Как правильно подобрать насос-дозатор: расчёты, схемы, нормативы

Подбор промышленного насосного оборудования — одна из ключевых задач в проектировании и эксплуатации систем водоснабжения, водоотведения, охлаждения, перекачки агрессивных или вязких жидкостей. От правильного выбора насоса зависят не только производительность и надежность всей технологической линии, но и экономическая эффективность предприятия в целом. Ошибка на этапе подбора может привести к избыточному энергопотреблению, ускоренному износу оборудования и частым аварийным остановкам.

В этой статье мы рассмотрим, как грамотно подойти к подбору насосного оборудования для промышленных задач: какие параметры следует учитывать в первую очередь, какие конструктивные особенности могут повлиять на выбор, а также где и в каких отраслях применяются те или иные типы насосов.

Дозатор — это специализированное устройство, предназначенное для точной подачи и регулирования объёма жидких, сыпучих или газообразных веществ в технологических процессах. Он обеспечивает стабильное дозирование реагентов, растворов, топлива, компонентов смесей и других рабочих сред, где требуется высокая точность подачи и повторяемость доз. В отличие от стандартных насосов или подающих механизмов, дозаторы работают в строго заданных режимах с минимальными отклонениями, что критически важно в химической, пищевой, фармацевтической и водоочистной промышленности.

Параметр	Значение
Категория размещения	Помещение
Температура окружающей среды	15°C
Тип насоса / установка	Дозировочный, вертикальный
Перекачиваемая среда	Гипохлорит натрия NaClO, 11%, плотность 1.1 г/см³
Температура среды при перекачке	от +6°C до +8°C
Кристаллизация вещества	Да
Примеси	Отсутствуют
Производительность	от 0.0005 до 0.012 м³/ч
Напор	2 м
Давление на входе	0.1 кг/см²
Тип привода	Электропривод
Питание	220 В
Режим работы	Постоянный, ручная настройка
Материал проточной части	Фторопласт, стойкие бронзы, тефлон

Работа с дозирующими системами и проведение технологических процессов на объектах водоподготовки и дезинфекции строго регламентируются действующим законодательством и отраслевыми стандартами. В зависимости от типа объекта и характера применения, применяются следующие категории нормативных документов:

• Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН) — определяют допустимые уровни концентраций реагентов и требования к обеззараживанию воды
• Строительные нормы и правила (СНиП) — регламентируют проектирование, размещение и монтаж оборудования, а также ввод в эксплуатацию
• ГОСТы, ОСТы и прочая техническая документация — описывают технические характеристики компонентов, методы испытаний, правила безопасности и условия эксплуатации

Соблюдение этих требований обязательно при проектировании, монтаже и эксплуатации систем дозирования, особенно в критически важных секторах — водоснабжении, пищевой промышленности, общественных и медицинских учреждениях.

• Допускается содержание свободного остаточного хлора менее 0,3 мг/л при концентраци и общего остаточного хлора на уровне 0,8-1,2 мг/л
• Остаточный свободный хлор не менее 0,3 – не более 0,5 мг/л
• Остаточный свободный хлор не менее 0,5 мг/л

Перед применением любого химического реагента в системах дозирования необходимо иметь полный набор данных о его свойствах. В первую очередь следует проверить наличие технического паспорта и корректное наименование вещества, а также уточнить его химическую формулу. Это позволяет избежать ошибок при подборе оборудования и обеспечить безопасность эксплуатации.

Особое внимание уделяется физико-химическим характеристикам реагента. Среди них критически важны:

склонность к выделению газов

способность к кристаллизации или полимеризации

абразивные свойства и вероятность выпадения осадка

наличие летучих и горючих компонентов (ЛВЖ и ГЖ)

термическое поведение вещества

общая химическая агрессивность

Эти параметры влияют на выбор материалов насосов и трубопроводов, схему дозирования и тип дозирующей головки.

Не менее важны внешние условия — температура раствора и окружающей среды, концентрация вещества, его вязкость, плотность и летучесть. Присутствие примесей может существенно изменить поведение реагента при хранении и дозировании.

Для безопасной работы необходимо заранее предусмотреть условия хранения реагента, допустимый срок его использования, а также строго соблюдать требования по технике безопасности при его транспортировке и применении.

Технологический процесс

Показатель	Реакция	Соответсвие
Дозирование реагента	Дозирование реагента + Промывка реагентом	Один реагент / Другой реагент
Дозирование реагента	Температурный режим дозирования / Температурный режим промывки	Соответствие / Несоответствие
Дозирование реагента	Концентрированный / Разбавленный реагент	H2SO4, NaClO, NaOH
Дозирование реагента	Чистый реагент / Реагент с примесями (стабилизаторы)	NaClO марка «А» и «Б» содержание NaOH 10-20 г/л или 40-60 г/л
Дозирование реагента	Вязкость реагентов	Спец исполнение насоса
Дозирование реагента	Агрессивность, летучесть реагента	Мембрана, доз. головка и т.п.
Дозирование реагента	ЛВЖ и ГЖ	Только DMH, DMX-226
Дозирование реагента	Забивка линии нагнетания	Предохранительный клапан
Дозирование реагента	Разложение реагента	NaClO, Н2О2, СН3СОООН
Дозирование реагента	Выделение газа	Применение монитора дозирования и автоматического вент. клапана
Противодавление	Стабильное	-
Противодавление	Переменное	Применение клапанов поддержания давления
Противодавление	Отсутствие или вакуум	Применение клапанов поддержания давления
Объект дозирования	Замкнутая система (бассейн, контур)	Накопление примесей
Объект дозирования	Открытая система	Необходим расчёт
Длина линий	Демпфер пульсации	Необходим расчёт
Расстояния	Допустимые расстояния между оборудованием для его коммутирования
Управление	Ручное, импульсное, аналоговое, частотное регулирование, сервопривод

При выборе насосного оборудования и проектировании системы дозирования важно учитывать степень концентрации рабочего раствора. Концентрированные реагенты, такие как серная кислота (H₂SO₄), гипохлорит натрия (NaClO) или едкий натр (NaOH), обладают повышенной химической активностью и требуют использования материалов с высокой стойкостью к коррозии, а также специализированной арматуры и защитных устройств. В таких случаях применяются насосы с герметичными мембранными головками, химически стойкой арматурой и принудительной вентиляцией.

Разбавленные растворы менее агрессивны и позволяют использовать более широкий диапазон стандартного насосного оборудования. Однако и здесь требуется корректный расчёт, особенно при учёте вязкости, плотности и объёма дозируемой жидкости. Также важно учитывать возможную нестабильность разбавленных составов во времени — например, склонность к выпадению осадка или разложению активных компонентов.

Температура замерзания раствора NaOH

Концентрация NaOH – 0,2 / 2 / 4 / 10 / 42 / 50

Температура замерзания (°C) – 1,0 / -2,0 / -4,0 / -10,0 / +12,0 / +11,0

Температура замерзания раствора H2SO4

Концентрация H2SO4 (%)	Температура замерзания (°C)	Концентрация H2SO4 (%)	Температура замерзания (°C)	Концентрация H2SO4 (%)	Температура замерзания (°C)
70	-42,00	81	+1,50	88	+0,50
74	-40	82	+4,80	89	-4,20
75	-51,00	83	+7,00	90	-10,20
76	-28,10	84	+8,00	92	-25,60
78	-13,60	85	+7,90	96	-13,60
80	-3,00	87	+4,10	98	+0,10

Вязкость мПа·с растворов H2SO4

Концентрация H2SO4 (%)	Температура 0℃	Температура 25℃	Температура 50℃
55	8,00	4,27	2,75
60	10,23	5,37	3,36
65	13,98	6,85	4,14
70	19,95	9,02	5,13
75	31,50	12,30	6,41
80	твёрдая	17,40	8,09
85	твёрдая	19,72	9,18
90	47,59	18,20	9,09
95	44,93	17,68	9,10
99,6	твёрдая	24,20	10,80

Реагенты с примесями (стабилизаторами)

Согласно СНиП 2.04.02-84

6.146. Дозу активного хлора для обеззараживания воды следует устанавливать на основании данных технологических изысканий. При их отсутствии для предваритель-ных расчетов следует принимать для поверхностных вод после фильтро-вания 2-3 мг/л, для вод подземных источников 0,7-1 мг/л.

Использование гипохлорита натрия марки «А»
195 000 мг - 1000 мл
2 мг - Х мл Х = 0,01 мл раствора NaClO на 1 литр воды. В 0,01 мл раствора находится 12 · 0,01 / 1000 : 40 = 3 · 10-6 г-экв щёлочи, значит концентрация щёлочи в воде составит 3 · 10-6 г-экв/л. рН = 14 - рОН = 14 - (- lg 3·10-6) = 14 – 5,52 = 8,48

Использование гипохлорита натрия марки «Б»
170 000 мг - 1000 мл
2 мг - Хмл Х = 0,011 мл раствора NaClO на 1 литр воды. В 0,011 мл раствора находится 50 · 0.011 / 1000 : 40 = 1,37 · 10-5 г-экв щёлочи, значит концентрация щёлочи в воде составит 1,37 · 10-5 г-экв/л. рН = 14 - (- lg 1,37·10-5) = 14 – 4,86 = 9,14

Примечание: Согласно техническому паспорту, допустимо снижение концентрации активного хлора в растворе гипохлорита натрия не более чем на 30% в течение 10 суток после даты отгрузки. Это означает, что изначальное содержание активного хлора, например 195 г/л, через 10 дней снизится до: 195 × 0,7 = 136,5 г/л

Этапы расчёта

1. Определим потребление активного хлора – 145 000 л/ч × 6 мг/л = 870 000 мг/ч = 870 г/ч
2. Вычислим расход раствора гипохлорита (при начальной концентрации 195 г/л) – Q₁ = 870 / 195 = 4,46 л/ч
3. При таком расходе подойдёт насос DDI 5,5–10, но необходимо учитывать деградацию раствора
4. Учтём разложение – Через 10 суток концентрация снижается до 136,5 г/л
5. Расчёт времени опустошения ёмкости (1000 л) – 1000 л / 107 л/сутки ≈ 9,3 суток
6. Расход пониженной концентрации – Q₂ = 870 / 136,5 = 6,37 л/ч

Разложение реагента

Изменение значения рН обрабатываемой воды через 10 дней. Концентрация NaClO уменьшилась, а концентрация щёлочи не изменилась.

Использование гипохлорита натрия марки «А»
136 500 мг- 1000 мл
2 мг- Хмл Х = 0,0146 мл раствора NaClO на 1 литр воды. В 0,0146 мл раствора находится 12 · 0,0146 / 1000 : 40 = 4,38 · 10-6 г-экв щёлочи, значит концентрация щёлочи в воде составит 3 · 10-6 г-экв/л. рН = 14 - рОН = 14 - (- lg 4,38·10-6) = 14 – 5,35 = 8,65

Модель	DMH 257
Частота ходов	Менее 63	64 - 120	Более 121
Макс. вязкость мПа·с	200	50	5
Макс. давление на входе (бар)	0.8	0.8	0.8
Противодавление на выходе (бар)	2	2	2
Высота всасывания для среды с макс. вязкостью	Затопленная всасывающая линия	Затопленная всасывающая линия	Затопленная всасывающая линия

Дозирование 80% H2SO4 η = 17,4 мПа·с
DMH 1150 – 10
Рабочий объём насоса 1150: 146 : 60 = 0,131 л
Макс. производительность: 0,131 · 120 · 60 = 943,2 л/час

Одинарный насос	Расход (л/час)	p max (бар)	Частота ходов (ходов/мин)
DMH 220-10	220	10	28
DMH 440-10	440	10	56
DMH 575-10	575	10	73
DMH 750-4	750	10	56
DMH 770-10	770	10	98
DMH 880-10	880	10	112
DMH 1150-10	1150	10	146
DMH 1500-4	1500	4	146

Во всех Руководствах по монтажу и эксплуатации производителями приводятся рекомендованные схемы обвязки насосов.

Одним из ключевых параметров, влияющих на стабильную работу насосов, является наличие положительного перепада давления между всасывающим и нагнетательным участками. Для большинства типов насосного оборудования рекомендуется, чтобы этот перепад составлял не менее 2 бар.

Недостаточное давление на всасывании или избыточное сопротивление на нагнетании может привести к кавитации, нарушению гидравлического режима и преждевременному выходу насоса из строя. Поэтому при проектировании и монтаже систем необходимо учитывать данные рекомендации и обеспечивать требуемые условия эксплуатации.

Аппаратурно-технологическая схема дозирования коагулянта (раствор оксихлорида алюминия) DMX 525 – 3/2 AR

Дозирование раствора диоксида хлора

Характеристика	Данные
Стехиометрические данные	Вода	5 · 90,5	4 · 36,5	4 · 67,5	5 · 58,5
Уравнение реакции	5 NaClO2 + 4 НCl = 4 ClO2↑ + 5 NaCl + 2 Н2О	5 NaClO2 + 4 НCl = 4 ClO2↑ + 5 NaCl + 2 Н2О	5 NaClO2 + 4 НCl = 4 ClO2↑ + 5 NaCl + 2 Н2О	5 NaClO2 + 4 НCl = 4 ClO2↑ + 5 NaCl + 2 Н2О	5 NaClO2 + 4 НCl = 4 ClO2↑ + 5 NaCl + 2 Н2О
Производительность установки, л/час	2,5	0,14	0,15	-	-
Концентрация реагентов, %	-	7,5	9,0	-	-
Производительность установки, г/час	-	11	14	5	-
Стехиометрический расход/выход, г	-	3,55	6,56	7,11	-
Выход продукта %	-	-	-	76,2	-
Кол-во веществ при выходе 76,2%	-	8,38	2,7	5	5,41
Продукты реакции	2,62 г/час	0,31 г-экв/час	11,3 г/час	5 г/час	-

Расчёт производительности насоса-дозатора по аналоговому сигналу. (Расчёт производительности насоса работающего по аналоговому сигналу от расходомера при меняющемся потоке воды в трубопроводе).

Расчёты при нейтрализации растворов. Дозирование кислоты (щёлочи) пропорционально аналоговому сигналу датчика значения рН. (Расчёт производительности насоса работающего по аналоговому сигналу от датчика рН при постоянном потоке воды в трубопроводе. Уравнение баланса).

Раствор гипохлорита натрия с концентрацией 8 г/л по активному хлору образуется при работе установки Selcoperm. Раствор гипохлорита натрия с концентрацией 190 г/л по активному хлору – ГОСТ 11086-76

Внимание! При 4,2 мА насос отключается.При 19,5 мА – работает с максимальной производительностью.

Проведение процесса нейтрализации щелочного стока (7 < рН < 12 ) раствором серной кислоты. При рН = 7 (0 mA) дозирования не происходит (Qн = 0 л/час ). При рН > 7 идет пропорциональное дозирование. При рН = 12 (20 mA) Qн = 2.48 л/час – максимальное дозирование

Если Qmax = 2,48 л/ч, то концентрация кислоты - 2.48 · NКис = 10000л/ч · 0,01 г-экв/л NКис = 10000 · 0,01/2.48 = 40.3 г-экв/л Или 20,15 моль/л. 100% это 18.7 моль/л

Расчет рН = 12 это 0,01 г-экв/л по [ОН-]
Уравнение баланса: QH · NКис = 10000л/ч · 0,01 г-экв/лИз этого уравнения рассчитываем, или концентрацию кислоты для процесса нейтрализации, или производительность дозатора.
Если H2SO4 50% (14 г-экв/л) то: QH = 10000 · 0,01 : 14 = 7,15 л/час

Дозирование гипохлорита натрия и корректировка рН регулятор импульсной частоты (сеть вкл/выкл). Нельзя применять электронный насос!

Соединение выходов реле зависит от применения устройства и исполь-зуемых исполнительных элементов. Поэтому подсоединения, описанные ниже, должны рассматриваться только как рекомендуемые.

Ток до	Конденсатор C	Сопротивление R
60 мА	10 нФ 275 В	390 Ом 2 Вт
70 мА	47 нФ 275 В	22 Ом 2 Вт
150 мА	100 нФ 275 В	47 Ом 2 Вт
1.0 А	220 нФ 275 В	47 Ом2 Вт

Насосы (4) DME, DMS, DMI, DDI, DMX, DMH с системой управления:

• А – внутренне управление частотой, внешний сигнал управления
• AR - внутренне управление частотой, внешний сигнал управления, сигнальное реле
• АТ- сервопривод (питание 1 фаза, 230/115 В, 50/60 Гц, управление 4-20 мА)
• AP – А + шина Profibus

между ячейкой AQC (1), интерфейсом датчика (2), Conex DIA (3) и дозаторами (4)

Выводы

Грамотный подбор оборудования и сервисное обслуживание насосов-дозаторов является основополагающим этапом при проектировании инженерных систем, от которого напрямую зависят эффективность, надежность и срок службы всей установки. При выборе насосного оборудования важно учитывать не только расчетные параметры — расход, напор, температурные и физико-химические характеристики рабочей среды, — но и особенности схемы обвязки, требования к условиям эксплуатации и рекомендации производителя.

Применение типовых схем обвязки, приведенных в Руководствах по монтажу и эксплуатации, позволяет минимизировать ошибки на этапе ввода в эксплуатацию и обеспечить стабильную работу оборудования. Особенно важно соблюдать условия по перепаду положительного давления между всасывающим и нагнетательным клапанами — как правило, он должен составлять не менее 2 бар. Нарушение этого требования приводит к критическим режимам работы, включая кавитацию и перегрузку агрегатов.

Таким образом, подбор оборудования должен осуществляться не только по каталожным данным, но и с учетом рекомендаций по монтажу, условиям эксплуатации и всей совокупности технических требований. Такой комплексный подход позволяет создать сбалансированную систему, в которой насосы и вспомогательная арматура работают в оптимальном режиме, обеспечивая надежность и энергоэффективность объекта.