Розроблення системи автоматичного контролю накипоутворення в оборотних системах водного господарства промислових підприємств

Abstract

У роботі розроблено математичний опис процесів осадження солей жорсткості на поверхнях теплообміну з урахуванням фізико-хімічних закономірностей фазоутворення на межі розділу «рідина – тверде тіло». Запропоновано комплекс математичних моделей, що дозволяють здійснювати кількісну оцінку швидкості накипоутворення, прогнозувати зміну експлуатаційних характеристик теплообмінного обладнання та визначати оптимальні параметри функціонування системи в умовах нестаціонарних режимів роботи. Особливістю дослідження є врахування впливу технологічних способів регулювання температурного режиму циркуляційної води шляхом зміни її витрати через дроселювання потоку або регулювання частоти обертання насосних агрегатів. Це забезпечує адекватне відтворення реальних умов експлуатації промислових систем оборотного водопостачання та підвищує точність прогнозування процесів солевідкладення. Розроблені моделі мають універсальний характер і можуть бути адаптовані до різних схем оборотного водопостачання незалежно від галузі промисловості та конструктивних особливостей обладнання. Адекватність запропонованого математичного апарату передбачається підтвердити шляхом порівняння результатів моделювання з експериментальними даними, отриманими на діючих промислових об’єктах. Практичне значення роботи полягає у створенні науково обґрунтованих підходів до автоматизованого керування водно-хімічними режимами оборотних систем, що дозволяє зменшити інтенсивність накипоутворення, підвищити енергоефективність теплообмінного обладнання, скоротити витрати підживлювальної води та знизити негативний вплив виробництва на навколишнє середовище.

This study develops a mathematical description of hardness salt deposition processes on heat exchange surfaces, accounting for the physicochemical principles of phase formation at the liquid-solid interface. A suite of mathematical models is proposed to quantitatively assess the rate of scale formation, predict changes in the operational characteristics of heat exchange equipment, and determine optimal system operating parameters under transient conditions. A distinctive feature of the research is the consideration of operational methods for regulating the temperature of circulating water—specifically by adjusting flow rates via throttling or by controlling pump rotational speeds. This approach ensures an accurate representation of real-world operating conditions in industrial recirculating water systems and enhances the precision of salt deposition process predictions. The developed models are universal in nature and adaptable to various recirculating water system configurations, regardless of the specific industry or equipment design. The validity of the proposed mathematical framework is to be confirmed by comparing simulation results with experimental data obtained from operating industrial facilities. The practical significance of this work lies in the development of scientifically grounded approaches for the automated control of water-chemical regimes in recirculating systems. These approaches enable reduced scale formation, improved energy efficiency of heat exchange equipment, decreased make-up water consumption, and a reduction in the environmental impact of industrial operations.