять их важнейшие проектные характеристики.
Разработанная конструкция оборудования позволяет совместить и автоматизировать наиболее важные и трудоемкие процессы кондиционирования воды — минерализацию и обеззараживание. Кроме того, использование таких моноблоков позволит в значительной степени упростить инфраструктуру системы хозяйственно-питьевого водоснабжения автономных объектов и повысить ее надежность.
Важное практическое значение имеет разработанная система автоматизированного управления оборудованием кондиционирования воды, допускающей его автономную эксплуатацию.
Установлена полная безвредность применяемых технологических схем обработки обессоленной воды комплексной санитарно-гигиенической оценкой получаемой питьевой воды.
Эффективность разработок доказана результатами проведенных испытаний.
На основе проведенных исследований созданы, испытаны и отправлены для монтажа на автономных объектах малогабаритные автоматизированные устройства для получения доброкачественной питьевой воды из обессоленной воды: установка водоподготовки для современной подводной лодки и установка водоподготовки для морской нефтегазодобывающей платформы.
Исследования проводились в ОАО «Пролетарский завод», в 1410 Центре Государственного санитарно-эпидемиологического надзора (ЦГСН), научно-производственной фирме «Винко», в воинских частях в/ч 27 177−4 и в/ч 9 964. По материалам работы выполнена НИР на кафедре автоматики и электротехники СПбГАСУ.
Апробация работы.
Основные научные положения и результаты работы публиковались и докладывались на шестом и седьмом Международных конгрессах «Вода: экология и технология», М., (2004;2006 гг) — третьей конференции-семинаре.
НТО судостроителей им. Акад. Н. А. Крылова, СПб., 2003; Второй научно-технической конференции «Взгляд в будущее», ФГУП ЦКБ МТ «Рубин», СПб., 2003; Всероссийской научно-практической конференции «Гигиенические проблемы водоснабжения населения и войск», Военно-медицинской академиии им. С. М. Кирова, 2003; Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства», СПб., 2003; Научно-технических: конференциях, СПбГАСУ, СПб, 2003 — 2008 годах.- научно-технической конференции в ЗАО «ЦНИИ судового машиностроения», СПб., 2003; Ежегодных профессорско-преподавательских конференциях СПбГАСУ в 2003 — 2008 годахНаучно-техническом и производственном журнале «Промышленное и гражданское строительство», М., 4/2007 (по списку ВАК) — Научно-техническом и производственном журнале «Морская радиоэлектроника», СПб., 3/2008 (по списку ВАК) — Научно-техническом и производственном журнале «Энергетика», Минск, 3/2008 (по списку ВАК).
Разработанная, на основе предложенного метода технологическая схема кондиционирования обессоленной воды и конструкция установки защищена двумя авторскими свидетельствами.
На защиту выносятся:
— оптимизированная технология кондиционирования обессоленной воды, обеспечивающая непрерывный технологический процесс получения доброкачественной питьевой воды без дополнительной обработки в условиях автономных объектов.
— теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение предложенных параметров и режимов работы установки водоподготовки для обработки обессоленной воды.
Публикации.
По результатам проведенных исследований опубликовано 10 научных статей, в том числе в специализированных научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Содержит 153 страницы машинописного текста, в том числе 42 рисунка, 43 таблицы и 23 приложения.
Список литературы
включает 80 наименований.
выводы.
1. На основании проведенного анализа современных методов и технических средств реализации процессов кондиционирования воды были обоснованы и выбраны методы минерализации, дезодорации и обеззараживания, на основании которых разработана усовершенствованная технологическая схема кондиционирования воды в условиях автономного объекта.
2. Обоснован и разработан макетный образец установки водоподготовки с подробным описанием методик проведения и результатов исследований фильтрующих, дезодорирующих материалов и средств обеззараживания.
3. Опытно-расчетным путем определен оптимальный состав минералосодержащей загрузки для установки водоподготовки.
4. С помощью проведенных экспериментально-теоретических исследований с применением методов многофакторного планирования эксперимента и санитарно-гигиенических исследований определены оптимальные режимы кондиционирования воды в установке водоподготовки.
5. Определены показатели надежности установки и составлена структурно-логическая схема соединения элементов установки. Разработанная конструкция оборудования обеспечивает полную безопасность проведения операций кондиционирования воды в условиях автономных объектов.
6. С помощью математического моделирования процессов кондиционирования воды в условиях автономных объектов разработана общая схема автоматического регулирования системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, позволяющая полностью автоматизировать процесс кондиционирования воды в условиях автономного объекта.
7. Полученные методики расчета оборудования для кондиционирования воды позволяют с необходимой точностью определять их важнейшие проектные характеристики.
8. Простота предложенной конструкции и ее малые массо-габаритные характеристики позволили обеспечить непрерывный технологический процесс получения питьевой воды из обессоленной воды.
9. Разработанная технология кондиционирования воды позволяет проектировать установки для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения различной производительности, которые могут быть использованы на любых автономных объектах.
10. Получено гигиеническое заключение о возможности практического применения установки водоподготовки на подводных лодках для приготовления питьевой воды из обессоленной воды.
11. Разработаны и внедрены две установки водоподготовки — для современной подводной лодки и для морской ледостойкой нефтегазодобывающей платформы.
