Контроль генераторов озона для водоподготовки

Контроль генераторов озона для водоподготовки: Методы и процедуры испытаний

Эффективность и безопасность применения озона в процессах водоподготовки напрямую зависят от надежности и производительности озоновых генераторов. Регулярный контроль их основных параметров критически важен для обеспечения стабильного качества обработанной воды, минимизации эксплуатационных расходов и соблюдения экологических норм безопасности. Данная статья описывает ключевые аспекты проведения испытаний озоновых генераторов.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний являются непосредственно озоновые генераторы или их ключевые узлы. Основное внимание уделяется следующим компонентам:

• Генераторная ячейка (или блок ячеек): Сердце устройства, где происходит синтез озона из кислорода воздуха или чистого кислорода под действием электрического разряда (чаще всего барьерного типа - DBD).
• Источник высокого напряжения: Преобразователь, обеспечивающий необходимый уровень напряжения и частоты для поддержания разряда в ячейке.
• Система подготовки газа: Оборудование для осушки и очистки исходного газа (воздуха или кислорода), подаваемого в генераторную ячейку. Включает осушители (адсорбционные, рефрижераторные), фильтры.
• Система охлаждения: Обеспечивает отвод тепла, выделяемого при генерации озона (воздушное или водяное охлаждение).
• Система контроля и управления: Электронные блоки, контролирующие параметры работы (напряжение, ток, температура, давление, расход газа) и обеспечивающие автоматическое функционирование или защитное отключение.
• Выходной газовый поток: Смесь озона с исходным газом (кислородом или воздухом) на выходе из генератора перед смешением с водой.

2. Область испытаний

Испытания охватывают контроль основных эксплуатационных характеристик и параметров безопасности генератора:

• Производительность по озону (Выход озона): Количество озона (в граммах или килограммах), производимое генератором в единицу времени (час). Главный показатель эффективности.
• Концентрация озона в газовой фазе: Содержание озона в газовой смеси на выходе генератора (обычно выражается в г/м³, мг/л или % по массе/объему). Определяет дозу озона, подаваемую в воду.
• Удельный выход озона (энергоэффективность): Количество озона, производимое на единицу потребленной электроэнергии (г/кВт·ч). Ключевой показатель экономичности работы.
• Стабильность работы: Способность генератора поддерживать заданные параметры (выход озона, концентрацию) во времени при постоянных входных условиях.
• Потребляемая электрическая мощность: Общая мощность, потребляемая генератором (или его узлами: источник ВН, система охлаждения, подготовка газа).
• Параметры источника высокого напряжения: Выходное напряжение (кВ), ток (мА), частота (Гц) на генераторной ячейке.
• Параметры газа: Расход исходного газа через ячейку (м³/ч, л/мин), его давление (бар, атм), точка росы (для осушенного газа).
• Температурные режимы: Температура охлаждающей воды (если применимо) на входе/выходе, температура поверхности ячейки, температура газа.
• Контроль безопасности: Обнаружение утечек озона в окружающую среду в зоне установки генератора.
• Сигналы управления и аварийные сигналы: Проверка корректности работы системы управления, датчиков и защитных отключений.

3. Методы испытаний

Испытания проводятся в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным или в соответствии со стандартными протоколами (например, основанными на EN, ISO, ASTM или ГОСТ):

1. Измерение концентрации озона в газовой фазе:

   • УФ-абсорбционный метод: Наиболее точный и распространенный. Основан на измерении поглощения озоном ультрафиолетового излучения на длине волны 254 нм с помощью стационарного или портативного газоанализатора. Является референтным методом.
   • Йодометрическое титрование: Классический химический метод (обычно по ГОСТ). Газ с озоном барботируют через раствор йодида калия, озон окисляет йодид до йода, который затем титруется тиосульфатом натрия. Трудоемкий, но не требует дорогого оборудования.
   • Электрохимические сенсоры: Используются преимущественно в портативных газоанализаторах. Менее точны, чем УФ-метод, требуют калибровки, но более компактны и удобны для оперативного контроля.

2. Измерение расхода газа: Применяются калиброванные расходомеры (ротаметры, массовые расходомеры, турбинные) на линии подачи исходного газа в генератор и/или на выходе озоно-воздушной (озоно-кислородной) смеси.

3. Расчет выхода озона: Производительность по озону (г/ч) рассчитывается по формуле:
   Выход O₃ = Концентрация O₃ (г/м³) * Расход газа (м³/ч)

4. Измерение потребляемой мощности: Используются ваттметры или анализаторы сети, подключенные к входу питания генератора или его основных узлов.

5. Расчет удельного выхода озона:
   Удельный выход O₃ (г/кВт·ч) = Выход O₃ (г/ч) / Потребляемая мощность (кВт)

6. Контроль параметров источника ВН: Осциллографы высоковольтные пробники, токовые клещи или встроенные системы мониторинга генератора (при наличии и калибровке).

7. Измерение температуры: Термометры (жидкостные, цифровые), термопары или инфракрасные пирометры.

8. Измерение точки росы газа: Портативные или стационарные измерители точки росы.

9. Измерение давления: Манометры (механические или цифровые).

10. Контроль утечек озона: Пороговые стационарные датчики озона, установленные в помещении, или портативные газоанализаторы для обследования соединений и узлов генератора.

11. Проверка системы управления: Имитация аварийных ситуаций (отключение охлаждения, превышение температуры, потеря расхода газа) и контроль срабатывания соответствующих защит и сигнализации.

4. Испытательное оборудование

Для проведения комплексных испытаний озоновых генераторов требуется набор специализированного оборудования:

1. Газоанализатор озона: Стационарный или портативный прибор на основе УФ-абсорбции (референтный метод). Должен быть регулярно калиброван.
2. Калиброванные расходомеры: Для точного измерения объемного или массового расхода газа на входе и выходе генератора. Типы: ротаметры с калибровочными кривыми, массовые расходомеры (термоанемометрические, кориолисовые), турбинные расходомеры.
3. Ваттметр / Анализатор сети: Для измерения активной потребляемой мощности всего генератора и/или его ключевых узлов.
4. Осциллограф с высоковольтным пробником: Для измерения формы, напряжения и частоты сигнала от источника ВН (требует осторожности и квалификации персонала).
5. Токовые клещи: Для измерения тока разряда на высоковольтной стороне (при наличии доступа к проводникам).
6. Термометры / Термопары / Пирометры: Для контроля температур охлаждающей воды, газа, поверхности ячеек.
7. Измеритель точки росы: Для контроля степени осушки исходного газа.
8. Манометры: Для контроля давления газа на входе в ячейку.
9. Давление-расходные стенды (опционально): Для создания различных нагрузочных режимов по расходу и давлению газа при испытаниях.
10. Портативные детекторы озона: Для поиска утечек и контроля ПДК озона в рабочей зоне.
11. Калибровочные источники озона (опционально): Для поверки и калибровки газоанализаторов озона.
12. Системы сбора и обработки данных (DAQ): Для автоматизации измерений, регистрации параметров во времени и анализа результатов испытаний.

Заключение
Систематический контроль параметров работы озоновых генераторов с использованием стандартизированных методов и калиброванного оборудования является неотъемлемой частью технологического процесса водоподготовки. Он позволяет обеспечить требуемое качество очистки воды, оптимизировать энергопотребление, продлить срок службы дорогостоящего оборудования и гарантировать безопасность персонала. Результаты испытаний служат основой для планирования технического обслуживания, ремонта и принятия решений о модернизации озоновых установок.