Новые информационные технологии для водоподготовки

К.т.н. Очков В.Ф. (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov)

Московский энергетический институт (ТУ)

В Московском энергетическом институте (www.mpei.ru) совместно с ООО «Триеру» (www.trie.ru) разработан комплекс программ и специализированный сайт (www.vpu.ru/mas) для информационной и прочей поддержки специалистов, работающих в области водоподготовки для энергетики и коммунального хозяйства. Многие страницы сайта отформатированы так, что на них можно заходить не только с обычного, но и с карманного компьютера, с сотового телефона (SmartPhone). Доступ к сайту свободный, но отдельные компоненты требуют предварительной регистрации.

Сайт содержит следующие разделы.

1. Сетевая версия справочника химика-энергетика

Справочник входит в состав сетевой версии четырехтомника «Теплотехника и теплоэнергетика» – http://twt.mpei.ac.ru/TTHB.

На рис. 1 в качестве примера отображен сайт в Интернете, по которому можно узнать технологические параметры воды основных источников водоснабжения России и ближнего зарубежья. В обычных (бумажных) справочниках эти данные представлены в виде таблиц, которые часто приходится дополнительно обсчитывать – переводить числа из одной размерности концентрации в другую, например. В Интернете же достаточно «щелкнуть» мышью по интересующему источнику водоснабжения и тут же будут выданы не только колонки чисел, которые допустимо копировать в другие документы, но и проведена некая обработка чисел – определение типа и класса воды, ее солесодержание, построение круговой диаграммы и др. Кроме того, данные в «бумажных» справочниках часто устаревают. Сетевая версия справочника непрерывно дополняется и исправляется, в том числе и за счет обновленной информации, присылаемой посетителями сайта.

Рис. 1. Сайт с параметрами источников водоснабжения (http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Basa_Water.mcd)

Подобные справочные сайты созданы и открыты в Сети по материалам и реагентам, используемым при водоподготовке, хранении и приготовлении реактивов, обработке стоков и др.

2. Сетевые расчетные методики по процессам, аппаратам и технологиям водоподготовки

На описываемом сайте www.vpu.ru/mas собраны и открыты в Сети различные документы, связанные с расчетами и оптимизацией процесса водоподготовки. На рис. 2 в качестве примера показан сетевой расчет равновесных концентраций воды после добавления в нее гашеной извести (Са(ОН)2)и соды (Na2CO3) в целях ее умягчения и снижения щелочности. При выполнении расчета решается система нелинейных алгебраических уравнений. На сайте само решение не отображается, но показано, что оно сделано правильно: в воде, наблюдается равновесие по ионному состава (электронейтральность), выверяются термодинамические константы (ионное произведение воды, константы диссоциации угольной кислоты по двум ступеням и др.).

Рис. 2. Сетевой расчет равновесных концентраций ионов в воде после содоизвесткования (http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Calc_SI_Ravnov_Progr.mcd)

Подобные расчетные документы созданы и выложены в Сети и по другим процессам водоподготовки: известкование и коагуляция (расчет равновесных и реальных концентраций), Na-катионирование, обессоливание и т.д. Многие расчеты имеют и экономическую составляющую – выдают, например, себестоимость обработанной воды. Особо следует отметить сетевой расчетный документ, размещенный по адресу http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/New_VPU/Anketa.mcd , по которому ведется технико-экономическая оценка (предпроектирование) реконструкции или нового строительства водоподготовительной установки для тепловой электростанции.

Расчеты выложены в Сети с использованием технологии Mathcad Application Server, имеющей то неоспоримое преимущество, что она опирается на математический пакет Mathcad, хорошо известный многим разработчикам.

3. Набор трехмерных графических моделей водоподготовительного оборудования

Эти модели предоставляются пользователям как на дисках, так и открытыми в Интернете. На рис. 3 в качестве примера показана трехмерная модель осветлителя, открытая в Интернете. Посетитель данного сайта имеет возможность через кнопки управления менять ориентацию объекта в пространстве и делать другие действия с ним. На сайте также выложены анимационные клипы, иллюстрирующие процессы водоподготовки, протекающие в соответствующем водоподготовительном оборудовании.

Рис. 3. Трехмерная модель осветлителя в Интернете (см. http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/trenager/Turbines/3DModeles/WPE_CH8.htm)

4. Пакет программ по свойствам воды и водяного пара (WaterSteamPro)

Пакет программ WaterSteamPro (www.wsp.ru) предназначен для вычислений теплофизических свойств воды и водяного пара, воздуха и дымовых газов в широком диапазоне исходных данных.

В программе определено более 300 функций для вычислений свойств воды и водяного пара по формулам, предложенным Международной Ассоциацией по Свойствам Воды и Водяного Пара (www.iapws.org). Термодинамические свойства вычисляются по формулам IF-97 для технических расчетов, а остальные свойства – по соответствующим им формуляциям (наборам уравнений).

Пакет программ WaterSteamPro официально зарегистрирован в Российском Агентстве по Патентам и Товарным Знакам (свидетельства № 2000610803), в Госстандарте России (свидетельство № АК-35/4 от 16.04.2001 г.) и рекомендован Департаментом генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей РАО «ЕЭС России» для использования в энергетике (информационное письмо ИП-14-27-2001 от 03.08.2001 г.).

Программа WaterSteamPro может быть подключена практически ко всем программным средам (Microsoft Excel, Mathcad, Fortran, C++, Visual Basic, Delphi и т.д.), используемых для инженерно-технических расчетов.

Многие компоненты пакета WaterSteamPro выложены в Интернете и, как отмечено выше, доступны даже через PDA и SmartPhone. Так на рис. 4 показано, как через карманный компьютер ведется расчет параметров воды и водяного пара по заданным значениям давления и температуры. Выведены значения изобарной и изохорной теплоемкости и теплопроводности воды или водяного пара. Остальные параметры можно получить через прокрутку экрана карманного компьютера.

Рис. 4. Свойства воды и водяного пара на карманном компьютере, имеющем проводной или беспроводный (Bluetooth, Wi-Fi и т.д.) выход в Интернет

5. Набор типовых тренажеров для персонала установок водоподготовки и инструментов по их созданию

Опыт совершенствования приемов эксплуатации оборудования химцехов на основе переработанных инструкций и компьютерных тренажеров позволяет разработчикам сценариев и программистам кафедры Технологии воды и топлива (http://twt.mpei.ac.ru) Московского энергетического института (www.mpei.ru) продолжать работы по внедрению в практику эксплуатации комплексных компьютерных тренажеров. Для ускорения и усовершенствования конечного продукта – компьютерных тренажеров для персонала, обслуживающего водоподготовительные установки (ВПУ), предлагается заинтересованному персоналу химцехов детально ознакомиться с конструкцией тренажеров по «Энциклопедии физико-химических технологий в энергетике» или по материалам, выложенным на сайте www.vpu.ru, и представить в электронном виде для использования в окончательном варианте тренажеров, сценарии тренажеров, чертежи технологических схем или узлов, инструкции и режимных карт. На отмеченном сайте персонал химцехов может выбрать шаблоны инструкций. Данные мультимедийные инструкции и тренажеры позволяют эффективно готовить персонал химцехов к надежной, экономичной и безаварийной работе на технологических установках ВПУ, а также к быстрой и грамотной ликвидации аварийных ситуации. Кроме того, мультимедийные инструкции позволяют инженерно-техническому персоналу иметь всегда на компьютере хорошо документированный сборник инструкций и схем, в который при необходимости можно вносить изменения и дополнения, утверждая их у руководства электростанции. Кроме тренажеров по уже действующим установкам водоприготовления разрабатываются тренажеры и обучающие курсы по строящимся или проектируемым установкам.

На рис. 5 отображен один из экранов тренажера аппаратчика ВПУ ГРЭС-24 (г. Новомичуринск, Рязанской обл.), примечательный тем, что исходной водой для нее служит конденсат, получаемый из дымовых газов самой электростанции.

Рис. 5. Одна из экранных форм тренажера аппаратчика обессоливающей установки (http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/trenager/Koml_Tren/Table.html)

6. Набор типовых тренажеров по водно-химическому режиму энергетических установок

Деятельность персонала ТЭС, в том числе и их химических цехов, характеризуется рядом особенностей: большим потоком информации, ограниченным временем принятия решении при взаимодействии работников различных цехов, повышенной ответственность за результаты деятельности и т.д. Поддержание качественного водно-химического режима (ВХР) и ликвидация нарушений является одним из основных путей снижения  повреждаемости основного теплоэнергетического оборудования ТЭС и во многом зависит от уровня квалификации персонала химических цехов. В этой связи необходимо большое внимание уделять текущей подготовке персонала – поддержанию, восстановлению и коррекции навыков и умений, приобретенных в процессе обучения и работы, в том числе по четкому взаимодействию в своей деятельности с персоналом смежных цехов, используя современные технологии и технические средства.

Для реализации этих задач кафедрой Технологии воды и топлива МЭИ при консультации высококвалифицированных специалистов ряда энергетических предприятий были разработаны компьютерные программы-тренажеры. Компьютерные программы-тренажеры моделируют ведение водного режима электростанции и его контроль, типичные неполадки, связанные с ВХР, а также они акцентированы на комплексное действие персонала различных цехов в процессе оперативной ликвидации возникающих нарушений.

7. Комплекс «Книга по водной проблеме + сайт Интернета»

Издательство Московского энергетического института (www.mpei-publishers.ru) возродило практику выпуска качественной научно-технической литературы, включая и литературы по проблеме водопотребления и водоотведения на электрических станциях. При этом книги стали дополняться сайтами в Интернете. В качестве примера можно привести сайт книги «Водоподготовка в энергетике» (www.vpu.ru), вышедшей в 2003 году, охватывающей следующие веб-страницы (разделы):

·                    Примеры книги, решаемые в on-line режиме (см. п. 2 выше)

·                    Тестовые задания по теме книги

·                    Анимации по теме книги

·                    Mathcad-документы книги

·                    Excel-документы книги

·                    Сайт «Кто есть кто в водоподготовке России и стран СНГ»

·                    Сайт «Фирмы, поставляющие оборудование и материалы для водоподготовки»

·                    Литература по водоподготовке, начиная с 1924 года

·                    Сайт «Тренажеры персонала водоподготовительных установок»

·                    Сайт «Тренажеры по водно-химическим режимам энергоблоков»

Сайт, по своей сути стал «родным» для работников, связанных с водоподготовкой и водно-химическим режимом электростанций.

Подобные страницы создаются и для других книг водной тематике, издаваемых в МЭИ:

·        Химический анализ в энергетике

·        Водный режим энергоблоков

Литература:

1.                  Мартынова О.И., Никитин А.В., Очков В.Ф. Водоподготовка: Расчеты на персональном компьютере. М.: Энергоатомиздат, 1990

2.                  Копылов А.С., Лавыгин В.М., Очков В.Ф. Водоподготовка в энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2003

3.                  Очков В.Ф. Открытые расчеты процессов водоподготовки в интернете // Энергосбережение и водоподготовка, № 3, 2004

4.                  Александров А.А, Очков В.Ф., Орлов К.А. Уравнения и программы для расчета свойств газов и продуктов сгорания // Теплоэнергетика, № 3, 2005

5.                  Очков В.Ф. Mathcad 12 для студентов и инженеров. С-Пб.: БХВ-Петербург, 2005

6.                  Очков В.Ф., Пильщиков А.П., Чудова Ю.В. Открытые расчеты по ионитам // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. № 1

7.                  Очков В.Ф. Математические пакеты и сетевой интерактивный теплотехнический справочник: проблемы и решения // Теплоэнергетика. 2006. № 6