ChSTU repository

 3 
ЗМІСТ 
 
ВСТУП 5 
РОЗДІЛ 1. Аналіз стану і перспективи розвитку систем  
автоматичного дозування реагентів 7 
1.1. Оцінка стану систем контролю водно-хімічним режимом 8 
1.2. Оцінка стану систем дозування коректуючих реагентів і  
зовнішніх факторів, що впливають на їх роботу 12 
1.3. Перспективи підвищення ефективності водно-хімічного  
режиму за допомогою автоматизованих систем дозування 19 
Висновки до розділу 1 23 
РОЗДІЛ 2. Розробка математичної моделі системи  
автоматичного дозування коректуючих реагентів 24 
2.1. Математичний опис системи автоматичного дозування  
коректуючих реагентів 24 
2.2. Методика проведення експериментальних досліджень  31 
Висновки по розділу 2 39 
РОЗДІЛ 3. Дослідження динамічних характеристик  
аналізаторів хімічного контролю в лабораторних умовах 40 
3.1. Вплив параметрів середовища на динамічні  
характеристики рН-метра і кондуктометра 40 
3.2. Вплив концентрації реагенту на характеристики датчиків 45 
3.3. Вплив аміновмісних реагентів на автоматичні аналізатори 52 
Висновки по розділу 3 58 
РОЗДІЛ 4. Розробка системи автоматичного дозування  
коректуючих реагентів в лабораторних умовах 59 
4.1. Вплив параметрів середовища на динаміку системи  
автоматичного дозування 59 
4.2. Розробка системи з усуненням впливу зовнішніх збурень 65 
 
 
 4 
4.3 Розробка системи автоматичного дозування коригувальних  
реагентів з усуненням впливу зовнішніх збурень 77 
Висновки по розділу 4 80 
РОЗДІЛ 5. Дослідження і розробка системи автоматичного  
дозування коректуючих реагентів в промислових умовах 81 
5.1. Обстеження водно-хімічного режиму котла-утилізатора  81 
5.2. Перевірка системи автоматичного дозування хеламіна  87 
Висновки по розділу 5 93 
ВИСНОВКИ 94 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 95 
ДОДАТОК А Акт впровадження  
ДОДАТОК Б Публікація  
ДОДАТОК В Презентація кваліфікованої роботи  
 
 
  
 
 
 5 
ВСТУП 
 
 
Організація надійного хімічного контролю для підтримання водно- 
хімічного режиму є однією з найважливіших завдань, що вирішуються при 
проектуванні й експлуатації теплових електричних станцій. Використання систем 
контролю і керування водно-хімічним режимом на теплових електростанціях 
дозволяє мінімізувати відхилення від заданих нормованих показників якості 
аналізованої середовища пароводяного контуру енергетичного обладнання. 
Актуальність теми дослідження. Організація ведення водно-хімічного 
режиму на теплових електростанціях багато в чому визначається надійністю 
роботи системи дозування коректуючих реагентів у складі хіміко- технологічного 
моніторингу якості води і пари. В даний час широке поширення одержали ТЕС з 
парогазовими установками, на яких переважно використовуються аміачний або 
полиаминный водно-хімічні режими конденсатних-живильного тракту 
енергоблоку. На більшості станцій дозування коригуючих реагентів не 
автоматизовано або автоматизовано частково, що не дозволяє підтримувати 
концентрації коректуючих реагентів в контурі енергоблоку в межах нормативних 
значень. Також на основі проведеного аналізу роботи систем хімічного контролю 
виявлено недосконалість їх експлуатації в частині: підвищених температур і 
недостатнього витрати проби, що позначається на роботі систем автоматичного 
дозування реагентів. Ще одним фактором, що робить вплив на роботу систем 
автоматичного дозування і свідчення автоматичних приладів хімічного контролю, 
є зміна витрати живильної води в періоди пусків і змінних режимів роботи 
енергоблоків. У зв'язку з підвищенням вимог до приладів автоматичного 
хімічного контролю, які входять в систему дозування коректуючих реагентів, 
завдання вдосконалення традиційних систем дозування реагентів без відхилення 
нормованих параметрів, стає вельми актуальною. Таким чином, на підставі 
вищевикладеного підтверджена необхідність вдосконалення системи 
автоматичного дозування коректуючих реагентів з метою своєчасного усунення 
 
 
 6 
виникаючих порушень при організації водно-хімічного режиму конденсатних- 
живильного тракту на теплових електростанціях. 
Незважаючи на велику кількість робіт, в даний час відсутні дані про вплив 
параметрів аналізованої середовища на динаміку системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів. 
У зв'язку з вищевикладеним тема роботи є недостатньо дослідженою і 
потребує більш детального вивчення для можливості вдосконалення знову 
розроблюваних і вже існуючих систем автоматичного дозування коректуючих 
реагентів. 
Метою дослідження є розробка системи автоматичного дозування 
коригуючих реагентів і підтримання хімічних показників водно-хімічного режиму 
в межах встановлених нормативних значень на ТЕС у всьому діапазоні робочих 
навантажень, включаючи пускові режими роботи енергоблоку. 
Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні завдання: 
розробити математичну модель вузла дозування з урахуванням впливу витрати, 
температури і концентрації домішок проби, яка подається на прилади хімічного 
контролю, на показники рН і питому електропровідність; розробити систему 
автоматичного дозування коректуючих реагентів з урахуванням впливу зовнішніх 
збурень і оцінити її працездатність на експериментальній установці в 
лабораторних умовах; апробувати розроблену систему автоматичного дозування 
коректуючих реагентів з урахуванням впливу витрати живильної води стосовно 
аммиачному і поліамінному водно-хімічних режимів парогазових установок у 
промислових умовах. 
Методологія і методи дослідження: при проведенні досліджень 
використовувалися експериментальні (Кондуктометричний, потенціометричний, 
амперметричний, фотометричний) і розрахункові методи (кореляційний аналіз, 
апроксимація перехідних характеристик) фізико-хімічних процесів, що 
протікають у високотемпературному тракті котла, теорію електрохімії і теорію 
автоматичного керування при розробці систем автоматичного дозування 
коректуючих реагентів.  
 
 
 7 
РОЗДІЛ  1 
АНАЛІЗ СТАНУ І ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ СИСТЕМ 
АВТОМАТИЧНОГО ДОЗУВАННЯ РЕАГЕНТІВ 
 
 
В останнє десятиліття на вітчизняних електростанціях введені в 
експлуатацію нові енергетичні об'єкти сумарною потужністю понад 10 ГВт . 
Більшу частину знову введеного генеруючого обладнання одиничною потужністю 
понад 100 МВт становлять енергоблоки з парогазовими технологіями . Високі 
вимоги до якості води і пари, що пред'являються заводами-виготовлювачами 
котлів-утилізаторів, порівнянні, а часто і вище вимог на блоках з 
сверхкритическими параметрами . Дотримання жорстких обмежень обумовлено, в 
першу чергу, конструктивними особливостями котлів-утилізаторів, що веде до 
посилення вимог до організації водно-хімічних режимів. Одним із способів 
вирішення проблем водно-хімічних режимів на парогазових технологій є 
дотримання нормативних значень хімічних показників якості води і пари, а 
значить забезпечення працездатності систем хімічного контролю і управління 
водним режимом не лише в номінальних, а в пускових режимах експлуатації 
енергетичного обладнання . 
Системи хімічного контролю і управління водним режимом - системи, які 
володіють значним потенціалом щодо ведення надійного водно- хімічного 
режиму, як на проектуються, так і що знаходяться в експлуатації теплових 
електростанціях. Тому в огляді розглядаються основні розробки в областях 
систем автоматичного дозування коректуючих реагентів і використання методів 
математичного моделювання можливих відхилень ВХР, а також проведено аналіз 
вдосконалення системи управління ВХР на ТЕС. 
 
 
 
 
 
 
 8 
1.1 Оцінка стану систем контролю водно-хімічним режимом 
 
На сучасних ТЕС за кордоном для підтримки якості води і пари, зниження 
швидкості корозії конденсатних-живильного тракту і утворення відкладень в 
пароводяному тракті застосовуються такі водно- хімічні режими (ВХР): 
гидразинно-аміачний; аміачний; аміачний в конденсатних-живильному тракті з 
дозуванням фосфатів або лугу в контур пароводяної; киснево-аміачний; з 
дозуванням аміновмісних реагентів . 
Одна з основних завдань ведення водно-хімічного режиму — підтримання 
якості води і пари на рівні, що відповідає нормам технологічного проектування . 
Для цього необхідно не тільки правильно визначати показники якості води та 
пари з використанням сучасної вимірювальної техніки, але і своєчасно реагувати 
на їх зміну. Для вирішення проблем, пов'язаних з веденням водно-хімічного 
режиму енергетичного обладнання, різні теплові електростанції застосовують 
один або комбінацію декількох коректуючих реагентів для кожного окремого 
контуру. 
Вибір типу ВХР на ТЕС багато в чому залежить від конструкційних 
матеріалів, з яких виготовлено обладнання та оперативності регулювання якості 
води і пари . 
При аміачному водно-хімічного режиму в конденсат або в живильну воду 
енергоблоку дозується тільки аміак; такий режим може використовуватися як на 
паросилових енергоблоках, так і на ТЕС з парогазовими установками, в 
пароводяному тракті яких не застосовуються медьсодержащие сплави . 
В даний час на ряді ТЕС для організації ВХР використовуються 
комплексні реагенти, що містять плівкоутворюючі аміни. До таких реагентів 
відносяться хеламін різних марок, цетамин, эпурамин та ін . Серед реагентів 
марки «Хеламін» для корекції водно-хімічного режиму на теплових 
електростанціях найбільше поширення отримали такі марки, як BRW-150, 906H і 
90H-Turb. Слід зазначити, що реагент BRW-150 застосовується не тільки для 
корекції ВХР, але і для передпусковий очищення і консервації обладнання . 
 
 
 9 
Одним з показників, що дозволяють оцінити ВХР, є час, необхідний для 
досягнення нормованих показників після пуску обладнання. З аналізу 
експлуатаційних даних випливає, що при використанні хеламіна для корекції ВХР 
КУ на ТЕС з ПГУ реальний час виходу на робочі параметри за показниками ВХР 
становить менше 12 годин, а при інших ВХР - більше 24 годин. Ця обставина 
особливо важливо при частих пусках і зупинках і роботі обладнання в піковому 
режимі . 
При використанні водно-хімічного режиму на ТЕС необхідно особливу 
увагу приділяти обладнанню, що працює з частими пусками і зупинили. Навіть 
ведення оптимального ВГР не дозволяє забезпечувати надійний захист всього 
конденсатних-живильного тракту при змінних режимах роботи енергетичного 
обладнання. У зв'язку з цим, все більша увага приділяється дослідженням в 
областях автоматизації процесів дозування коректуючих реагентів і прогнозування 
розвитку порушень ВХР ТЕС, що веде до підвищення надійності роботи 
обладнання енергоблоків . 
Хімічний контроль води і пари на різних ділянках пароводяного тракту 
характеризує фактичний стан водного режиму і його відповідність чинним 
нормам. Хімічний контроль здійснюється з допомогою автоматичних 
аналізаторів, а також виконанням в хімічній лабораторії разових аналізів. 
Визначення нормованих показників є мінімально необхідним, але не достатнім 
для встановлення порушень водного режиму. Тільки поєднання хімічного та 
теплотехнічного контролю може виявити причини порушень водного режиму. 
Для здійснення хімічного контролю ТЕС оснащуються комплектом автоматичних 
і лабораторних приладів вітчизняного та імпортного виробництва, що пройшли 
метрологічну перевірку і експертизу на відповідність умовам експлуатації на 
ТЕС. 
Для вирішення основних проблем хімічного контролю необхідно 
спиратися на принципову схему хімічного контролю, яка враховує особливості 
обладнання і умови його експлуатації . Сукупність відомостей про точках відбору 
проб, графіки та обсяг контролю, методи аналізу є змістом принципової схеми 
 
 
 10 
хімічного контролю. Під об'ємом контролю розуміють перелік визначених 
показників якості води і пари. В обсяг включаються всі нормовані показники. До 
нормованих показників відносяться: рН, концентрація розчиненого кисню, 
концентрація натрію, загальна питома електропровідність, питома 
електропровідність Н-катионированной проби, концентрація кремнієвої кислоти, 
загальний органічний вуглець, жорсткість, лужність, концентрація коректуючих 
реагентів, концентрація продуктів корозії . 
Найбільш оснащені приладами АХК наступні ділянки тракту: турбінний 
конденсат за насосами, живильна вода, котлова вода, додаткова вода, тобто ті 
ділянки тракту, де порушення ВХР найбільш вірогідні . Однією з найбільш 
складних проблем організації хімічного контролю є проблема відбору 
представницьких проб, особливо пара. 
Існують певні складнощі при використанні одних і тих же пробовідбірних 
ліній для води і пари. Із-за суттєвої різниці в щільності цих двох фаз при відборі 
пари часто не забезпечується необхідний його витрата . 
Температура відбирається на аналіз проби повинна знаходитися в межах 
від 5 до 50 °С, витрата проби аналізованої середовища на один аналізатор 
хімічного контролю має становити 3...30 дм 3/год . Забезпечення показності 
відібраної проби вимагає незмінності її складу за означуваного компонента не 
тільки в процесі відбору, але і транспортування або зберігання, що характеризує 
показність проби. 
На пробовідбірних лініях з температурою середовища понад 40 °С, 
надходять до приладів автоматичного хімічного контролю, повинні бути 
встановлені пристрої підготовки проби у відповідності з технічним проектом 
систем моніторингу. 
При оперативному хімічному контролі часто бажано знати не тільки 
значення контрольованого показника, але і тенденцію зміни цього показника з 
метою прогнозування можливих процесів, що протікають в тракті енергоблоку. 
Застосування автоматичних приладів і засобів підготовки проб дозволяє 
забезпечити необхідну оперативність і об'єктивність спостережень за складом 
 
 
 11 
теплоносія по тракту енергоблоку та швидкість передачі інформації про всі зміни 
і порушення водного режиму оператору . 
Наявні в даний час прилади хімічного контролю істотно розрізняються за 
обсягом інформації, що міститься в контрольованих параметрах, швидкодії і 
надійності. Аналіз обсягу хімічного контролю на теплових станція показує, що в 
основному, засоби хімічного контролю будуються на кондуктометричних та 
потенціометричних методів аналізу (до 80% загальної кількості приладів) . У 
таблиці 1.1 наведено основні показники, що характеризують якість водних 
середовищ електростанцій, вказані інструментальні методи їх визначення, а також 
найбільш поширений (автоматичний або лабораторний) тип приладів, 
застосовуваних при оперативному хімічному контролі. 
Як випливає з таблиці 1.1, більшість показників може визначатися з 
допомогою автоматичних приладів. Автоматичний аналізатор відноситься до 
числа пристроїв, які діють повністю автоматично, починаючи з відбору проби і 
закінчуючи вихідним сигналом. Ці прилади можуть служити в якості елементів 
автоматичних регулюючих систем або сигналізуючих пристроїв, так званих 
сигналізаторів. 
Застосування аналізаторів у промисловості переслідує мету отримання 
об'єктивних і точних результатів вимірювання . Тому до робочих характеристик 
аналізаторів зазвичай пред'являються високі вимоги. 
Розвиток і виробництво аналізаторів має враховувати необхідність 
найбільш широкого застосування цих приладів в найрізноманітніших робочих 
умовах . 
Використання АХК на ТЕС забезпечує достовірний експресний контроль 
за якістю води та пари і попереджає розвиток аварійних ситуацій при порушенні 
ВХР . 
 
 
 
 
 
 
 12 
Таблиця 1.1 Загальні відомості про способи інструментального контролю 
за показниками якості аналізованої середовища 
Найменування показника Спосіб контролю 
одиниця виміру  
 Метод Тип приладу 
Питома 
електропровідність, Кондуктометричний Автоматичний 
мкСм/см 
Автоматичний та 
Величина рН Потенціометричний 
лабораторний 
Жорсткість, мкг-екв/дм Фотоколориметричний Автоматичний та 
  лабораторний 
Вміст іонів натрію, Автоматичний та 
Потенціометричний 
мкг/дм лабораторний 
Вміст розчиненого 
Електрохімічний 
кисню, мкг/дм Автоматичний 
(Амперометричний) 
3 
Вміст розчиненого 
Електрохімічний 
водню, мкг/дм Автоматичний 
(Амперометричний) 
3 
Зміст кремнієвої 
Автоматичний та 
кислоти, мкг/дм Фотоколориметричний 
лабораторний 
3 
 
 
1.2 Оцінка стану систем дозування коректуючих реагентів і зовнішні 
фактори, що впливають на її роботу 
 
Система дозування коректуючих реагентів призначена для підтримання 
показників якості води і пари в межах встановлених норм для певного водно-
 
 
 13 
хімічного режиму в пароводяному тракті енергоблоку ТЕС. На станції часто 
використовуються системи дозування реагентів «вручну» або дозування 
здійснюється тільки по теплотехнічному параметру, як правило, по витраті 
оброблюваної води в контурі енергоблоку . У зв'язку з цим підвищений інтерес 
оперативного персоналу електростанції викликає створення систем 
автоматичного дозування не тільки по теплотехнічному параметру, але і за 
параметрами хімічного контролю. 
Наявний досвід  показує, що існуючі системи не дозволяють якісно 
здійснювати підтримання заданого ВХР із-за недосконалості технологічної схеми 
дозування реагентів, відсутності надійних датчиків контролю якості 
оброблюваної середовища і недоліків застосовуваних схем керування дозуючими 
насосами. 
Важливим завданням при організації автоматичного дозування 
коректуючих реагентів є вибір технічних засобів подання та забезпечення обсягу 
дозованих розчинів реагентів в оброблювану воду. 
За нормами ПТЕ водний режим котлів-утилізаторів передбачений лужним. 
Лужна реакція досягається за рахунок дозування коригуючого реагенту з 
основними властивостями (аміаку, гідроксиду натрію) в живильну воду. Введення 
реагенту попереджує корозію металу котла і всього пароводяного тракту. Тому 
кожен енергоблок з котлом-утилізатором обладнаний системами автоматичного 
дозування коректуючих реагентів . Призначення аміаку - підтримання 
оптимального значення рН, для того щоб рН не зменшувався при зростанні ЗІ 2. 
Вуглекислота нейтралізується, дозованим в живильну воду аміаком, який 
вводиться в кількості, що забезпечує як нейтралізацію ЗІ 2  так і створення 
надлишку гідроксиду амонію, підвищує рН середовища до 9,1 ± 0,1. Значення 
показника рН 9,1±0,1 рекомендується при наявності в конденсатном тракті 
латунних трубок, але при цьому не пригнічується повністю ні корозія сталі, ні 
корозія латуні . Дозування аміаку в живильну воду практично не впливає на 
значення рН котлової води високих тисків і на корозію сталей екранних 
поверхонь самих котлів . 
 
 
 14 
В останні роки з'явилися комплексні реагенти для організації водно-
хімічного режиму на енергоблоках з ПГУ і енергоблоках з барабанними котлами 
на основі амінів, що дозволяють вирішити проблеми, пов'язані з веденням ВХР 
всього контуру, відмовившись від токсичного гідразину, а також аміаку і 
фосфатів . Для амінів характерні яскраво виражені основні властивості.  
Водні розчини аліфатичних амінів виявляють лужну реакцію, оскільки при 
взаємодії із водою утворюються гідроксиди алкиламония, аналогічні гідроксиду 
амонію. При підвищеній температурі (понад 300 °С) відбувається часткове 
розкладання хеламіна з утворенням аміаку . Поліаміни можна дозувати в 
живильне або знесолену воду, що визначається режимом роботи теплової 
електростанції . 
Схеми введення аміаку і хеламіна в основний цикл ТЕС представлені на 
рисунках 1.1 і 1.2. 
 
Рисунок 1.1 - Схема введення аміаку в основний цикл ТЕС 
 
Як видно з рисунку 1.1, аміак вводять в конденсатних-живильний тракт 
низьких і високих температур. Цей захід є обов'язковим на всіх електростанціях з 
барабанними котлами високого тиску і котлами- утилізаторами. 
 
 
 15 
 
Рисунок 1.2 - Схема введення хеламіна в основний цикл ТЕС 
 
Установка корекційної обробки води дозволяє вводити в хеламін з точки 
конденсатних-живильного тракту: на напір КЕН II ступеня і на всас ПЕН (рис. 
1.2). У штатному режимі роботи, при пускових операціях і консервації перед 
остановом дозування хеламіна проводиться на напір КЕН II ступеня. Подача 
робочого розчину хеламіна на всмоктування живильних насосів дозволяє 
підтримувати нормативні показники водного режиму при стабільній роботі 
енергоблоку. 
На більшості ТЕС проектовані і встановлені автоматизовані установки 
корекційної обробки базуються на використанні об'ємних насосів-дозаторів із 
зміною обсягу подачі шляхом зміни довжини ходу плунжера для подачі реагентів 
в оброблювану середовище . Для виконання оптимальних умов технологічного 
процесу на сьогоднішній день на ТЕС для безперервного дозування реагентів 
встановлюються сучасні насоси з автоматичним регулюванням подачі шляхом 
зміни частоти їх обертання двигуна (без зміни конструкції самого насоса). 
Спеціально розроблений на сучасній елементній базі автоматичний 
регулятор-перетворювач частоти реалізує цю задачу для асинхронного двигуна, 
забезпечуючи регулювання подачі від 3,5 до 100 % номінальної . 
Технологічна схема автоматичного дозування реагенту представлена 
рисунку 1.3 
 
 
 16 
 
Рисунок 1.3 - Технологічна схема автоматичного дозування реагенту: 
Е – електродвигун насоса-дозатора; ЧРП – частотний перетворювач 
 
Дозування коригуючого реагенту може здійснюватися за кількома 
схемами: по витраті оброблюваної води, якості води: значення питомої 
електричної провідності або величина рН, або по якості води з урахуванням 
витрат оброблюваної води . Дозування реагенту пропорційно витраті живильної 
води при номінальному режимі роботи не завжди обгрунтовано, оскільки при 
постійній витраті живильної води необхідно дозування розчину коригуючого 
реагенту в залежності від мінливих показників якості теплоносія. В пускових або 
змінних режимах роботи енергоблоку при сильно змінюються якісних параметрах 
теплоносія навпаки доцільно дозування коригуючого реагенту пропорційно 
витраті води з урахуванням змінних параметрів якості води і пари. 
Введення реагенту здійснюється насосом-дозатором, управління яким 
здійснюється контролером, отримують два аналогових сигналу, далі сигнал 
керування надходить на частотний перетворювач. Автоматичне дозування 
реагенту в конденсатних-живильний тракт може виконуватися тільки по 
теплотехнічному параметру без урахування даних від приладів хімічного 
контролю, так і за даними хімічного контролю - за сигналом значення рН 
 
 
 17 
живильної води з урахуванням компенсації витрат оброблюваної води, з 
корекцією за значенням електропровідності. У представленій на рисунку 1.3 
схемою необхідна для підтримки заданого значення рН доза реагенту 
автоматично коректується за програмою, закладеною в комп'ютер. 
Використання параметра електричної провідності підвищує надійність 
системи, оскільки техніка вимірювання питомої електричної провідності більш 
проста і надійна, ніж техніка вимірювання рН . 
Вимоги по точності підтримки рН середовища визначають і вимоги до 
допустимої похибки вимірювальних приладів. Для деяких середовищ діапазон 
можливої зміни рН від заданого значення не повинен перевищувати ±0,1 рН . З 
допомогою приладу, похибка вимірювання якого вкладається в межі ±0,05 рН, 
можливо підтримувати значення рН на заданому рівні. 
При більшій похибки вимірювання рішення подібної задачі стає скрутним. 
При оптимізації виробництва велике значення має точність вимірювань. 
Але іноді трапляється, що помилки вимірювальних приладів більше тих 
відхилень, які потрібно контролювати у виробничому процесі. Тому підвищення 
точності аналізаторів в деяких випадках має велике практичне значення. 
Показання аналізатора має відповідати дійсній концентрації 
вимірюваного компонента. Однак на результати вимірювання великий вплив 
надають параметри стану, насамперед температура і тиск аналізованої 
середовища, а також зміни концентрацій супутніх компонентів . У деяких 
випадках показання аналізатора чинять вплив зміни величини витрат аналізованої 
середовища. Для багатьох аналізаторів необхідно стабілізувати напругу 
електричного живлення і виключити вплив коливань частоти мережі . 
При експлуатації систем хімічного контролю в номінальному режимі 
роботи енергетичного обладнання існує проблема з непостійним або недостатнім 
витратою проби, що надходить на прилади автоматичного хімічного контролю. 
Найчастіше в пристроях підготовки проби відбувається припинення подачі проби 
на прилади з-за перевищення встановленого значення температури проби води і 
пари. 
 
 
 18 
З точки зору експлуатації необхідно, щоб показання аналізаторів як 
можна менше залежали від коливань витрати аналізованої середовища. Якщо 
застосовані модулі стабілізації потоку, то вплив витрат буде мінімальною. При 
використанні проточних камер необхідно забезпечити точне підтримання 
витрати. 
Проблема з перевищенням температури проби, яка подається на прилади 
автоматичного хімічного контролю, виникає через використання в якості 
охолоджуючої води – знесоленої води без доохолодження, а також при 
недостатньому або непостійному витрату охолоджуючої води на пристрій 
підготовки проби. Вплив температури на свідчення аналізатора зазвичай 
усуваються термокомпенсацією електричної системи аналізатора. У деяких 
випадках застосовуються спеціальні способи для усунення впливу коливань 
температури і тиску на показання приладу . 
На практиці можливі випадки виникнення підсмоктування охолоджуючої 
води або надходження в конденсатних-живильний тракт зворотного конденсату, а 
також конденсату що гріє пара регенеративної системи з надходженням в контур 
пароводяної домішок з іонами гідрокарбонатів. У змінних і пускових режимах 
роботи енергетичного обладнання часто виникають випадки погіршення якості 
води конденсатних-живильного тракту на теплових електростанціях. 
Кількість компонентів, супутніх певної речовини в аналізованої 
середовищі, і коливання їх концентрацій можуть значною мірою впливати на 
показання аналізатора. Це вплив мінімально в тих випадках, коли метод 
вимірювання є селективним відносно визначуваного компонента, заснованому на 
вимірюванні магнітної сприйнятливості. Однак і в цьому випадку не можна 
нехтувати змінами складу супутніх компонентів. 
У деяких випадках може допомогти спосіб, при якому заважає компонент 
тим чи іншим чином видаляється з аналізованої суміші. Деякі можливості являє 
диференціальне вимірювання, при якому певна властивість аналізованої 
середовища контролюється перед видаленням обумовленого компонента і після 
його видалення. У зв'язку з підвищенням вимог до приладів автоматичного 
 
 
 19 
хімічного контролю, які входять в систему дозування коректуючих реагентів, 
завдання модернізації традиційних систем дозування, для ведення надійного ВХР 
ТЕС, стає вельми актуальною. 
Використання АХК на ТЕС забезпечує достовірний експресний контроль 
за якістю теплоносія і попереджає розвиток аварійних ситуацій з-за порушень 
ВХР . 
 
 
1.3 Перспективи підвищення ефективності ведення водно-хімічного 
режиму з використанням систем автоматичного дозування коректуючих 
реагентів 
 
Системи хімічного контролю та дозування коректуючих реагентів є 
підсистемою хіміко-технологічного моніторингу, яка володіє значним 
потенціалом щодо якісного ведення водно-хімічного режиму як на проектованих 
теплових станціях, так і на що знаходяться в експлуатації. 
В даний час на вітчизняних ТЕС активно впроваджуються і функціонують 
системи хіміко-технологічного моніторингу водного режиму, в основу яких 
закладені дані автоматичного, лабораторного хімічного та теплотехнічного 
контролю . 
При організації роботи СХТМ доцільно керуватися наступними 
принципами: організація подачі представницької проби на аналізатори хімічного 
контролю і проведення лабораторних аналізів у відповідності з вимогами до 
систем хімічного контролю; хімічний контроль вразливих місць пароводяного 
тракту з урахуванням вимог нормативних документів; використання 
теплотехнічних параметрів, що впливають на якість води і пара в системах 
автоматичного дозування коректуючих реагентів; побудова системи хімічного 
контролю як підсистеми АСУ ТП; використання технологічних алгоритмів 
обробки інформації про водному режимі; створення і використання тренажерів, 
призначених для оперативного персоналу і моделюють можливі порушення 
 
 
 20 
водного режиму, їх причини. 
Сучасні СХТМ оснащені пристроями для відбору і підготовки проб води і 
пари, аналізаторами автоматичного хімічного контролю: кондуктометрами, 
кондуктометрами з H-предвключенными фільтрами, pH-метрами, аналізаторами 
розчиненого кисню, вміст натрію, засобами лабораторного хімічного контролю, 
системами обробки, зберігання і виведення інформації (сервери, контролери, 
програмне забезпечення) . 
Структура повнофункціональної системи хіміко-технологічного 
моніторингу водного режиму показана на рисунку 1.4. 
 
Рисунок 1.4 - Схема хіміко-технологічного моніторингу водно-
хімічного режиму: рН, æ – рН і питома електропровідність аналізованої 
середовища; СВС – пристрій 
 
Контур пароводяної енергоблоку теплової електростанції підготовки 
проби аналізованої середовища; Т – температура проби аналізованої середовища; 
F – витрата проби аналізованої середовища; Fпв - витрата аналізованої 
середовища (живильної води); АХК – прилади автоматичного хімічного 
контролю; АРМ – автоматизоване робоче місце; КР – коригуючий реагент; Е – 
електродвигун; НД – насос дозатор реагенту 
Система хіміко-технологічного моніторингу виконує не тільки 
інформаційно-вимірювальні функції, але і функції управління корекційної 
 
 
 21 
обробкою конденсату, живильної і котлової води, діагностування стану водного 
режиму і прогнозування розвитку подій у часі, що дозволяє вчасно усувати 
порушення водного режиму . 
Основні питання, які сьогодні стоять перед розробниками сучасної СХТМ, 
наступні: потенціал і межі використання систем моніторингу, технічні засоби та 
їх характеристики, організація хімічного контролю в різних режимах роботи ТЕС. 
Наявний вітчизняний і зарубіжний досвід показує, що впровадження і 
широке використання СХТМ дозволяють управляти дозуванням коректуючих 
реагентів. Це дає можливість не допускати відхилень ВХР або усувати 
порушення за мінімально короткий час, що призводить до зниження аварійності 
на ТЕС. Крім того, слід більш широко впроваджувати СХТМ з використанням 
сучасних засобів автоматизації. У зв'язку з підвищенням вимог до ВХР ТЕС 
завдання модернізації традиційних систем автоматичного дозування коректуючих 
реагентів, попереджувальних корозію металу котлів, стає вельми актуальною . 
Як зазначено вище, основою систем хімічного контролю на теплових 
електростанціях є автоматичні аналізатори хімічного контролю, такі як: 
кондуктометри, рН-метри, аналізатори натрію і розчиненого кисню і водню. 
Кількість вимірюваних параметрів хімічного контролю на одному енергоблоці 
обчислюється десятками. Надійність хімічних аналізаторів багато в чому визначає 
надійність роботи енергоблоку в цілому. Без знання достовірних значень 
параметрів і динамічних характеристик аналізаторів хімконтролю не 
представляється можливим здійснення якісного ведення водного режиму. Тому 
виникла необхідність вивчення впливу динамічних характеристик на роботу 
автоматичних аналізаторів в системах хімічного контролю водно-хімічного 
режиму. 
Саме експлуатація СХТМ істотно підвищує надійність підтримки 
основних параметрів нормованих діапазонах і призводить до зниження 
аварійності на станціях. 
За даними зарубіжних публікацій і вітчизняних досліджень  саме у 
вдосконаленні ВХР ТЕС і створінь систем хіміко- технологічного моніторингу 
 
 
 22 
закладений великий резерв збільшення надійності роботи обладнання, в тому 
числі поверхонь нагріву парових котлів. Розробляючи систему хіміко-
технологічного моніторингу, необхідно бути впевненим, що в будь-якій ситуації 
система буде діяти ефективно, не допускаючи виникнення або розвитку аварійних 
режимів. Тому при розробці система повинна бути піддана всебічному 
дослідженню в різних режимах роботи: нормальної експлуатації, аварійному та 
пусковому . 
Найбільш достовірний спосіб перевірки працездатності системи натурні 
випробування на діючому обладнанні. Але це не завжди можливо, особливо якщо 
мова йде про всебічних дослідженнях або дослідженнях в нештатних режимах. 
Крім того, необхідно мати до введення системи в експлуатацію. У зв'язку з цим 
виникає необхідність проведення досліджень на моделях систем дозування 
реагентів . 
Для проведення досліджень систем дозування реагентів, необхідно скласти 
математичну модель, яка повинна повністю описувати всі найважливіші 
властивості і характеристики об'єктів. Не вимагається повне і докладний опис 
об'єкта, т. к. отримана математична модель буде складною, і не придатною в 
роботі. Математична модель технологічного об'єкта управління (вузла дозування) 
або системи дозування може бути представлена у вигляді диференціального 
рівняння, передатної функції, перехідний характеристики і т. д. Динамічна модель 
відображає функціонування об'єкта в змінних режимах. У вираз для динамічної 
моделі в явному вигляді входить час. Для визначення динамічних характеристик 
об'єкту управління експериментальним шляхом на об'єкт наносяться тестові 
впливу і фіксується зміна вихідної величини. Математична модель статики 
(статична модель) – це залежність вихідної величини об'єкта від вхідної в 
усталеному режимі. Отримання статичних моделей є досить трудомістким 
завданням. Необхідно домогтися стабілізації вихідної та вхідної величин, таким 
чином, знімається одна точка. Далі для зняття наступної точки потрібно 
встановити новий режим і знову дочекатися стабілізації вхідної і вихідної 
величин . 
 
 
 23 
В подальшому буде розглянуто систему дозування коректуючих реагентів 
в динамічних умовах, оскільки на сьогоднішній день одним з найменш вивчених 
питань є поведінка системи в перехідних режимах. Як исследуемуемых 
коректуючих реагентів обрані аміак і хеламін. В результаті використання системи 
хіміко-технологічного моніторингу істотно підвищується надійність підтримки 
основних параметрів ВХР в нормованих діапазонах. 
 
 
Висновок до розділу 1 
 
Проведено аналіз досвіду створення та експлуатації систем хімічного 
контролю та дозування коректуючих реагентів (аміаку і хеламіна) для ведення 
водно-хімічного режиму, відповідного нормам правил технічної експлуатації 
ТЕС. Зазначені умови при створенні нових або вдосконалення діючих систем 
дозування коректуючих реагентів для підвищення надійності підтримки основних 
параметрів ВХР в нормованих діапазонах. Відзначена необхідність використання 
сучасних систем автоматичного дозування коректуючих реагентів для оптимізації 
ведення водно-хімічних режимів та недопущення їх порушень. Сформульовано 
основні проблеми в експлуатації систем дозування коректуючих реагентів і 
поставлені завдання для їх вирішення. 
 
  
 
 
 24 
РОЗДІЛ 2 
РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ СИСТЕМИ 
АВТОМАТИЧНОГО ДОЗУВАННЯ КОРЕКТУЮЧИХ РЕАГЕНТІВ 
 
В даній роботі, математичні моделі наведені як динамічні системи, так як 
дія даних систем пов'язане із зміною в часі величин, що характеризують стан їх 
елементів. Так, наприклад, зміна концентрації домішки в котловій воді і парі 
відбувається за рахунок зміни концентрації домішки у воді. Однак зміна 
концентрації як аміаку, так і хеламіна не може відбуватися миттєво, так як на 
процес потрібен певний час . У відповідності з цим, в динамічних математичних 
моделях розрізняються наступні види процесів: 
Рівноважний режим характеризується тим, що вихідна величина і чинне 
обурення не змінюються в часі. У реальному елементі енергетичної установки з-
за постійного впливу збурюючих впливів не може бути рівноважного режиму. 
Перехідний режим – процес переходу динамічної системи з одного 
рівноважного стану в інше під впливом збурюючої дії. 
Періодичний режим - стан системи, при якому її параметри змінюються в 
часі по періодичному закону. 
 
 
2.1 Математичний опис системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів 
 
Математичні моделі хіміко-технологічних процесів являють собою стійкі 
фізичні системи при ступінчастому обурення, оскільки, будучи виведеними 
обурюючим впливом зі стану рівноваги, відновлюють в результаті перехідного 
режиму порушену рівновагу. 
Як відомо , диференціальне рівняння складається на підставі фізичних 
законів, що визначають перехідний процес в елементі математичної моделі. 
Математичні вирази стосовно конкретного випадку є вихідними 
 
 
 25 
диференціальними рівняннями системи. 
Постановка задачі на складання математичної моделі технологічного 
об'єкта - необхідно описати вузол дозування реагенту з допомогою 
диференціального рівняння. Математична модель описується звичайними 
диференціальними рівняннями, де змінні величини залежать лише від часу . 
Даний випадок є найпростішою динамічною системою. 
Структурна схема системи автоматичного дозування реагентів 
представлена на рисунку 2.1. 
 
Рисунок 2.1 - Структурна схема системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів: 
рНз (æз) - задане значення рН (задане значення питомої 
електропровідності); ε - сигнал неузгодженості; μ - регулюючий вплив по 
витраті коригувального реагенту; λ – зовнішнє рівноваги вплив; рНт (æт) - 
поточне значення рН (поточне значення питомої електропровідності) 
 
Регулюючим впливом (t) в системі автоматичного дозування реагентів є 
зміна витрати розчину коригуючого реагенту, що здійснюється переміщенням 
регулюючого механізму насоса-дозатора, що змінює довжину ходу плунжера. 
При відхиленні від заданого значення рН відбувається відповідне переміщення 
плунжера насоса дозатора, що призводить до зміни подачі розчину коригуючого 
реагенту. 
Регульованою величиною є рН - y(t). Рівноваги вплив λ(t) на об'єкт 
регулювання надходить по витраті живильної води. Витрата живильної води є 
вимірюваною величиною, тобто його можна розглядати як контрольоване 
 
 
 26 
обурення. 
Зазвичай доза реагенту встановлюється в процесі наладки, виходячи з ПТЕ 
і умов експлуатації, і повинна забезпечити необхідну норму реагенту для 
підтримки заданого значення рН. . 
Технологічний об'єкт містить дві ділянки регулювання: 
– ділянка  µ– y: % продуктивності насоса-дозатора реагенту – 
величина рН; 
– ділянка λ – y: зовнішнє рівноваги вплив – величина рН; 
При складанні математичного опис вузла дозування коректуючих реагентів 
були прийняті наступні допущення: 
1. Вважаємо, що у вузлі змішування відбувається ідеальне 
перемішування. 
2. У вихідній оброблюваної воді концентрація реагенту набагато менше 
концентрації реагенту після вузла змішування. 
3. Потік води у вузлі змішування реагентів прийнятий за одиницю маси 
води у вузлі змішування. 
4. Витрата реагенту набагато менше витрати вихідної оброблюваної 
води. 
5. Ступінчастим обуренням є витрата реагенту. 
Рівняння матеріального балансу вузла змішування, представленого на 
рисунку 2.2, складається з трьох частин: 
1. Введення розчину реагент Ср∙Dр(t) 
2. Змішування розчину реагенту з оброблюваної водою: С(t) ∙ Dпв; 
3. Вихідна оброблювана вода: С`∙ Dпв . 
 
 
 
 
 27 
 
 
Рисунок 2.2 - Структурна схема математичної моделі вузла дозування: 
Cр - концентрація реагенту до точки змішування; C -концентрація 
розчину в оброблюваній воді після вузла змішування; C`-концентрація 
розчину в оброблюваній воді до точки змішування; Dпв - витрата вихідної 
оброблюваної води до точки змішування; D` - витрата оброблюваної води 
після вузла змішування; D пв -p витрата реагенту до точки змішування 
 
Вхідний величиною в диференціальному рівнянні є зміна витрати 
реагенту, а вихідною величиною є відхилення концентрації реагенту після вузла 
змішування. 
Таким чином, складемо диференціальне рівняння дозування реагенту в 
трубопровід. Ділянку трубопроводу, де відбувається змішання, є технологічним 
об'єктом. Дозування коригуючого реагенту здійснюється насосом дозатором 
реагенту постійної концентрації. Рівняння матеріального балансу вузла дозування 
має вигляд: 
 
                     (2.1) 
 
де М - маса води у вузлі змішування, кг; Cр - концентрація реагенту до 
 3
точки змішування, мкг/дм ; C - концентрація розчину в оброблюваної воді після 
3
точки змішування, мкг/дм ; C` - концентрація розчину в оброблюваної воді до 
3
точки змішування, мкг/дм ; Dпв - витрата вихідної оброблюваної води до точки 
 
 
 28 
змішування, дм 3/ч; D` - витрата оброблюваної води після точки змішування, дм 
3/ч; Dp - витрата реагенту до точки змішування, дм3 /ч. 
Ступенева зміна витрати реагенту представлено наступним чином: 
 
 (2.2) 
 
 
де Dp0 – початковий витрата реагенту, дм3/ч; 
 Dpτ  – витрата реагенту в момент часу  
 
Графічне відображення ступінчастого зміни витрати реагенту за рахунок 
зміни продуктивності насоса-дозатора на 25% представлено на рис. 2.3. 
 
 
 
Рисунок 2.3 - Ступеневу обурення щодо зміни продуктивності насоса-
дозатора реагенту (витрати реагенту) 
 
Диференціальне рівняння матеріального балансу для вузла дозування (2.1) 
вирішено як звичайне лінійне неоднорідне диференціальне рівняння першого 
порядку. 
За умови, що  рішення рівняння (2.1) ступінчастому 
обуренні прийме наступний вигляд: 
 
 
 
 29 
             (2.3) 
 
Таким чином, описано зміну концентрації реагенту після вузла змішування 
в оброблюваної воді в залежності від витрати коригуючого реагенту. На рис. 2.4 
представлені графічні залежності концентрації аміаку і хеламіна в оброблюваної 
воді після точці змішування. 
 
а)                                                                               б) 
Рисунок 2.4 – Зміна концентрації реагенту після вузла змішування в 
оброблюваній воді: а – аміак; б – хеламін 
 
При розрахунку рН оброблюваної води вхідним впливом є розрахункове 
зміна концентрації реагенту в оброблюваній воді, виражене через витрата 
реагенту. 
Взаємозв'язок між рН і витратою аміаку в оброблюваної воді може бути 
виражено рівнянням (2.4) для слабкого підстави виходячи з рівняння 
електронейтральності: 
 
                       (2.4) 
 
де Kw – константа води; Kb – константа дисоціації аміаку; С(t) – 
розрахункова концентрація аміаку в оброблюваній воді. 
Аналогічно для розчину хеламіна, як для суміші підстав - моноетаноламіну 
 
 
 30 
і циклогексиламіну, що мають основні властивості, отримана взаємозв'язок між 
рН і витратою хеламіна в оброблюваної воді: 
 
                  (2.5) 
 
де K w – константа води; K меа b – константа дисоціації моноетаноламіну; 
K цга 
b – константа дисоціації циклогексиламіну; Смеа (t) – розрахункова 
концентрація моноетаноламіну в оброблюваної воді; Сцга (t) – розрахункова 
концентрація циклогексиламіну в оброблюваної воді 
Таким чином, представлена модель зміни рН вузла дозування при зміні 
витрати коригуючого реагенту і отримана графічна залежність, наведена на рис. 2.5. 
 
а)                                                                                      б) 
Рисунок 2.5 – Зміна рН в оброблюваної воді після точки змішування: 
 а – аміак; б – хеламін 
 
Розрахункове прогнозована зміна рН відображає реакцію на ступеневу 
обурення по витраті реагенту з урахуванням експоненціального зміни змісту 
реагенту в оброблюваній воді. 
Вищеописані математичні моделі являють собою стійкі фізичні системи 
при ступінчастому обурення, оскільки, будучи виведеними обурюючим впливом з 
стану рівноваги, відновлюють в результаті перехідного режиму порушену 
 
 
 31 
рівновагу. 
 
 
2.2 Методика проведення експериментальних досліджень 
 
Пропоноване дослідження призначене для оперативного хімічного 
контролю якості теплоносія, що використовують аналізатори хімічного контролю, 
з метою забезпечення надійної експлуатації систем контролю та управління в 
умовах не стаціонарності контрольованих процесів, запобігання можливих 
аварійних ситуацій, пов'язаних з порушенням ведення водного режиму і зміною 
теплотехнічних параметрів на енергетичному обладнанні. 
В умовах промислової експлуатації крім статичних метрологічних 
характеристик таких як: градуювальна характеристика, чутливість і варіація 
особливо важливі динамічні характеристики аналізаторів. Для оцінки характеру 
вимірювального перетворення в динамічному режимі застосовується динамічна 
характеристика вимірювального приладу, яка відображає залежність показань від 
вимірюваної величини в часі в нестале режимі або перехідному процесі. 
Динамічна характеристика залежить від характеру вимірюваної величини . 
Дослідження впливу зовнішніх збурень на динамічні характеристики 
аналізаторів хімічного контролю 
Більшість аналізаторів хімічного контролю володіє значним часом 
запізнювання при вимірі показника якості . 
Зниження часу вимірювання параметра актуально тільки в номінальних 
режимах роботи систем хімічного контролю і управління, оскільки 
вимірювання залежить лише від якості аналізованої середовища. Однак навіть у 
номінальному режимі існує безліч факторів, що впливають на процеси 
вимірювання показників якості теплоносія, наприклад, зміна температури 
аналізованій середовища витрати охолоджуючої води, призначеної для 
охолодження проби, нерегулярність продування пробовідбірних ліній, зміна 
якісного складу проби аналізованої середовища внаслідок погіршення якості води 
 
 
 32 
і пари. В умовах нестаціонарних режимів роботи систем моніторингу виникає 
динамічна похибка, яка залежить від динамічних характеристик аналізаторів. На 
динамічні характеристики аналізаторів хімічного контролю істотний вплив 
надають зміна температури, витрати і якісного складу аналізованої середовища . 
Дослідження впливу зовнішніх збурень на динамічні характеристики 
автоматичних аналізаторів хімічного контролю було проведено на кафедрі 
Московського Енергетичного Інституту, на експериментальній установці, що 
моделює роботу системи хімічного контролю і автоматичного дозування 
коректуючих реагентів. 
Принципова схема установки представлена на рисунку 2.6. 
Дистилят з бака запасу дистильованої води циркуляційним насосом (2) 
подається через витратомір (3) у вузол підготовки. Дистильована вода послідовно 
проходить через три іонообмінних фільтрів. Перша по ходу води колонка 
завантажена катіонітом у H-формі (4), друга – аніонітом у OH- формі (5), третя 
колонка – фільтр змішаної дії (6), який завантажений сумішшю катіоніту в н-
формі і аніоніти у OH-формі. Витрата води через вузол очищення регулюється 
голчастим клапаном. Далі знесолена вода надходить у вузол змішування (10). 
Передбачено підведення води до вузла змішування в обхід іонообмінної 
установки. У вузол змішування подається коригуючий реагент насосом-дозатором 
(8) з бака запасу реагенту (7). Пройшовши вузол змішування, вода надходить на 
датчики системи хімічного контролю, включені паралельно (16-17). 
Контрольовані параметри – питома електропровідність і рН. На вході в кожен 
датчик встановлений індивідуальний регулюючий клапан. Після датчиків вода 
зливається в дренаж. Управління циркуляційним насосом і насосом-дозатором 
здійснюється через частотний перетворювач (9) 
 
 
 
 33 
 
Рисунок 2.6 - Схема експериментальної установки, що моделює 
систему автоматичного дозування коректуючих реагентів: 
1 – бак запасу дистильованої води; 2 – насос подачі дистильованої 
води; 3 – витратомір; 4 – H-катіонітний фільтр; 5 – OH-аніонітний фільтр; 6 – 
фільтр змішаного дії; 7 – бак запасу реагенту; 8 – насос подачі реагенту; 9 – 
частотний перетворювач; 10 – вузол змішування; 11 – бак запасу розчину 
гідрокарбонатів; 12 – насос подачі розчину гідрокарбонатів; 13 – термостат; 
14 – регулюючий вентиль; 15– пристрій підготовки проби; 16 – рН-метр; 17 – 
кондуктометр/солемір; 18 – контролер; 19 – автоматизоване робоче місце з 
блоком управління. 
 
Система управління водним режимом представляє два рівня: нижній 
рівень, що включає в себе засоби автоматичного хімічного та теплотехнічного 
контролю; верхній рівень, який включає: контролер (18). Опитування приладів 
АХК контролером здійснюється з частотою один раз в 10 секунд у відповідності з 
вимогами до систем контролю і управління водним режимом ; автоматизоване 
робоче місце (19), з якого оператор-технолог керує роботою установки. На 
робочому місці формується база даних вимірюваних величин, дані 
відображаються в табличному і графічному вигляді. 
 
 
 34 
При організації автоматичного дозування реагенту необхідно передбачати 
автоматичний контроль питомої електропровідності і рН оброблюваної води. 
Використання параметра електричної провідності підвищує надійність системи, 
оскільки техніка вимірювання питомої електричної провідності більш проста і 
надійна, ніж техніка вимірювання рН . 
Передбачена робота установки в трьох режимах: ручне управління 
продуктивність насоса-дозатора, автоматичне управління продуктивністю насоса-
дозатора за сигналом з pH-метра або автоматичне управління по сигналу з 
кондуктометра. У режимі ручного регулювання оператор вручну необхідну 
продуктивність насоса-дозатора в систему управління установкою в залежності 
від витрати оброблюваної води, поточного та необхідного значення pH. При 
роботі в автоматичному режимі оператор вводить в програмі управління 
необхідне значення pH або питомої електропровідності. Отримуючи інформацію з 
датчиків, програма визначає потрібну продуктивність насоса-дозатора для 
підтримання необхідного значення pH або питомої електропровідності. 
В даному дослідженні моделювалися обурення по температурі, витраті і 
іонному складу проби, що продається на прилади автоматичного хімічного 
контролю після вузла змішування. Моделювання збурень у пробовідбірну лінію 
здійснювалось за допомогою: 
-термостата (13), з поміщеним в нього теплообмінником, через який 
подавалася аналізована середовище для збільшення температури проби з 18 до 
40 0С; 
-регулюючого вентиля (14), через який здійснювалася подача проби на 
аналізатори хімічного контролю і змінювався витрата проби з 20 до 5 дм 3/ч; 
-зміна іонного складу проби за рахунок дозування розчину (11), містить 
гідрокарбонат-іон концентрацією 7,5 мг/дм 3. 
Кожен дослід проводився не менше трьох разів з метою відтворюваності 
результатів експерименту. 
Дослідження виконані при наступних вихідних параметрів до моменту 
нанесення збурень: витрата оброблюваної води становив 20 дм  3/ч, максимальна 
 
 
 35 
продуктивність насоса-дозатора – 3,2 дм 3/год, питома електрична провідність 
проби, що пройшла через фільтри, становила 0,06 мкСм/см, значення рН - близько 
7,5. 
Вимірювання електропровідності проводилися в контактному 
низькочастотному проточному датчику. Діапазон вимірювання питомої 
електропровідності становить 0...20 мкСм/див. Межі допустимих значень 
основної абсолютної похибки кондуктометра при вимірі ±(0,004+0,02ꞏæ), де æ - 
виміряне значення питомої електропровідності, мкСм/див. Безперервні 
вимірювання величини рН проводилися в проточних потенціометричних 
клітинках. Прилад був налаштований на діапазон вимірювання від 5 до 10. Межа 
допустимої основної похибки при вимірюванні рН склав ±0,05. 
Під час проведення дослідження були використані коригувальні реагенти, 
які застосовуються для ведення водно-хімічного режиму на реальних об'єктах, 
такі як водний розчин аміаку концентрацією в контурі установки 500 мкг/дм 3 і 
аміновмісний реагент концентрацією 2,5 мг/дм 3 (на прикладі хеламіна BRW-
150H). Експеримент полягав в оцінці реакції аналізаторів на зовнішнє обурення і 
зняття кривих розгону. При знятті кривої розгону необхідно виконати ряд умов: 
1. Крива розгону повинна зніматися в околиці робочої точки процесу. 
2. Криві розгону необхідно знімати як при позитивних, так і негативних 
скачках керуючого сигналу. 
3. Необхідно знімати декілька кривих розгону з їх подальшим 
накладанням один на друга і отриманням усередненою кривий. 
4. При знятті кривої розгону необхідно вибирати найбільш стабільні 
режими процесу, коли дія зовнішніх випадкових збурень малоймовірно . 
Структурна схема впливу зовнішніх збурень на показання рН- метра і 
кондуктометра представлена на рисунку 2.7. 
 
 
 36 
 
Рисунок 2.7 - Вплив зовнішніх збурень на аналізатори хімічного 
контролю: μ - вплив по витраті коригуючого реагенту; рНт - поточне 
значення рН (æт – поточне значення електропровідності); Т - зовнішнє 
рівноваги вплив на температурі проби; З – зовнішнє рівноваги вплив по 
іонному складу проби; F - зовнішнє рівноваги вплив по витраті проби 
 
Зовнішнім обурюючим впливом в такій системі є моделируемые обурення, 
вихідна вплив – зміна величини рН і електропровідності при постійній 
концентрації дозуючого розчину. Математична модель такої системи 
представлена як динамічна система, так як дія даних систем пов'язане із зміною в 
часі величин, що характеризують стан їх елементів. Зміна рН та 
електропровідності в системі не може відбуватися миттєво, так як на процес 
потрібно певний час. Для отримання моделі об'єкта доцільно проводити 
апроксимацію перехідних характеристик так, щоб вони самі і їх перші похідні 
збігалися в точці перегину . 
По апроксимації перехідних характеристик можна оцінити два параметри 
моделі: постійну часу (швидкість зміни показань) Т 0 і час запізнювання показань 
τ. Постійної часу називається відрізок часу, укладений між точками перетину 
дотичної з віссю абсцис і з лінією нового встановленого значення 
характеристики, а часом запізненням — відрізок між початком подачі 
ступінчастого впливу і моментом перетину дотичної до осі абсцис. Третій 
параметр — коефіцієнт передачі об'єкта k — дорівнює сталому значенню 
характеристики. Використовується в даному дослідженні метод апроксимації дає 
прийнятні моделі об'єктів. Перехідна характеристика обрана в загальному 
 
 
 37 
вигляді: 
 
                    (2.6) 
 
де k об - коефіцієнт передачі об'єкта (статичне відхилення вимірюваної 
величини), τ об- час запізнювання показань, с Т об - постійна часу 
(швидкість зміни значень), с. 
Значення перехідної характеристики визначені значення коефіцієнтів 
апроксимуючої характеристики. 
 
Дослідження впливу зовнішніх збурень на динаміку системи 
автоматичного дозування коректуючих реагентів 
Експериментальні дослідження присвячені вивченню впливу типових 
збурень при незадовільній роботі системи хімічного контролю та окремі 
порушення водного режиму на динаміку системи дозування коректуючих 
реагентів і представляють інтерес для оперативного персоналу хімічних служб 
теплових електростанцій, відповідальних за ведення оптимального водного 
режиму шляхом дозування коректуючих реагентів. 
Під оптимальним водним режимом розуміють той режим, при якому 
нормовані показники якості води і пари знаходяться в межах допустимих значень 
згідно  за рахунок дозування певної кількості коригуючого реагенту в 
номінальному режимі роботи енергетичного обладнання. Вивчення впливу 
збурень на динаміку системи дозування реагентів було проведено на кафедрі 
Московського Енергетичного Інституту на експериментальному стенді, що 
моделює роботу системи управління водним режимом близьку до умов на 
реальних об'єктах ТЕС (рис. 2.6). 
З метою дослідження типових зовнішніх збурень на рис. 2.8 представлена 
структурна схема системи автоматичного дозування реагентів. 
 
 
 38 
 
Рисунок 2.8 – Вплив зовнішніх збурень на систему автоматичного 
дозування реагентів: 
рНз - задане значення рН; μ - вплив по витраті коригуючого реагенту; 
рНт - поточне значення рН; Т - зовнішнє рівноваги вплив по температурі 
проби; З – зовнішнє рівноваги вплив по іонному складу проби; F – зовнішнє 
рівноваги вплив по витраті проби; F обр. води - зовнішнє рівноваги вплив по 
витраті оброблюваної води Основний керованою величиною таке системи є 
значення рН. Регулює впливом є зміна витрати реагенту.  
Рівноваги вплив – зовнішні фактори (зміна температури, витрати і 
якості проби). 
 
Математична модель зміни рН в системі дозування реагентів представлена 
у розділі 2.1. Даний випадок є найпростішою динамічною системою. Яка 
апроксимує передатна функція вузла дозування такої системи в загальному 
вигляді: 
                                      (2.7) 
де kвд - коефіцієнт передачі вузла дозування (динамічне відхилення), τз - 
час запізнювання показань, с Твд - постійна часу (швидкість зміни показань 
вузла дозування), с. Знання настроюваних коефіцієнтів моделі об'єкта 
дозволяє знайти оптимальні параметри настроювання регулятора (контролера), 
потім вони встановлюються в регулятор. Передавальна функція ПІ-регулятора 
цієї системи має вигляд: 
                                        (2.8) 
 
 
 39 
де k р- коефіцієнт передачі регулятора; Т р - постійна часу регулятора. 
Тоді передатна функція системи дозування виражена рівнянням(2.9): 
                                        (2.9) 
Досліджувана система автоматичного дозування реагентів побудована на 
єдиних апаратних засобах, де регулятор реалізований на мікропроцесорної 
апаратури. Система дозування для управління насосами-дозаторами розчину 
реагенту з метою підтримання рН у воді на рівні 9,1 ± 0,1 рН у всіх режимах 
експлуатації при мінімальному участі персоналу. 
Автоматичне дозування реагенту в конденсатний тракт реалізовано за 
схемою, що передбачає підтримання заданого співвідношення витрат 
оброблюваної води і дозується реагенту з урахуванням показань рН-метри, 
встановленого на потоці оброблюваної води. Дозування розчину реагенту 
здійснюється з допомогою об'ємних насосів-дозаторів. Вимірювання витрати 
оброблюваної води проводиться безпосередньо, а реагент - непрямим шляхом: 
об'ємними насосами-дозаторами, у яких кількість подаваного розчину залежить 
від числа ходів плунжера насоса-дозатора. 
 
 
Висновок до розділу 2 
 
Представлено математичний опис моделі системи дозування аміаку і 
хеламіна. Математично описано модель зміни рН вузла дозування при зміні 
витрати коригуючого реагенту і отримана графічна залежність. Представлена 
експериментальна установка для проведення дослідження в лабораторних умовах. 
 
 
  
 
 
 40 
РОЗДІЛ 3 
ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
АНАЛІЗАТОРІВ ХІМІЧНОГО КОНТРОЛЮ В ЛАБОРАТОРНИХ УМОВАХ 
 
 
3.1 Вплив температури, витрати і іонного складу аналізованої проби 
середовища на динамічні характеристики автоматичних аналізаторів 
хімічного контролю 
 
У даному дослідженні представлені результати трьох серій експериментів 
по вивченню впливу зовнішніх збурень на динамічні характеристики аналізаторів 
хімічного контролю та визначені динамічні характеристики кондуктометра-
солеміра і рН-метра. 
 
Вплив температури проби аналізованої середовища на динамічні 
характеристики рН-метра і кондуктометра 
В результаті нанесеного обурення по температурі проби (збільшення 
температури з 18 до 40 °С), що подається на автоматичні аналізатори хімічного 
контролю, були отримані залежності зміни питомої електропровідності і рН (рис. 
3.1) при дозуванні реагентів – аміак і хеламін. 
 
Рисунок 3.1 - Зміна питомої електропровідності і рН при збільшенні 
температури проби: х - хеламін; о-аміак; ─ - зміна температури проби, °С 
 
 
 41 
При збільшенні температури проби на 22 °С, реакція кондуктометра на 
збільшення температури має максимальну швидкість в початковий момент і далі 
швидкість не змінюється. Значення питомої електричної провідності збільшилася 
на 13 % і встановилася за 180 с. Необхідно відзначити, що показання 
кондуктометра не залежать від типу коригуючого реагенту. 
При нанесенні обурення на рН-метр зі збільшення температури проби до 
40 °С показує також високу швидкість кривої розгону в момент наноситься 
обурення і час встановлення показів 180 с, при працюючій температурної 
компенсації аналізатора. Відзначено статичне відхилення показань рН-метра при 
дозуванні хеламіна в 2 рази більше, ніж при дозуванні аміаку, що може призвести 
до зайвого кількістю дозуючого реагенту, у разі використання сигналу рН-метра в 
системі автоматичного дозування. 
 
Вплив витрати проби аналізованої середовища на динамічні 
характеристики рН-метра і кондуктометра 
В результаті нанесеного обурення по витраті проби (зрідження витрати з 
20 до 5 дм 3/ч), що подається на автоматичні аналізатори хімічного контролю, 
були отримані залежності зміни питомої електропровідності і рН (рис. 3.2) при 
дозуванні реагентів – аміак і хеламін. 
 
Рисунок 3.2 - Зміна питомої електропровідності і рН при зниженні 
витрати проби: х - хеламін; о-аміак; ─ - зміна витрати проби,  дм 3/год 
 
 
 
 42 
Аналіз реакції кондуктометра на зниження витрати проби, до мінімального 
значення, необхідного для визначення хімічних показників аналізованої 
середовища, показав, що значення питомої електропровідності змінюється з 
наростаючою швидкістю і встановлення показань кондуктометра через 180 с при 
дозуванні аміаку і через 240 с для хеламіна, при однаковому часу запізнювання, 
що становить 33 с, а статичне відхилення електропровідності при дозуванні 
аміаку в 2 рази більше, ніж при дозуванні хеламіна. 
При зниженні витрати проби, яка подається на рН-метр, зміна рН має 
незначний коливальний характер, що свідчить про наявність значного 
внутрішнього опору вимірювального перетворювача рН- метра і обмеження за 
величиною протікаючого струму через електроди, який не повинен перевищувати  
10-12 А. Нанесення обурення по витраті води, що призвело до встановлення 
показань величини рН через 270 і 300 с при дозуванні аміаку і хеламіна 
відповідно. Статичне відхилення рН при дозуванні аміаку в 2 рази більше, ніж 
при дозуванні хеламіна, у зв'язку з вираженими лужними властивостями 
аміновмісного реагенту. 
 
Вплив іонного складу проби аналізованої середовища на динамічні 
характеристики рН-метра і кондуктометра 
В результаті нанесеного обурення щодо зміни іонного складу проби за 
рахунок збільшення концентрації гідрокарбонат-іонів в контурі установки до 
7,5мг/дм3(збільшення питомої електропровідності з 2 до 14 мкСм/см), яка 
подається на автоматичні аналізатори хімічного контролю, були отримані 
залежності зміни питомої електропровідності і рН (рис. 3.3) при дозуванні 
реагентів – аміак і хеламін. 
Проведений експеримент показав, що при збільшенні концентрації 
гідрокарбонат-іона в аналізованої пробі середовища до 7,5 мг/дм 3
, а також у разі 
відсутності будь-яких дій, спрямованих на усунення порушення, стале значення 
рН буде досягнуто через 390 с при зміні на 5% від початкового значення. Питома 
електропровідність збільшилася у відповідності із збільшенням концентрації 
 
 
 43 
гідрокарбонат іонів в пробі і встановилася через 390 с. Слід відзначити, що тип 
реагенту не надає вплив на зміну питомої електропровідності при збільшенні 
концентрації гідрокарбонат-іона. Аналіз залежностей рН від зміни концентрації 
гідрокарбонат-іона в пробі свідчить про високої швидкості змін показань рН-
метра і відсутності впливу типу реагенту на значення рН. 
 
 
Рисунок 3.3 - Зміна питомої електропровідності і рН при погіршенні 
якості проби: х - хеламін; пр-оаміак; ─ - зміна концентрації 
 гідрокарбонат-іонів, мг/дм 3 
 
В результаті порівняння вимірювань питомої електропровідності і 
показника рН проби аналізованої середовища в момент наносяться збурень (рис. 
3.1 – 3.3) було виявлено, що найбільшим впливом на час запізнювання і 
швидкість зміни показань рН-метра і кондуктометра надає обурення щодо зміни 
іонного складу проби аналізованої середовища (збільшення гідрокарбонат-іона в 
аналізованій середовищі) відносно даних, отриманих при інших наносяться 
збуреннях. Крім того, необхідно зазначити, що повний час встановлення показів 
не перевищує допустимих значень, вказаних в керівництві з експлуатації 
кондуктометра і рН-метра – 15 хв. 
У результаті розрахунків визначено такі динамічні характеристики: як 
зміна pН та питомої електропровідності під часу (статичне відхилення); час, за 
який параметр хімічного контролю досягне встановленого значення після 
виникнення порушення ВХР та ін. 
 
 
 44 
Розраховані значення динамічних характеристик аналізаторів представлені 
в таблиці 3.1. 
Таблиця 3.1 – Порівняльний аналіз динамічних характеристик 
автоматичних аналізаторів хімічного контролю 
Коригуючий  Прилад Час  Постійна  Час  Статичне  
реагент  запізнення, часу, с встановлення  відхилення 
с  свідчень, с 
  
Розчин Підвищення температури проби (18–40°С) 
аміаку Кондуктометр 29  26  150  0,58 
рН-метр 44  24  120 0,06 
Зміна іонного складу проби (0 – 7,5 мг/дм3) 
Кондуктометр 33  34  180 0,11 
рН-метр 20  82  300  0,09 
Зміна іонного складу проби (0 – 7,5 мг/дм3) 
Кондуктометр 44  55  330  12,18 
рН-метр 36  83  360  0,40 
Розчин Підвищення температури проби (18–40°С) 
хеламіну Кондуктометр 37  30  180  0,56 
рН-метр 44  55  180  0,10 
Зміна іонного складу проби (0 – 7,5 мг/дм3) 
Кондуктометр 33  64  240 0,07 
рН-метр 29  120  270 0,04 
Зміна іонного складу проби (0 – 7,5 мг/дм3) 
Кондуктометр 45  78  390  12,16 
рН-метр 62  70  390  0,48 
 
Аналіз швидкості зміни показань рН-метра показав, що система електродів 
є інерційною до розчину хеламіна, що пов'язано з сорбційними властивостями 
реагенту на поверхні електродної системи рН- метра. На підставі 
 
 
 45 
експериментальних даних зміни питомої електропровідності і рН від виду 
наносяться збурень одержано математичні моделі вузла дозування по рН та 
питомої електропровідності, які представлені рівняннями апроксимацій: 
 
                                   (3.1) 
 
 
 
            (3.2) 
 
де t – поточний момент часу, с; ∆рН; ∆æ – зміна вимірюваної величини рН; 
УЕП (статичне відхилення); Т 1,Т2 – швидкість зміни значення рН; УЕП, 
с; τ 3 – час запізнювання показань, с. 
Рівняння (3.1, 3.2) лягли в основу розробки системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів з урахуванням зміни витрат, температури, 
іонного складу проби на експериментальній установці. 
 
 
3.2 Вплив концентрації реагенту на динамічні характеристики 
датчиків кондуктометрів 
 
Кондуктометричний метод аналізу заснований на вимірюванні питомої 
електропровідності аналізованого розчину під впливом зовнішнього джерела 
електричного поля. 
Вимірювання питомої електропровідності на теплових електростанціях 
здійснюється низькочастотними контактними датчиками кондуктометрів з 
технічними характеристиками, придатними для контролю якості надчистих і 
мінералізованих вод з додаванням коректуючих реагентів. 
 
 
 46 
Однак залишається відкритим питання дослідження інерційності 
вищезазначених датчиків кондуктометрів. Дане питання особливо актуальне 
стосовно до вимірювання питомої електропровідності надчистих вод в умовах 
нестабільної роботи систем відбору та підготовки проби на ТЕС. 
 Метою дослідження є вивчення впливу дозування аміаку на швидкість 
зміни питомої електропровідності. 
Завданням даного дослідження було вивчити вплив реагенту на швидкість 
зміни питомої електропровідності при зміні концентрації аміаку в діапазоні 100 – 
1000 мкг/дм 3 при постійній витраті і температурі проби. 
У даному дослідженні були використані кондуктометри двох різних 
виробників технічні характеристики яких наведені в таблиці 3.2. 
Таблиця 3.2 - Технічні характеристики аналізаторів 
Найменування Кондуктометр 1 Кондуктометр 2 
характеристики  
Діапазон вимірювання від +5 до +50 ± 0,3 від 0 до +150 ± 0,3 
температури, С о  
 
Діапазон вимірювання 0 до 0,2 
тиску, МПа 
Діапазон вимірювання від 3 до 30 від 1 до 30 
витрати, дм3/год 
Діапазон вимірювання від 0 до 2000 від 0,025 до 2500 
УЕП, мкСм/см 
 
Межі допустимої ±(0,004 + 0,02 ∙ æ) ±(0,001 + 0,01 ∙ æ) 
основний 
абсолютної похибки, 
 
мкСм/см
 
 
 
 
 47 
Вплив концентрації реагенту на швидкість зміни питомої 
електропровідності стосовно кондуктометричним датчику 1 
Для визначення впливу концентрації реагенту в оброблюваної воді на 
швидкість зміни питомої електропровідності були отримані експериментальні 
залежності і побудовані перехідні характеристики залежності питомої 
електропровідності кондуктометра 1 від концентрації реагенту (рис. 3.4). 
 
 
 
Рисунок 3.4 - Перехідна характеристика по каналу «витрата насоса-
дозатора аміаку – питома електропровідність» кондуктометра 1: 1 – 100 
мкг/дм3; 2 – 200 мкг/дм 3 ; 3 – 300 мкг/дм 3; 4 – 400 мкг/дм 3; 5 – 500 мкг/дм 3 
; 6 – 600 мкг/дм 3; 7 – 700 мкг/дм 3; 8 – 800 мкг/дм 3; 9 – 900 мкг/дм 3; 10 – 
1000 мкг/дм 3 
 
З рис. 3.4 видно, що усталені значення перехідних характеристик при 
різній концентрації аміаку в обробленій воді 100-1000 мкг/дм 3 мають схожий 
характер поведінки. Також збільшення концентрації аміаку призводить до 
збільшення встановленого значення перехідної характеристики.  
Динамічні характеристики кондуктометра 1 були розраховані, 
використовуючи перехідну характеристику (2.6) і представлені в табл. 3.3. В 
 
 
 48 
результаті отриманих даних була побудована залежність зміни постійної 
швидкості датчика кондуктометра 1 від концентрації аміаку і представлена на 
рис. 3.5 
 
Рисунок 3.5 - Залежність постійної часу датчика кондуктометра 1 від 
концентрації аміаку 
 
З рис. 3.5 видно, що при збільшенні концентрація аміаку в обробленій воді 
постійна часу кондуктометра 1 зменшується, тобто швидкість зміни питомої 
електропровідності зростає. Найбільше значення постійної часу 149,1 с 
досягається при концентрації в контурі 100 мкг/дм 3, а найменше 91,8 с при 
концентрації в контурі 1000 мкг/дм 3. 
Час запізнювання становить від 300 до 360 с, статичне відхилення під час 
проведення всієї серії експериментів змінювалося від 0,5 до 0,6. 
 
Вплив концентрації реагенту на швидкість зміни питомої 
електропровідності стосовно кондуктометричним датчику 2 
Для визначення впливу концентрації реагенту в оброблюваної воді на 
швидкість зміни питомої електропровідності були отримані експериментальні 
залежності і побудовані перехідні характеристики залежності питомої 
електропровідності кондуктометра 2 від концентрації реагенту (рис. 3.6). 
 
 
 49 
 
Рисунок 3.6 - Перехідна характеристика по каналу «витрата насоса-
дозатора аміаку – питома електропровідність» кондуктометра 2: 1 – 100 
мкг/дм 3; 2 – 200 мкг/дм 3 ; 3 – 300 мкг/дм 3; 4 – 400 мкг/дм 3; 5 – 500 мкг/дм 3 ;  
6 – 600 мкг/дм 3; 7 – 700 мкг/дм 3; 8 – 800 мкг/дм 3; 9 – 900 мкг/дм 3; 
 10 – 1000 мкг/дм 3 
 
З рис. 3.6 видно, що усталені значення перехідних характеристик при 
різній концентрації аміаку в контурі 100-1000 мкг/дм3 мають схожий характер 
поведінки. Також збільшення концентрації призводить до збільшення 
встановленого значення. Порівняно з рис. 3.4 характер перехідних характеристик 
однаковий. Розбіжності між сталими значеннями мають не більше 0,02. 
Динамічні характеристики кондуктометра 2 були розраховані, 
використовуючи перехідну характеристику (2.6), і представлені в табл. 3.3. В 
результаті отриманих даних була побудована залежність зміни постійної 
швидкості датчика кондуктометра 2 від концентрації аміаку і представлена на 
рис. 3.7. 
 
 
 
 50 
 
Рисунок 3.7 - Залежність постійної часу датчика кондуктометра 2 від 
концентрації при дозуванні аміаку 0÷1000 мкг/дм3 
 
З рис. 3.7 видно, що при збільшенні концентрація аміаку в обробленій воді 
постійна часу кондуктометра 2 зменшується, тобто швидкість зміни питомої 
електропровідності зростає. Найбільше значення постійної часу 134,3 с 
досягається при концентрації в контурі 100 мкг/дм3, а найменше 83,5 с при 
концентрації в контурі 1000 мкг/дм3. Час запізнювання становить близько 300 с, 
статичне відхилення під час проведення всієї серії експериментів змінювалося від 
0,5 до 0,6. 
 
Порівняльний аналіз впливу концентрації реагенту на швидкість 
зміни питомої електропровідності стосовно до кондуктометрическим 
датчикам 
В результаті проведених експериментів і обробки отриманих даних 
значення постійної часу для двох кондуктометрів в залежності від концентрації 
реагенту представлені в табл. 3.3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 51 
Таблиця 3.3 – Порівняльний аналіз постійною часу кондуктометрів 
Постійна часу, с 
Концентрація реагенту,  
мкг/дм 3 Кондуктометр 
Кондуктометр 1 
2 
100 149,1 134,3 
200 128,7 125,2 
300 113,1 116,8 
400 109,5 108,0 
500 105,8 104,4 
600 101,7 102,3 
700 94,8 92,9 
800 92,9 89,9 
900 92,5 86,2 
1000 91,8 85,3 
 
На рис. 3.8 наведені залежності постійної часу питомої еквівалентної 
провідності для кондуктометрів 1 і 2 при дозуванні в контур аміаку в діапазоні 
концентрацій аміаку 100-1000 мкг/дм 3. 
 
Рисунок 3.8 - Залежність постійної часу датчика кондуктометра від 
концентрації аміаку 100-1000 мкг/л при постійній витраті 20 дм 3/ч і 
температурі 25 ° с: T1 – кондуктометр 1; T2 – кондуктометр 2 
 
 
 
 52 
Як видно з рис. 3.8, що при дозуванні в тракт енергоблоку аміак діапазоні 
концентрацій 100-1000 мкг/дм 3 значення постійної часу зменшується з 
підвищенням концентрації. 
При проведенні серії дослідів на двох кондуктометрах показало, що 
значення постійних часу і питомої електропровідності відрізняються незначно, в 
межах похибки в діапазоні концентрацій 100-1000 мкг/дм 3. 
 
 
3.3 Вплив аміновмісного реагенту на динамічні характеристики 
автоматичних аналізаторів хімічного контролю 
 
На підставі отриманих даних по динамічним характеристикам (рис. 3.1 б, б 
3.2, 3.3 б) було виявлено, що тип дозуючого реагенту впливає на динамічні 
характеристики датчика рН-метри, тому при дозуванні розчину хеламіна час 
реакції аналізатора на вносяться обурення виявилося в 1,5 рази більше, ніж при 
дозуванні розчину аміаку. В рамках даної роботи було проведено дослідження 
впливу хеламіна на електродну систему рН-метрів і датчики кондуктометрів при 
тривалому дозуванні реагенту в пробовідбірну лінію експериментального стенду 
(рис. 2.6). 
Незважаючи на те, що хеламін протягом тривалого часу застосовується на 
ТЕС, є багато питань щодо використання цього реагенту. Для широкого 
застосування хеламіна на енергетичних об'єктах необхідно мати достовірні 
експериментальні дані про його поведінку в пароводяному тракті і вплив на 
роботу аналізаторів автоматичного хімічного контролю. За наявними 
літературними даними  можна зробити висновки про вплив хеламіна на хімічні 
показники ВХР і швидкість корозіїт конструкційних матеріалів, що 
використовуються в конденсатних-живильному тракті ТЕС, але відсутні дані про 
вплив на показання аналізаторів хімічного контролю і роботу системи 
автоматичного дозування реагенту. 
В Швейцарії проводилися дослідження, що описують вплив дозування 
 
 
 53 
хеламіна на роботу аналізаторів у складі системи хіміко- технологічного 
моніторингу. На лабораторній установці було досліджено вплив трьох різних 
плівкоутворюючих амінів на роботу автоматичних аналізатори. Дослідження 
проводилися для датчиків рН-метра і кондуктометра. Вплив ПОА на вимірювання 
питомої електропровідності (УЕП) розрізнялися залежно від тестованих речовин. 
Для двох тестованих речовин спостерігався ефект покриття електродів рН-метра і 
датчика кондуктометра, в результаті чого знижувався значення УЕП і рН. З іншим 
плівкотвірних аміном такі ефекти не спостерігалися. Завдання даної роботи 
полягала у вивченні впливу на хеламіна динамічні властивості автоматичних 
аналізаторів хімічного контролю. В якості досліджуваних реагентів, що 
використовувалися дві марки комплексного аміновмісного реагенту хеламін 906Н 
та BRW 150H при різних концентраціях 1; 2,5 і 5 мг/дм3. Випробування 
проводилися протягом місяця для кожної марки реагенту, при однакових умовах. 
Експериментальне визначення концентрації реагенту в контурі установки 
виконувалося фотоколориметричним методом з індикатором Бенгальський 
рожевий і за хеламін-тесту. 
Вивчення впливу реагентів на датчики кондуктометра і електродну 
систему рН-метра проводилися з технічними характеристиками приладів, 
представленими в таблиці 3.4. 
Вимірювання питомої електричної провідності проводилися в контактних 
низькочастотних проточних датчиках, безперервні вимірювання показника 
активності іонів водню проводилися в проточних потенціометричних комірках з 
використанням двох-електродної системи. До проведення експерименту була 
здійснена калібрування електродів рН- метра і датчиків кондуктометра відповідно 
до методики калібрування керівництва по експлуатації. 
 
 
 
 
 
 
 
 54 
Таблиця 3.4 - Технічні характеристики, використовуваних приладів 
автоматичного хімічного контролю 
Технічні характеристики 
Тип аналізатора Основна абсолютна 
Діапазон вимірювання 
похибка 
кондуктометр 
0...20 мкСм/см ±(0,004+0,02ꞏ æ), мкСм/см 
(досліджуваний) 
кондуктометр ±(0,003+0,015ꞏ æ), 
0...20 мкСм/см 
(еталонний) мкСм/см 
рН-метр зі скляним 
електродом ЕС-10601/7 0...14, од. рН ± 0,05, од. рН 
(досліджуваний) 
рН-метр зі скляним 
електродом ЕС-10601/7 0...14, од. рН ± 0,05, од. рН 
(еталонний) 
 
Першим етапом дослідження було виявити залежність рН і питомої 
електропровідності від концентрації різних марок хеламіна. Результати 
дослідження представлені на рисунках 3.9 та 3.10. 
 
 
Рисунок 3.9 - Зміна величини рН при збільшенні концентрації 
реагенту: 1 – BRW 150H; 2 – 906Н 
 
 
 
 55 
З представлених залежностей (рис. 3.9) величини рН від концентрації 
дозуючого реагенту видно, що при дозуванні реагенту марок 906Н і BRW150H 
необхідне значення рН в діапазоні від 9,0 до 9,2 підтримується для 906 з 
концентрацією від 3,5 до 5 мг/дм 3, а для BRW 150 з концентрацією від 2,5 до 4 
мг/дм 3. 
 
Рисунок 3.10 - Зміна питомої електропровідності при збільшенні 
концентрації реагенту: 1 – BRW 150H; 2 – 906Н 
 
При дозуванні реагенту марок 906Н та BRW 150H з концентрацією в 
контурі 1 мг/дм 3 питома електрична провідність становила 0,8 і 0,9 мкСм/см 
відповідно (рис. 3.10). При подальшому збільшенні концентрації реагенту в 
контурі до 5 мг/дм3 значення питомої електричної провідності збільшилося до 3,8 
мкСм/см для 906 і до 4,5 мкСм/см для BRW-150. Наступний етап експерименту 
полягав у вивченні впливу концентрації реагенту марки 906Н на електродну 
систему рН-метрів і датчики кондуктометрів при тривалому дозуванні. Результати 
дослідження представлені на рисунках 3.11 і 3.12. 
 
 
 56 
 
Рисунок 3.11 – Зміна питомої електропровідності при збільшенні 
концентрації реагенту 906Н 
 
На датчик досліджуваного кондуктометра безперервно подавався розчин 
марки 906Н з певною концентрацією, а поверхню датчика еталонного 
кондуктометра періодично зазнавала очищення від реагенту. В результаті 
дозування хеламіна з концентрацією від 1 до 5 мг/дм 3 показання 
досліджуваного кондуктометра і еталонного мало різні, що свідчить про 
відсутність впливу концентрації реагенту на свідчення кондуктометра. 
 
Рисунок 3.12 – Зміна величини рН при збільшенні концентрації 
реагенту 906Н 
 
Таким же чином на електроди досліджуваного рН-метра безперервно 
 
 
 57 
подавався розчин з певною концентрацією, поверхні електродів еталонного рН-
метра періодично піддавалися очищення від реагенту. В результаті дозування 
хеламіна з концентрацією від 1 до 5 мг/дм 3 показання досліджуваного рН-метра і 
еталонного різні, що говорить про вплив даного реагенту на показання рН-метра. 
Такий же експеримент проводився при дозуванні реагенту BRW-150H. 
Результати дослідження представлені на рисунках 3.13 та 3.14. 
 
Рисунок 3.13 – Зміна питомої електропровідності при збільшенні 
концентрації реагенту BRW-150H 
 
В результаті дозування хеламіна BRW-150H з концентрацією від 1 до 5мг/ 
дм 3 показання досліджуваного кондуктометра і еталонного мало різні, що 
свідчить про відсутність впливу концентрації реагенту на датчики кондуктометра. 
 
Рисунок 3.14 – Зміна величини рН при збільшенні концентрації 
реагенту BRW-150H Період дозування 
 
 
 58 
 
В разі дозування хеламіна з концентрацією вище 2,5 мг/дм 3 відхилення 
показань рН-метрів перевищують межі допустимої похибки аналізатора, що 
говорить про вплив реагенту на показання рН-метра. В результаті тривалого 
дозування розчину з концентрацією хеламіна від 1 до 5 мг/дм 3 показання 
досліджуваного кондуктометра і еталонного кондуктометра (рис. 3.11, 3.13) 
знаходяться в межах допустимої похибки приладів (± 0,1 мкСм/см), що свідчить 
про відсутність впливу реагенту на свідчення кондуктометра. При дозуванні 
розчину хеламіна з концентрацією від 2 мг/дм3  відзначено перевищення 
допустимої межі похибки між показаннями досліджуваного і еталонного рН-
метрів в 2 рази (рис. 3.12, 3.14), що підтверджує вплив реагенту на електродну 
систему рН-метра. Таким чином, при використанні розчину хеламіна як 
коригуючого реагенту для ведення водно-хімічного режиму на теплових 
електростанціях необхідно періодично очищати поверхню електродної системи 
рН-метрів для отримання достовірних даних про якість проби. 
 
 
Висновок до розділу 3 
 
Експериментально одержано математичні рівняння моделі вузла дозування 
по рН та питомої електропровідності, які підтверджують результати розрахунків 
розділу 2. Дані рівняння лягли в основу розробки системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів (аміаку і хеламіна) з урахуванням зміни 
параметрів проби на експериментальній установці. Вивчено та підтверджено 
впливу реагентів на динамічні характеристики аналізаторів хімічного контролю. 
  
 
 
 59 
РОЗДІЛ 4 
РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО ДОЗУВАННЯ 
КОРЕКТУЮЧИХ РЕАГЕНТІВ В ЛАБОРАТОРНИХ УМОВАХ 
 
 
4.1 Вплив витрати реагенту на параметри системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів 
 
Експеримент полягає в отриманні перехідної характеристики установки 
дозування хімічних реагентів. Вхідним впливом є збільшення продуктивності 
насоса-дозатора, вихідна вплив – зміна величини pH. В якості хімічного реагенту 
використані розчини аміаку і хеламіна. 
В процесі досвіду значення рн оброблюваної води фіксувалося кожні 15 с, 
починаючи з моменту зміни продуктивності насоса-дозатора. 
Експеримент тривав поки значення pH (показання приладу) не змінюється 
протягом 60 с. За результатами досвіду побудовані графіки зміни значення рН від 
зміни продуктивності навантаження насоса-дозатора. 
Регулюючим впливом у системі автоматичного дозування коригуючого 
реагенту є зміна витрати реагенту, що здійснюється переміщенням регулюючого 
механізму насоса-дозатора, що змінює довжину ходу плунжера. Відхилення 
поточного значення рН від заданого значення відбувається відповідне 
переміщення плунжера насоса-дозатора, що призводить до зміни подачі розчину 
реагенту. Регульованою величиноює рН. 
Дослідження виконані при наступних умовах: 
– концентрація аміаку в робочому розчині 120 мг/дм 3; 
– концентрація хеламіна в робочому розчині близько 35 мг/дм 3; 
– витрата оброблюваної води 20 дм 3/ч; 
– максимальна продуктивність насоса-дозатора 3,2 дм 3/ч; 
– продуктивність насоса дозатора з 21% до 50%. 
–  
 
 
 60 
Вплив аміаку на параметри системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів 
На рисунках 4.1 та 4.2 показано ступеневу зміна продуктивності насоса-
дозатора аміаку і зміна величини рН в момент наноситься обурення. Початкове 
значення рН знято в початковий момент нанесення обурення (t = 0 с) 
 
Рисунок 4. 1 – Ступеневу обурення щодо зміни продуктивності насоса-
дозатора аміаку 
 
Рисунок 4.2 - Зміна pH при зміні продуктивності НД 
 
Перехідна характеристика отримана діленням вихідної впливу на вхідна 
(формула 4.1). Індекс «0» відповідає стану системи до початку експерименту, 
індекс «i» станом системи в поточний момент часу. 
                                                   (4.1) 
де g – продуктивність насоса-дозатора у відсотках. 
 
 
 61 
Отримана перехідна характеристика була апроксимована рівнянням 
аперіодичного ланки другого порядку з запізненням. Передавальна функція 
об'єкта має вигляд: 
                                                  (4.2) 
де k - коефіцієнт передачі вузла дозування (динамічне відхилення), τзап - 
час запізнювання показань, с Т 1, Т2 - постійні часу (швидкість зміни показань 
вузла дозування), с. 
Перехідна характеристика об'єкта за каналу «зміна продуктивності насоса-
дозатора – рН оброблюваної води» являє собою: 
                                     (4.3) 
Завдання апроксимації полягає в підборі коефіцієнтів k , того, щоб яка 
апроксимує крива описувала перехідну характеристику з T1 , T2 , зап  для 
найменшою похибкою. Задача вирішена в середовищі MathCad за допомогою 
функції «genfit» . В результаті коефіцієнти перехідної характеристики прийняті 
наступні значення: k = 0,0087; T 1 = 26,39 с; T2 = 26,39 с; τзап = 46,52 с. 
Графік отриманої перехідної характеристики та її апроксимуючої моделі 
представлені на рисунку 4.3. 
 
Рисунок 4.3 - Перехідна характеристика по каналу регулювання 
«продуктивність насоса-дозатора – рН обробленої води» та  яка апроксимує 
модель 
 
 
 62 
На підставі отриманої апроксимуючої моделі по каналу «продуктивність 
насоса-дозатора – рН обробленої води» побудований перехідний процес 
автоматичної системи дозування аміаку (рис. 4.4). 
 
Рисунок 4.4 - Перехідний процес  і перехідна характеристика по 
каналу регулювання «продуктивність насоса-дозат  ора – рН обробленої 
води» 
 
В результаті виконаного експерименту, визначені динамічні 
характеристики технологічного об'єкта системи дозування аміаку. 
Отримана перехідна характеристика за каналу регулювання 
«продуктивність насоса-дозатора – рН обробленої води». Була виконана 
апроксимація перехідної характеристики рівнянням аперіодичного ланки другого 
порядку з запізненням, що дозволить розробити систему автоматичного 
дозування з використанням в якості керованої величини показник якості 
аналізованої середовища - рН. Побудований перехідний процес системи 
автоматичного дозування аміаку. 
 
Вплив витрати хеламіна на параметри системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів 
На рисунках 4.5 і 4.6 показано ступеневу зміна продуктивності насоса-
дозатора хеламіна і зміна величини рН в момент наноситься обурення. Початкове 
значення рН знято в початковий момент нанесення обурення (t = 0 с) 
 
 
 63 
 
Рисунок 4.5 – Ступеневу обурення щодо зміни продуктивності  
насоса-дозатора хеламіна 
 
 
Рисунок 4.6 - Зміна pH при зміні продуктивності НД 
 
Перехідна характеристика отримана діленням вихідної впливу на вхідна 
(формула 4.1). Отримана перехідна характеристика була апроксимована 
рівнянням аперіодичного ланки другого порядку з запізненням, описана 
передатною функцією (4.2). 
Перехідна характеристика об'єкта за каналу «зміна продуктивності насоса-
дозатора – рН оброблюваної води» являє собою рівняння (4.3). В результаті 
коефіцієнти перехідної характеристики прийняті наступні значення: k = 0,012; 
T1= 22,38 с; T 2 = 22,38 с; τ зап = 60,72 с. 
Графік отриманої перехідної характеристики та її апроксимуючої моделі 
представлені на рисунку 4.7. 
 
 
 64 
 
Рисунок 4.7 - Перехідна характеристика по каналу регулювання 
«продуктивність насоса-дозатора – рН обробленої води» та її яка апроксимує 
модель. 
 
На підставі отриманої апроксимуючої моделі по каналу «продуктивність 
насоса-дозатора – рН обробленої води» побудований перехідний процес 
автоматичної системи дозування хеламіна (рис. 4.8). 
 
Рисунок 4.8 - Перехідний процес і перехідна характеристика по каналу 
регулювання «продуктивність насоса-дозатора – рН обробленої води» 
 
В результаті виконаного експерименту, визначені динамічні 
характеристики технологічного об'єкта системи дозування хеламіна. Отримана 
перехідна характеристика технологічного об'єкта. Була виконана апроксимація 
перехідної характеристики рівнянням аперіодичного ланки другого порядку з 
запізненням, що дозволило розробити систему автоматичного дозування 
коригуючого реагенту з використанням в якості керованої величини показник 
 
 
 65 
якості аналізованої середовища - рН. Побудований перехідний процес системи 
автоматичного дозування хеламіна. 
Порівняльний аналіз перехідних процесів систем дозування аміаку і 
хеламіна за рН (рис. 4.4 та 4.8) показав, що час перехідного процесу системи 
дозування аміаку, що становить 472 с, менше часу перехідного процесу системи 
дозування хеламіна в 1,1 разів, що становить 521 з, при динамічної помилку для 
двох систем дорівнює 0,20 рН. 
Таблиця 4.1 – Порівняльний аналіз перехідних процесів систем 
автоматичного дозування аміаку і хеламіна за рН 
 
Система Час 
Час  Динамічна 
 Автоматичного перехідно
запізнювання, с помилка, од. рН 
 дозування го 
  
 процесу, з 
аміаку 46,52 0,20 472 
хеламіна 60,72 0,20 521 
 
Запізнювання перехідного процесу системи дозування аміаку в 1,3 рази 
менше системи дозування хеламіна, така система є більш інертною, що важливо 
при веденні полиаминного водно-хімічного режиму. 
 
 
4.2 Вплив температури, витрати і іонного складу аналізованої проби 
середовища на динаміку системи автоматичного дозування коректуючих 
реагентів 
 
Основним завданням даного дослідження було вивчення впливу зовнішніх 
збурень на динаміку системи дозування реагентів з допомогою отримання 
перехідних характеристик рН-метра в системі автоматичного дозування 
коригуючого реагенту в результаті нанесення обурення за зміни температури, 
 
 
 66 
витрати і іонного складу проби аналізованої середовища. 
Вплив температури проби на динаміку системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів 
Експеримент по вивченню впливу температури проби на динаміку систем 
дозування аміаку і хеламіна полягав у отриманні перехідної характеристики 
системи дозування реагентів при нанесенні зовнішнього збурення по температурі 
18 °С до 40 °С. 
В процесі дослідів в якості корегуючого реагенту використовувався розчин 
аміаку з вихідної постійною концентрацією рівною 120 мг/дм 3 та розчин хеламіна 
BRW-150H з вихідної постійною концентрацією рівною 35 мг/дм 3. До моменту 
нанесення збурень експерименти проводилися при наступних теплотехнічних і 
хімічних параметрах: витрата оброблюваної води склав 20 дм 3/год, максимальна 
продуктивність насоса-дозатора – 3,2 дм3/год, питома електрична провідність 
дорівнює 0,06 мкСм/см, значення рН близько 7,5. 
Температура проби аналізованої середовища була збільшена до 40 ºС, потім 
при даній температурі проби отримана реакція рН (крива розгону). 
В результаті обробки кривої розгону отримані перехідні процеси по каналу 
"зміна температури проби – значення рН" систем автоматичного дозування аміаку і 
хеламіна (рис. 4.9): 
Динамічні характеристики математичної моделі по каналу «зміна 
продуктивності насоса-дозатора – рН», описані виразами (4.2, 4.3), являють 
собою аперіодичне ланка другого порядку з запізнюванням і коефіцієнтами 
рівнянь представлені в таблиці 4.1. 
Проведений розрахунок показав, що збільшення температури проби 
оброблюваної води до 40 ºС впливає на параметри системи автоматичного 
дозування аміаку і хеламіна, так як динамічна помилка регулювання в 2 рази 
перевищує абсолютну похибку показань рН-метра і становить 0,11 од. рН, що 
призводить до перевитрати дозуючого реагенту і виникненню порушень у веденні 
водного режиму. Необхідно відзначити, що стале значення рН буде досягнуто 
через 8 хвилин, що можливо пов'язано з інтенсифікацією взаємодії аміаку з 
 
 
 67 
оброблюваної водою. 
 
 
а)                                                                     б) 
Рисунок 4.9 - Зміна рН при збільшенні температури проби по каналу 
збурення «зміна температури проби – значення рН»: а – система дозування 
аміаку; б – система дозування хеламіна 
 
Зниження ефекту впливу зовнішніх збурень на регульовану величину 
може бути досягнуто застосуванням системи з компенсацією збурень, в якій 
поєднуються принципи регулювання за відхиленням і за збуренням. Завданням 
розрахунку системи з компенсацією є забезпечення підвищення точності 
дозування за рахунок зменшення впливу зовнішнього збурення на регульований 
параметр – рН. При виконанні умови повної компенсації, відхилення рН, 
обумовлене дією зовнішнього збурення, буде відсутня. Така система є 
інваріантної по відношенню до компенсованому обуренню. 
Таким чином, було запропоновано введення компенсації даного обурення 
в схемі автоматичного дозування коректуючих реагентів (рис. 2.8) та усунення 
впливу температури проби на динаміку системи.  
Пропонована система автоматичного дозування коригувальних реагентів з 
компенсацією зовнішніх збурень представлена на рисунку 4.10. 
 
 
 68 
 
Рисунок 4.10 - Система автоматичного дозування реагентів з 
компенсацією зовнішніх збурень: рНз - задане значення рН; ε - сигнал 
розузгодження; μ - регулюючий вплив по витраті коригуючого реагенту; 
 λ – зовнішнє рівноваги вплив; рНт - поточне значення рН 
 
Параметри компенсації визначаються типом виникає зовнішнього 
обурення і описані відповідної передавальної функцією: 
 
                                                   (4.4) 
де кк – коефіцієнт передачі компенсатора; Тк – постійна часу компенсатора. 
Система автоматичного дозування коректуючих реагентів з компенсацією 
зовнішнього збурення (рис. 4.10) описується передатною функцією (4.5): 
 
                                        (4.5) 
де Wвд (s) – передавальна функція вузла дозування; Wк(s) – передавальна 
функція компенсації зовнішнього збурення; W р(s) – передатна функція 
регулятора витрати коригуючого реагенту (контролера). 
В результаті запровадження компенсації за зміни температури проби, 
отримані перехідні процеси систем автоматичного дозування аміаку і хеламіна: 
 
 
 69 
 
а)                                                                        б) 
Рисунок 4.11 – Зміна рН у часі з компенсацією обурення по 
температурі проби: а –система дозування аміаку; б – система дозування 
хеламіна. 
 
При компенсації збурення по температурі проби значення динамічної 
помилки системи по рН знижується в 10 разів, а час перехідного процесу 
зменшується в 3 рази для системи дозування аміаку і в 1,5 рази для хеламіна, що 
веде до скорочення часу процесу дозування реагентів і підтримки заданого 
значення рН для ведення водно-хімічного режиму. 
Коефіцієнти рівняння математичних моделей (4.1, 4.2), отримані 
експериментально і розрахунково для налаштування параметрів системи 
автоматичного дозування, представлені в таблиці 4.2. 
Вплив витрати проби на динаміку системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів 
Експеримент полягає в отриманні перехідного процесу системи 
автоматичного дозування аміаку і хеламіна при зниженні витрати проби, яка 
подається на аналізатори хімічного контролю. Обурюючим впливом є зниження 
витрат проби з 20 до 5 дм 3/ч при постійній температурі 25 ºС. 
Була отримана математична модель по каналу «зміна витрати проби – 
значення рН» при постійній температурі проби 25 °С систем автоматичного 
дозування аміаку і хеламіна і представлені на рисунку 4.12. 
 
 
 70 
Таблиця 4.2 – Порівняльний аналіз перехідних процесів систем 
автоматичного дозування аміаку і хеламіна 
Динамічне 
Час перехідного  
Обурення Час запізнювання, с відхилення ∆рН, 
 процесу, с 
од. рН 
Аміак 
без компенсації 
обурення по 51 0,11 445 
температурі 
з компенсацією 
обурення по 40 0,01 137 
температурі 
Хеламін 
без компенсації 
обурення по 6 0,11 508 
температурі 
з компенсацією 
обурення по 41 0,01 274 
температурі 
В результаті аналізу отриманих процесів систем автоматичного дозування 
аміаку і хеламіна встановлено, що нанесене обурення по витраті проби 
аналізованої середовища впливає на динаміку перехідних процесів, так як 
динамічної помилки регулювання більше абсолютної похибки показань рН-метра 
і для системи дозування аміаку становить 0,21 од. рН, для хеламіна 0,09 од. рН, а 
час перехідних процесів при завдані обуренні становить 8 хв. Тому з точки зору 
виключення впливу порушень на роботу систем автоматичного дозування 
реагентів необхідно враховувати даний тип обурення математичної моделі вузла 
дозування аміаку і хеламіна шляхом використання блоків компенсації, що 
дозволить скоротити час перехідного процесу. 
 
 
 71 
 
  
а)                                                                        б) 
Рисунок 4.12 - Зміна рН при зниженні витрати проби по каналу 
збурення «зміна витрати проби – значення рН»: а – система дозування 
аміаку; б – система дозування хеламіна. 
 
Математична модель зміни рН в системі дозування реагентів описується 
диференціальними рівняннями (4.1, 4.2), де змінна рН залежить від зміни витрати 
проби, з урахуванням коефіцієнтів, отриманих експериментальних графіків і 
представлених в таблиці 4.3. 
Знання настроюваних коефіцієнтів моделі об'єкта дозволяє знайти 
оптимальні параметри компенсатора за даним типом обурення (рис. 4.10) і 
усунути вплив обурення по витраті проби на динаміку системи автоматичного 
дозування реагентів. На рисунку 4.13 представлені перехідні процеси з 
компенсацією обурення по витраті проби. 
Облік даного збурення в системі дозволить скоротити динамічну помилку 
системи дозування, скоротивши час регулювання подачі розчину реагенту в 2 
рази і кількість дозуючого реагенту на 40%. 
 
 
 
 
 
 
 72 
Таблиця 4.3 – Порівняльний аналіз перехідних процесів систем 
автоматичного дозування аміаку і хеламіна 
Динамічне 
Час перехідного  
Обурення Час запізнювання, с відхилення ∆рН, 
 процесу, с 
од. рН 
Аміак 
без компенсації 
42  0,21  489
обурення по  витраті  
з компенсацією 
37  0,01  194
обурення по витраті  
Хеламін 
без компенсації 
55 0,09 482
обурення по  витраті    
з компенсацією 
50  0,01  242
обурення по  витраті  
а)                                                                         б) 
Рисунок 4.13 – Зміна рН у часі з компенсацією обурення по витраті проби: 
а – истема дозування аміаку; б – система дозування хеламіна 
Вплив іонного складу проби на динаміку системи автоматичного 
дозування коректуючих реагентів 
 
 
 
 73 
Важливість третього дослідження визначається частотою виникнення 
погіршення якості води і пари особливо у перехідних і пускових режимах роботи 
енергетичного обладнання на теплових електростанціях, також дослідженням 
впливу даного обурення на роботу системи автоматичного дозування 
коригуючого реагенту. Експеримент полягає в отриманні перехідного процесу 
системи автоматичного дозування аміаку і хеламіна при зміні іонного складу 
оброблюваної води в контурі установки. 
Обурюючим впливом є збільшення концентрації гідрокарбон- іонів у 
оброблюваної води від 0 до 7,5 мг/дм 3 при постійній температурі 25 ºС. На 
практиці при збільшенні підсмоктування охолоджувальної води або погіршення 
якості додаткової води основними домішками води є гідрокарбонати або суміш 
гідрокарбонатів з хлоридами з переважанням перших. 
Була отримана математична модель по каналу «зміна іонного складу проби – 
значення рН» при постійній температурі проби 25 °С і представлені на рисунку 4.14. 
 
а)                                                                         б) 
Рисунок 4.14 - Зміна рН при зміні іонного складу проби по каналу 
обурення «зміна іонного складу проби – значення рН»: а – система 
дозування аміаку; б – система дозування хеламіна 
 
На підставі результатів розрахунку систем автоматичного дозування 
аміаку і хеламіна зазначено, що найбільший вплив на систему автоматичного 
дозування реагентів надає погіршення якості проби аналізованої середовища, так 
 
 
 74 
як значення динамічної помилки системи більше щодо інших завданих збурень. З 
отриманих перехідних процесів системи дозування хеламіна та аміаку випливає, 
що система дозування хеламіна є інерційною, ніж система дозування аміаку, і 
відповідний час запізнювання становить 3 хв, що призводить до відхилення 
показників якості аналізованої середовища від регульованої величини на 25%. 
Тому з точки зору виключення впливу порушень на роботу систем автоматичного 
дозування реагентів необхідно враховувати даний тип обурення математичної 
моделі вузла дозування шляхом використання блоків компенсації, що дозволить 
скоротити час перехідного процесу і оптимізувати кількість реагенту при 
управлінні водним режимом на ТЕС. 
Математична модель зміни рН в системі дозування реагентів описується 
диференціальними рівняннями (4.1, 4.2), де змінна рН залежить 
від зміни якості проби, з урахуванням коефіцієнтів, отриманих 
експериментальних графіків і представлених в таблиці 4.4. 
Таблиця 4.4 – Порівняльний аналіз перехідних процесів систем 
автоматичного дозування аміаку і хеламіна 
Динамічне 
Час перехідного  
Обурення Час запізнювання, с відхилення ∆рН, 
 процесу, с 
од. рН 
Аміак 
без компенсації 56 0,30 0,30 
обурення  по іонному 
складу проби 
з компенсацією 39 0,01 0,01 
обурення  по іонному 
складу проби 
Хеламін 
без компенсації 91 0,40 0,40 
обурення  по іонному 
складу проби 
з компенсацією 62 0,10 0,10 
обурення  по іонному 
складу проби 
 
 
 75 
Виконаний аналіз дозволяє оцінити характер зміни у часі регульованих 
величин і дає відомості про вплив різних алгоритмів регулювання та моделей 
об'єктів на цю зміну. 
Знання настроюваних коефіцієнтів моделі об'єкта дозволяє знайти 
оптимальні параметри компенсатора за даним типом обурення (рис. 4.10) і 
усунути вплив обурення по іонному складу проби на динаміку системи 
автоматичного дозування реагентів. На рисунку 4.15 представлені перехідні 
процеси з компенсацією обурення. 
 
а)                                                                       б) 
Рисунок 4.15 – Зміна рН у часі з компенсацією обурення по іонному 
складу проби: а – система дозування аміаку; б – система дозування хеламіна 
 
Компенсація обурення по іонному складу аналізованої середовища 
дозволить скоротити час перехідного процесу: для системи дозування аміаку в 2,5 
рази, хеламіна – в 1,5 рази і зменшити кількість дозуючого реагенту на 35 %. 
Вплив витрати оброблюваної води на динаміку системи 
автоматичного дозування коректуючих реагентів 
Регулюючим впливом у системі автоматичного дозування реагентів є зміна 
продуктивності витрати реагенту, що здійснюється зміною частотою обертання 
привода насоса. При відхиленні від заданого значення рН відбувається відповідна 
зміна частоти обертання приводу, що призводить до зміни подачі розчину 
реагенту. Регульованою величиною є рН. Рівноваги вплив на об'єкт регулювання 
надходить по витраті оброблюваної води. Витрата оброблюваної води є 
 
 
 76 
вимірюваною величиною, тобто його можна розглядати як контрольоване 
обурення. Отже, доцільно передбачити використання принципу регулювання з 
компенсацією обурення. 
Продуктивність насоса-дозатора реагенту була постійною, витрата 
оброблюваної води змінювався в діапазоні від 20 до 40 дм 3
/ч. Зняття перехідних 
характеристик по каналу «витрата оброблюваної води - рН» відбувалося в ручному 
режимі роботи установки при температурі проби оброблюваної води 25°С. 
В результаті обробки перехідних характеристик по каналу «витрата 
оброблюваної води - рН» отримано параметри математичної моделі у вигляді 
аперіодичного ланки другого порядку з запізненням. Перехідні процеси, 
представлені на рисунку 4.16, отримані розрахунковим шляхом по математичним 
моделям. 
 
а)                                                                        б) 
Рисунок 4.16 - Зміна рН при зміні потоку оброблюваної води по каналу 
обурення «зміна витрати – значення рН»: а – система дозування аміаку; 
б –система дозування хеламіна 
 
В результаті проведеного дослідження було встановлено, що в 
перехідному режимі роботи енергетичного обладнання основним збуренням в 
такій системі є витрата оброблюваної води. Отже, оперативному персоналу 
хімічного цеху, в першу чергу, необхідно враховувати зміна витрати 
оброблюваної води, яка може призвести до глибокого обурення водно-хімічного 
 
 
 77 
режиму та відхилення рН від нормативних значень. При використанні 
компенсації збурення по витраті оброблюваної води (рис. 4.17) можна зробити 
висновок, що використання блоку компенсації в системі автоматичного дозування 
аміаку і хеламіна дозволяє зменшити динамічну помилку регулювання 
перехідного процесу. 
 
а)                                                                         б) 
Рисунок 4.17 – Усунення впливу витрати оброблюваної води на 
динаміку системи автоматичного дозування реагентів: а – система дозування 
аміаку; б – система дозування хеламіна 
 
Аналіз перехідних процесів при зміні потоку оброблюваної води (рис. 
4.17) показав, що використання блоку компенсації дозволить зменшити 
динамічну помилку регулювання перехідного процесу в 3 рази при дозуванні 
аміаку і в 2 рази при дозуванні хеламіна. 
 
4.3 Розробка системи автоматичного дозування коригувальних 
реагентів з усуненням впливу зовнішніх збурень 
 
Для усунення порушень водно-хімічного режиму запропонована система 
дозування коректуючих реагентів з компенсацією зовнішніх збурень, що 
виникають в номінальному режимі роботи енергетичного обладнання. 
В системі автоматичного дозування реагентів з компенсацією за 
температурі, витраті і іонним складом проби аналізованої середовища в 
 
 
 78 
номінальному режимі роботи енергетичного обладнання необхідно передбачити 
три компенсаційних блоку на кожен вид обурення. 
В пускових і змінних режимах роботи енергетичного обладнання, 
основним обурюючим впливом є витрата оброблюваної води, за яким 
здійснюється дозування коректуючих реагентів, тоді в системі автоматичного 
дозування коректуючих реагентів необхідно використовувати компенсацію не 
тільки збурень температури, витрати і іонному складу проби, але і по витраті 
оброблюваної води (рис. 4.18). 
 
Рисунок 4.18 – Система автоматичного дозування коректуючих 
реагентів з компенсацією зовнішніх збурень: рНз - задане значення рН;  
ε - сигнал розузгодження; μ - регулюючий вплив по витраті 
коригуючого реагенту; З – рівноваги вплив по іонному складу проби;  
Т - рівноваги вплив по температурі проби; F – рівноваги вплив по 
витраті проби; F  обр. води – зовнішнє рівноваги вплив по витраті 
оброблюваної води; λ 1-4 – сигнал з компенсацією зовнішнього збурення;  
рНт - поточне значення рН 
 
Математичний опис системи з компенсацією характеризується сумою 
компенсацій всіх збурень: 
 
 
 79 
 
 
                                              (4.6) 
 
 
 
Системи дозування коректуючих реагентів з компенсацією порушень 
якості визначається проби і витрати оброблюваної води дозволяють усувати 
зовнішні обурення в різних режимах роботи енергетичного обладнання, 
включаючи змінні, що важливо в періоди зміни навантаження енергоблоку.  
Отримані перехідні процеси систем автоматичного дозування аміаку і 
хеламіна з компенсацією зміни температури, витрати, іонного складу проби і 
витрати оброблюваної води представлений на рис. 4.19. 
 
а)                                                                       б) 
Рисунок 4.19 – Зміна рН у часі з компенсацією в системі 
автоматичного дозування коректуючих реагентів: а – аміак; б – хеламін 
 
Порівняльний аналіз перехідних процесів систем автоматичного дозування 
аміаку і хеламіна з компенсацією зовнішніх збурень представлено в таблиці 4.5. 
 
 
 
 
 
 
 80 
Таблиця 4.5 - Порівняльний аналіз динамічних властивостей перехідних 
процесів у системі автоматичного дозування аміаку і хеламіна з компенсацією 
зовнішніх збурень 
Динамічне 
Система дозування Час запізнювання, Час перехідного 
відхилення ∆рН, 
з компенсацією з процесу, з 
од. рН 
   
 
23 
Аміаку 0,16 204 
 
24 
Хеламіна 0,23 215 
 
 
З точки зору виключення впливу зовнішніх збурень на систему 
автоматичного дозування коригуючих реагентів необхідно компенсувати дані 
обурення, що дозволить скоротити час перехідного 
процесу і оптимізувати кількість подаваного реагенту при управлінні 
водним режимом. 
Системи введення коректуючих реагентів в пароводяної тракт з 
компенсацією обурення по витраті оброблюваної води дозволяють знизити 
кількість дозованих реагентів, підвищити якість функціонування систем 
управління водним режимом і, як наслідок, підвищити надійність роботи 
енергетичного обладнання. 
 
Висновок до розділу 4 
 
Розроблена система дозування коректуючих реагентів (аміаку і хеламіна) з 
урахуванням змінних параметрів проби (витрати, температури, іонного складу 
проби і витрати оброблюваної води) в лабораторних умовах. Вперше застосовано 
використання компенсації в системі автоматичного дозування коректуючих 
реагентів для зниження впливу змінних параметрів проби на час реакції системи. 
 
 
 81 
РОЗДІЛ 5 
ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО 
ДОЗУВАННЯ КОРЕКТУЮЧИХ РЕАГЕНТІВ В ПРОМИСЛОВИХ УМОВАХ 
 
При використанні будь-якого водно-хімічного режиму на ТЕС ПГУ 
необхідно особливу увагу приділяти обладнанню, що працює з частими пусками і 
зупинили. При пусках велика увага повинна приділятися контролю за винесенням 
домішок в насичений і перегрітий пар. 
 
5.1 Результати обстеження аміачного водно-хімічного режиму котла- 
утилізатора парогазової установки 
 
У даному розділі наведені результати тепло-хімічних випробувань 
енергоблоку з парогазової установкою ТЕЦ-21 в стаціонарному режимі роботи з 
метою дослідження властивостей об'єктів, що підлягають автоматизації. Під 
об'єктом розуміється ділянка тракту, в який здійснюється дозування коректуючих 
реагентів. 
Коротка характеристика основного обладнання 
ТЕЦ-21 має енергоблоку ПГУ-450 потужністю 450 МВт, який введений в 
експлуатацію в 2010 р. До складу блоку входить: дві газові турбіни ГТЕ-160, два 
котла-утилізатора П-116, парова турбіна Т- 125/150-7,3. Котел двухбарабанный П-
116, вертикального профілю з примусовою циркуляцією в випарних контурах 
низького і високого тисків. Номінальна продуктивність контуру високого тиску – 
230 т/год; низького тиску – 55 т/ч. Параметри перегрітого пара котла-утилізатора 
контуру високого тиску: тиск у барабані високого тиску – 7,8 МПа; температура 
пари на виході – 510 °С; параметри перегрітого пара котла-утилізатора контуру 
високого тиску: тиск у барабані низького тиску – 0,6 МПа; температура пари на 
виході – 206 °С. 
Принципова схема енергоблока із зазначенням точок вводу реагенту і 
хімічного контролю представлена на рис. 5.1. 
 
 
 82 
 
Рисунок 5.1 - Схема хімічного контролю двоконтурної ПГУ 
енергоблока 450 МВт на ТЕЦ-21 
 
Пароводяного тракту котла-утилізатора складається з контурів високого і 
низького тисків і контуру газового нагрівача конденсату. Конденсат парової 
турбіни за допомогою конденсатних насосів подається контур ЦПК, де 
відбувається його нагрівання. Конденсат після кожного ЦПК подається деаератор, 
в якому встановлені струменеві вбудовані форсунки для забезпечення деаерації 
основного конденсату. З деаератора живильна вода трьома живильними насосами 
високого тиску подається у відповідний економайзер високого тиску, а трьома 
живильними насосами низького тиску у відповідний барабан низького тиску. 
Парогазова установка ТЕЦ-21 з двоконтурним котлом-утилізатором на 
момент обстеження експлуатувалася при водно- хімічного режиму з дозуванням 
розчину аміаку на напір конденсатного насоса. У цьому режимі забезпечувався 
 
 
 83 
захист пасивуванням внутрішніх поверхонь газового нагрівача конденсату. 
Вплив продуктивності насоса-дозатора на динаміку системи 
автоматичного дозування аміаку 
Дослідження проводилися наступним чином: перед відключенням насосів-
дозаторів для подачі аміаку перед газовим підігрівачем конденсату були 
проведені виміри основних показників якості води та пари по тракту енергоблоку. 
Подача аміаку в тракт не проводилася протягом приблизно трьох годин.  
Перед включенням насосів знову були заміряні основні показники якості 
теплоносія. Випробування з вивчення впливу режиму дозування на показники 
якості води і пари були виконані на поточної експлуатаційної навантаженні котла-
утилізатора, яка була стабільною протягом випробувань. 
Рівень в барабанах котла-утилізатора відповідав прийнятим при 
експлуатації котла робочого рівня і підтримувався в автоматичному режимі. 
Живильна вода і основний конденсат за своєю якістю відповідали встановленим 
нормам. Безперервна продувка котла становила близько 0,5÷1% від 
паропродуктивності. 
Залежність рН по тракту енергоблоку від продуктивності насоса- дозатора 
аміаку (25 – 45%) представлена на рис. 5.2. 
 
Рисунок 5.2 – Зміна рН по тракту енергоблоку ТЕЦ-21 від 
продуктивності насоса дозатора аміаку в живильну воду контуру низького 
тиску 
 
 
 84 
 
На момент проведення випробувань на ТЕЦ-21 експлуатувалася система 
дозування аміаку в живильну воду низького тиску в ручному режимі роботи, що 
представлено ступінчастим зміною продуктивності насоса-дозатора для зміни рН. 
Аналіз отриманих даних показав, що після відключення насосів- дозаторів 
аміаку показники якості теплоносія змінювалися наступним чином - рН 
живильної води контурів низького і високого тиску зменшився на 0,28 одиниці з 
9,41 до 9,13; рН перегрітої пари контурів низького і високого тисків змінювалися 
з 9,4 до 9,2. Також були відзначені зміни інших показників якість води і пари по 
тракту енергоблоку. Питома електрична провідність в живильній воді контурів 
низького і високого тиску знаходилася на рівні 3,34...3,54 мкСм/див. Концентрації 
заліза в поживному, котловій воді і парі знаходились на нижній межі виявлення і 
були нижче 5 мкг/дм 3. Концентрація кремнієвої кислоти у котловій воді контурів 
низького і високого тиску змінювалася в діапазоні 56...80 мкг/дм 3у перегрітому 
парі - 2...5 мкг/дм 3. Концентрація натрію у воді контурів низького і високого 
тиску знаходилась на нижній межі виявлення і становила 0,9...1,3 мкг/дм 3, а в 
котловій воді змінювалася в межах 4,1...2,5 мкг/дм 3. 
Незначна зміна показників якості теплоносія в котловій воді і парі свідчить 
про присутність коректуючих реагентів в пароводяному тракті у період 
проведення випробувань, що підтверджують результати визначення концентрації 
аміаку в основному конденсаті за ЦПК. При відключенні насоса-дозатора 
концентрація аміаку в основному конденсаті за ЦПК знизилася з 824 до 800 
мкг/дм 3у воді контуру високого тиску – з 690 до 600 мкг/дм 3. 
Результати виконаного експерименту, були визначені параметри системи 
дозування аміаку, що дозволило розробити модель системи автоматичного 
дозування з урахуванням використання в якості керованої величини показник 
якості аналізованої середовища - рН. 
 
 
 85 
 
Рисунок 5.3 - Перехідні процеси по каналу регулювання 
«продуктивність насоса-дозатора – рН живильної води» 
 
Отримані результати корелюють з проведеними лабораторними 
дослідженнями автоматичної системи дозування аміаку, що представлено 
характерною залежністю перехідного процесу системи. 
Вплив витрати живильної води на динаміку системи автоматичного 
дозування аміаку 
З метою розробки системи автоматичного дозування аміаку на енергоблоці 
ТЕЦ-21 з урахуванням впливу витрати живильної води в контурі низького тиску 
проведені теплотехнічні випробування по вивченню впливу зміни витрати 
живильної води на якість води та отримані перехідні процеси системи 
автоматичного дозування аміаку з компенсацією по витраті живильної води.  
 
 
 86 
 
Рисунок 5.4 - Зміна рН по тракту енергоблоку 450 МВт на ТЕЦ-21 від 
витрати живильної води низького тиску (0 – 35 т/год) 
 
Зміна рН при збільшенні витрати живильної води характеризується 
низьким значенням рН від 8,7 до 8,9 і тривалим часом запізнення до встановлення 
показань у воді і парі контурів низького і високого тиску, що характерно для 
системи дозування в ручному режимі роботи. 
Отримані результати показали збіжність перехідних процесів системи 
автоматичного дозування аміаку на енергоблоці ТЕЦ-21 і на експериментальному 
стенді в лабораторних умовах (рис. 4.17 а). На рисунку 5.5 представлені перехідний 
процес системи автоматичного дозування розчинів аміаку при зміні витрати 
живильної води в змінному режимі роботи парогазової установки ТЕЦ-21 і 
перехідний процес системи з компенсацією обурення по витраті оброблюваної 
води. 
 
 
 87 
 
Рисунок 5.5 – Перехідні процеси системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів з компенсацією по витраті живильної води для 
енергоблоку ТЕЦ-21 (аміак) 
 
Аналіз перехідних процесів (рис. 5.5) показав, що компенсація зміни 
витрати живильної води в контурі енергоблоку ПГУ дозволить скоротити час 
перехідного процесу в 2 рази при дозуванні аміаку, а також знизити відхилення 
показника рН до встановлених норм якості води і пари в контурі енергоблоку при 
веденні аміачного водно-хімічного режиму. 
 
 
5.2 Результати обстеження полиаминного водно-хімічного режиму 
котла-утилізатора парогазової установки 
 
На ТЕЦ були проведені тепло-хімічні випробування котла- утилізатора, що 
експлуатується при полиаминном водно-хімічного режиму. 
Завдання випробувань полягала у визначенні впливу теплотехнічних 
параметрів роботи парового котла на динаміку системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів і визначення умов експлуатації енергетичного обладнання, 
при яких в усьому обсязі експлуатаційних навантажень котла-утилізатора 
 
 
 88 
забезпечується вироблення насиченої і перегрітої пари за своєю якістю відповідає 
вимогам норм, встановлених заводом-виробником основного обладнання. 
Тимчасові норми якості теплоносія, встановлені парогазової встановлення  ТЕЦ, 
наведено в Додатку 2 (табл. П. 2.1). 
На підставі отриманих даних передбачалося визначити показники якості 
насиченого і перегрітого пара в робочому діапазоні навантажень котла- 
утилізатора, відповідності робочого діапазону зміни витрати живильної води при 
номінальної паропродуктивності. 
Коротка характеристика основного обладнання 
Принципова схема енергоблоку парогазової установки (рис. 5.6) виконана 
за принципом моноблока ГТУ+КУ+ПТУ і складається з наступного обладнання: 
газотурбінна установка номінальною потужністю 77,06 МВт; паровий котел-
утилізатор, горизонтальний, двухбарабанный з природною циркуляцією у 
випарних контурах високого і низького тисків, підвісний з вертикальним 
розташуванням труб, номінальна продуктивність контуру високого тиску 
становить 108,7 т/год, контур низького тиску – 20,8 т/год, параметри перегрітого 
пара КУ високого тиску: температура 545 прЗо, тиск 9,3 МПа; параметри 
перегрітого пара КУ низького тиску: температура 230С тиск - 0,6 МПа; одна 
теплофікаційна паротурбінна установка електричною потужністю в 
теплофікаційному режимі 28 МВт, в конденсаційному режимі 35 МВт, теплова 
потужність установки 71,2 МВт.  
На ТЕЦ для корекції водно-хімічного режиму використовується комплексний 
реагент хеламін марки BRW 150 з концентрацією робочого розчину 2%. 
Установка корекційної обробки води дозволяє вводити хеламін в наступні 
точки конденсатних-живильного тракту: на напір КЕН II ступеня та на ПЕН. В 
даний час в штатному режимі роботи, при пускових операціях і консервації 
перед остановом дозування хеламіна проводиться на напір КЕН II ступеня. 
Подача робочого розчину хеламіна на всмоктування живильних насосів дозволяє 
підтримувати нормативні показники водно- хімічного режиму при стабільній 
роботі енергоблоку. 
 
 
 89 
 
 
Рисунок 5.6 - Схема хімічного контролю двоконтурної ПГУ 
енергоблока 110 МВт ТЕЦ Парова турбіна 
 
Концентрація робочого розчину хеламіна встановлюється з таким 
розрахунком, щоб насоси-дозатори хеламіна експлуатувалися в робочому 
діапазоні продуктивності (хід плунжера не нижче 30%, частота не нижче 25 Гц), 
забезпечуючи при цьому зміст хеламіна і рН в конденсатних-живильному тракті у 
відповідності з нормативними документами (2-5 мг/дм 3). Концентрація хеламіна 
в конденсатних-живильному тракті в сталому режимі роботи обладнання 
підтримується в діапазоні 2-5 мг/дм 3. 
Вплив продуктивності насоса-дозатора на динаміку системи 
автоматичного дозування хеламіна 
При проведенні випробувань живильна вода відповідала поточним 
експлуатаційного якості. Безперервна продувка котла становила 0,5÷1% від 
паропродуктивності КУ. Режим корекційної обробки теплоносія 
хеламіном здійснювався у відповідності з експлуатаційною інструкцією з 
водно-хімічного режиму з дозуванням BRW 150 з концентрацією робочого 
розчину 2 %. Зміст хеламіна живильної і котлової воді перебувало в межах 2 
 
 
 90 
мг/дм 3. 
На  ТЕЦ здійснюється автоматичне дозування хеламіна в живильну воду 
низького тиску по рН без обліку витрати живильної води, що представлено 
зміною рН в пароводяному тракті в залежності від продуктивності насоса 
дозатора на рис. 5.7. 
 
Рисунок 5.7 - Зміна рН по тракту енергоблоку 110 МВт  ТЕЦ від 
продуктивності насоса дозатора хеламіна в живильну воду контуру низького 
тиску 
 
Аналіз результатів зміни рН по тракту енергоблоку  ТЕЦ показує 
характерну залежність рН у воді контуру низького тиску від продуктивності 
насоса-дозатора, при здійсненні введення реагенту в живильну воду контуру 
низького тиску. Отримані дані зміни рН в пароводяному тракті експлуатованої 
системи дозування в автоматичному режимі відображають своєчасне зміна 
значення рН для підтримання його на заданому рівні. Аналіз отриманих даних 
показав, що при зниженні продуктивності НД і як наслідок зменшення 
концентрації реагенту в контурі установки, концентрація заліза у воді контуру 
низького тиску збільшилася, але не перевищувала нормованих значень, а 
концентрація натрію і міді знизилися в 2 рази. Питома електрична провідність 
зменшилася до 0,5 мкСм/см була на рівні нормованих значень. Значення 
нормованих показників якості перегрітої пари низького тиску практично не 
змінилися при зміні концентрації реагенту у воді. 
 
 
 91 
В результаті отриманих залежностей були визначені параметри системи 
дозування хеламіна, що дозволило отримати перехідний процес системи 
автоматичного дозування з використанням в якості керованої величини - рН. 
 
Рисунок 5.8 - Перехідні процеси по каналу регулювання 
«продуктивність насоса-дозатора – рН живильної води» 
 
Перехідний процес системи автоматичного дозування хеламіна на  ТЕЦ 
має аналогічний характер залежності з лабораторною системою автоматичного 
дозування хеламіна. 
Вплив витрати живильної води на динаміку системи автоматичного 
дозування хеламіна 
З метою розробки системи автоматичного дозування хеламіна на 
енергоблоці  ТЕЦ з урахуванням впливу витрати живильної води в контурі 
низького тиску проведені теплотехнічні випробування з вивчення впливу зміни 
витрати живильної води на якість води та отримані перехідні процеси системи 
автоматичного дозування хеламіна з компенсацією по витраті живильної води. 
 
 
 92 
 
 
Рисунок 5.9 - Зміна рН по тракту енергоблоку 110 МВт  ТЕЦ від 
витрати живильної води низького тиску (90 – 130 т/год) 
 
При аналізі результатів зміна рН живильної води при збільшенні витрати 
живильної води контуру низького тиску зазначено час запізнювання показань в 4 
години, а також перевищення нормованого значення рН в парі. Залежно 
узгоджуються з даними за значенням рН від продуктивності насоса-дозатора 
хеламіна, отриманими на експериментальній установці (рис. 4.17 б), що дозволило 
застосувати розроблену модель системи автоматичного дозування коректуючих 
реагентів з компенсацією по витраті живильної води в пароводяному тракті для 
цього енергоблока. 
На рисунку 5.10 представлені перехідний процес системи автоматичного 
дозування розчинів хеламіна при зміні витрати живильної води в змінному 
режимі роботи парогазової установки  ТЕЦ і перехідний процес системи з 
компенсацією обурення по витраті оброблюваної води.  
Аналіз перехідних процесів (рис. 5.10) показав, що компенсація зміни 
витрати живильної води в контурі енергоблоку ПГУ дозволить скоротити час 
перехідного процесу в 2 рази при дозуванні хеламіна, а також знизити відхилення 
показника рН до встановлених норм якості води і пари в контурі енергоблоку при 
веденні аміачного водно-хімічного режиму. 
 
 
 
 93 
 
 
Рисунок 5.10 – Перехідні процеси системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів з компенсацією по витраті живильної води для 
енергоблока  ТЕЦ (хеламін) 
 
 
Висновок до розділу 5 
 
Отримані дані в промислових умовах підтверджують можливість 
застосування  системи автоматичного дозування коректуючих реагентів з 
застосуванням компенсації на парогазових установках ТЕС для підтримання 
якості води і пари в межах встановлених норм і підвищення надійності роботи 
енергетичного обладнання в цілому. 
Запропонована система автоматичного дозування коректуючих реагентів 
для ведення водно-хімічним режимом конденсатних-живильного тракту може 
бути рекомендована для впровадження на ТЕС в експлуатованих системах хіміко-
технологічного моніторингу з використанням сигналів приладів автоматичного 
хімічного контролю. 
  
 
 
 94 
ВИСНОВКИ 
 
1. Розроблена модель вузла дозування коректуючих реагентів з 
урахуванням впливу витрати проби в діапазоні від 20 до 5 дм 3/ч, температури 
проби від 18 до 40 °С і концентрації гідрокарбонатів у пробі від 0 до 7,5 мг/дм 3 
при використанні її в системі автоматичного дозування дозволяє підтримувати 
значень рН і питомої електропровідності проби води та пари без відхилення від 
установлених нормативних значень. 
2. Використання компенсації зовнішніх збурень (витрати, температури, 
концентрації гідрокарбонатів проби і витрати живильної води) в системі 
автоматичного дозування коректуючих реагентів знижує відхилення рН від 
заданого значення, скорочує час встановлення показів в 2 рази, що дозволяє 
підтримувати показники водно-хімічного режиму в межах нормованих значень. 
3. Апробація вдосконаленої системи автоматичного дозування 
коректуючих реагентів (аміаку, хеламіна) з компенсацією витрат живильної води 
стосовно водно-хімічних режимів на ТЕС з парогазовими установками забезпечує 
точність дозування реагентів за рахунок скорочення відхилення рН від 
нормативного значення. 
4. Удосконалена система автоматичного дозування коректуючих 
реагентів є універсальною у всьому діапазоні робочих навантажень, включаючи 
пускові режими роботи енергоблоку ТЕС.