--PAGE_BREAK--Количественное соотношение между теплоотдачей соприкосновением и теплоотдачей испарением зависит от конкретных условий. С увеличением температуры воды общие теплопотери возрастают, причем теплоотдача испарением увеличивается быстрее, чем теплоотдача соприкосновением. При снижении температуры воды до температуры воздуха по сухому термометру потери теплоты соприкосновением становятся равными нулю, а при дальнейшем снижении температуры воды поток теплоты qa будет направлен от воздуха к воде. Когда температура воды, снижаясь, приближается к температуре воздуха по влажному термометру t, тогда потери теплоты водой в результате испарения qb остаются положительными; в то же время отрицательные потери теплоты соприкосновением возрастают по абсолютной величине. При снижении температуры воды до температуры воздуха по влажному термометру отрицательные теплопотери соприкосновением qa становятся равными положительным потерям теплоты при испарении qb. Наступает равновесное динамическое состояние, при котором результирующая составляющая теплоотдачи равна нулю, и вода не снижает свою температуру.
Следовательно, вода может быть охлаждена до температуры более низкой, чем начальная температура охлаждающего ее воздуха (по сухому термометру); это свойственно только испарительному охлаждению. Теоретическим пределом охлаждения воды является температура воздуха по влажному термометру.
В общем виде уравнение теплового баланса в испарительных охладителях имеет вид
где с — удельная плотность воды, кг/м3;
W = pW’ — массовый расход воды, кг/с;
r — удельная плотность воды, кг/м3;
W’— объемный расход воды, м3/с;
Dt — разница температур горячей и охлажденной воды, °С;
Т — рассматриваемый период, сут;
R — приток теплоты от солнечной радиации, Дж.
Процессы, происходящие при испарительном охлаждении, более сложные, чем теплообмен через твердую стенку. Последний имеет место в охладителях, охлаждение в которых происходит без контакта охлаждаемой воды с атмосферным воздухом — через стены теплообменников (радиаторов). Такой теплообмен называется конвективным. Он происходит при одновременном действии конвекции и теплопроводности. Конвективный теплообмен зависит от разнообразных факторов, в том числе: режима движения жидкости и воздуха, свободного или принудительного их движения, плотности, вязкости, коэффициента теплопроводности и температуропроводности жидкости и воздуха, формы и размера участвующей в конвективном теплообмене поверхности.
Удельное количество теплоты, переданной через стенку радиатора, определяется формулой Ньютона
где qр — удельное количество теплоты, кДж/(м2/ч);
aр — общий коэффициент теплопередачи от воды к воздуху через стенку радиатора, кДж/(м2×ч×°С)
t — температура воды, проходящей через радиатор, °С;
q— температура воздуха, обтекающего радиатор, °С.
Коэффициент aр определяют по экспериментальным данным [4].
1.5. Требования к качеству охлаждающей воды оборотных систем водоснабжения
Требования к качеству охлаждающей воды определяются условиями ее использования в конкретных технологических схемах с учетом специфики производства. Тем не менее, все они сводятся к обеспечению высокоэффективной работы теплообменного оборудования, инженерных сооружений и коммуникаций, входящих в состав оборотного комплекса. Для успешной реализации этой задачи необходимо осуществлять проведение таких водных режимов, при которых на поверхности охлаждающих элементов и в самой системе практически не должно возникать активных коррозионных процессов и образования каких-либо солевых, механических и биологических отложений. В противном случае нарушаются нормальные условия теплопередачи, вызывающие снижение производительности основных технологических потоков и оборудования, а также качества вырабатываемой продукции; увеличиваются энергетические затраты циркуляционных насосных станций на преодоление дополнительных гидравлических сопротивлений в охлаждающих контурах; резко ухудшаются эксплуатационные характеристики оборотных систем; происходит разрушение конструкционных материалов.
Водный режим оборотных систем существенно отличается от режима прямоточных систем. Многократный нагрев оборотной воды и ее последующее охлаждение в градирнях и брызгальных бассейнах приводит к потерям равновесной углекислоты и отложению на поверхности теплообменников и холодильников главным образом кальциевых карбонатных отложений в соответствии с реакцией
Растворимость карбоната магния значительно больше, чем карбоната кальция, и поэтому MgCO3 входит в состав накипи в незначительном количестве в результате соосаждения с СаСО3. Однако при обработке добавочной воды известью с целью ее умягчения при значениях рН > 10 в результате гидролиза образуется малорастворимое соединение — гидроокись магния:
Природные воды, используемые в схемах технического водоснабжения, в которых не происходит выпадения солей карбонатной жесткости при температуре 40-60°С принято называть термостабильными. Для оценки термостабильности оборотной воды применяют шестибальную шкалу.
Практически карбонатная жесткость термостабильных вод не превосходит 2—3 мг×экв/л для оборотного водоснабжения и 4 мг×экв/л — для прямоточного.
Ограниченно термостабильные — природные воды, вызывающие карбонатные отложения только по мере накопления солей кальция в результате упаривания, имеют карбонатную жесткость не более 4 мг×экв/л.
Нетермостабильные — воды с карбонатной жесткостью свыше 4 мг×экв/л, у которых при относительно небольшом нагревании сразу же наблюдается выпадение СаСО3.
При работе оборотных систем с ограниченными добавками подпиточной воды, а, следовательно, при больших коэффициентах концентрирования солей содержание сульфата кальция достигает предела растворимости в циркуляционной воде, и он в зависимости от температуры воды и наличия в ней определенных примесей может выпадать из раствора в виде дигидрата CaSO4×2H2O и ангидрита CaSO4.
Скорость отложения карбоната кальция и других солей не должна превышать соответствующих пределов, поэтому требуется ограничить карбонатную жесткость и содержание сульфатов в виде расходуемой на подпитку охлаждающих оборотных систем. Кроме того, в оборотной и добавочной воде лимитируется концентрация взвешенных веществ, так как взвешенные вещества могут формировать в теплообменниках слой отложений, снижая, таким образом, коэффициент теплопередачи. При скорости движения жидкости 1 м/с и концентрациях грубодиспергированных примесей в оборотной воде 150мг/л и 1000 мг/л коэффициент теплопередачи снижается соответственно на 20 и 35 %. В свою очередь, увеличение скорости движения воды в трубках теплообменных аппаратов приводит к уменьшению интенсивности образования механических отложений. По некоторым данным, минимальная самоочищающая скорость движения жидкости, обеспечивающая вынос и транспортирование механических примесей (песка, накипи и других взвесей) крупностью 0,1-4мм из охлаждаемых элементов, составляет 0,01-0,5м/с. При наличии в оборотной воде окалины скорость циркуляционного потока должна быть не менее 0,8-1 м/с.
Источником загрязнений оборотной воды взвешенными веществами являются неосветленные воды поверхностных водоемов, вторичные продукты деструкции коррозионных и карбонатных отложений, биообрастаний, а также пыль минерального и органического происхождения, проникающая в охладители из атмосферного воздуха. Концентрация пыли в воздухе зависит от регионального фактора, степени загрязненности воздуха выбросами промышленных предприятий, почвенно-климатических условий, скорости ветра и т д. Концентрацию взвешенных веществ, вносимых в оборотную воду из воздуха, возможно, прогнозировать исходя из формулы
где DС — прирост концентрации взвешенных веществ в оборотной воде при прохождении ее через градирню, г/м3,
Своз — запыленность атмосферного воздуха, мг/м3;
К — эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,93—1,45 при плотности орошения от 10 до 6 м3/(м2×ч).
Взвешенные вещества, например, такие, как песок, осаждаются в пазухах холодильников, забивают трубную систему теплообменников, отлагаются на отдельных участках коммуникаций, а мелкодисперсные включения, входящие в состав карбонатных и сульфатных отложений, вызывают повышение их прочностных характеристик.
Итак, допустимая концентрация взвешенных веществ в циркуляционной воде зависит от гидравлической крупности частиц и от скорости движения воды в теплообменных аппаратах. Исходя из требований по содержанию взвешенных веществ, предъявляемых к качеству оборотной воды, можно определить их максимально допустимую концентрацию в подпиточной воде и таким образом установить оптимальное количество механических примесей, подлежащих выводу из системы.
Накопление взвешенных веществ в холодильниках и коммуникациях наблюдается также при развитии биологических обрастаний, которые аккумулируют механические примеси, находящиеся в оборотной воде.
В состав биологических обрастаний входят разнообразные бактерии, водоросли, грибы, простейшие и более сложные организмы животного происхождения, принадлежащие к различным систематическим группам. На развитие биоценоза существенное влияние оказывают физико-химические и бактериологические показатели качества воды источников водоснабжения, погодно-климатические условия, сезонность, характер производства, технологическая схема охлаждения и обработки оборотной воды и т. д. С увеличением содержания в оборотной воде органических соединений, растворенного кислорода, а также биогенных элементов интенсивность биообрастаний резко возрастает.
В закрытых теплообменных аппаратах и коммуникациях в биоценоз обрастаний входят слизеобразующие и нитчатые формы, а также серо- и железобактерии.
К серобактериям относятся бесцветные нитчатые, крупные овальные и круглые бактерии, спириллы, для развития которых необходимы сероводород и кислород. Серобактерии в процессе жизнедеятельности окисляют H2S до S и при недостатке сероводорода выделяют серную кислоту, которая вызывает сульфатную коррозию, приводящую к разрушению деревянных и железобетонных конструкций.
Железобактерии извлекают из воды растворенное закисное железо и окисляют его до образования малорастворимого гидрата железа, забивающего трубопроводы. Вид железобактерий, преобладающих в системах оборотного водоснабжения, в большей степени зависит от содержания в воде органических веществ. При перманганатной окисляемости до 5—7 мг/л и значениях рН, близких к нейтральному в железистых водах, в основном развиваются одноклеточные железобактерии — галлионелла. При окисляемости порядка 17 мг/л в обрастаниях доминирующее место принадлежит нитчатым бактериям — лептотрикс. При наличии в воде безазотистых органических веществ основную массу биообрастаний составляет кладотрикс.
Роль железобактерий в биокоррозии металлов окончательно не изучена, тем не менее под обрастаниями железобактерий на поверхности металла встречаются каверны диаметром до 15 мм и глубиной до 7 мм.
В анаэробных условиях, имеющих место в плотных густых обрастаниях, развиваются сульфатредуцирующие бактерии. Сульфатвосстанавливающие бактерии окисляют органические вещества кислородом сульфатов и восстанавливаемая при этом сера (до H2S) превращается в малорастворимые сульфиды железа. Отлагающиеся на внутренней поверхности трубопроводов характерные черные хлопья разносятся потоком циркуляционной воды по всему тракту.
Аналогичная ситуация складывается при изменении условий существования либо направленном воздействии приводящих к гибели и отмиранию биообрастаний, вследствие чего также происходит образование сероводорода и усиление электрохимической коррозии металла.
При развитии обрастаний из моллюсков, ракообразных и других организмов, строящих известковые раковины, возможно отложение карбонатов на стенках труб и внутри холодильников.
В теплообменных аппаратах открытого типа и охладителях в формировании биоценоза принимают участие бактерии, зеленые и сине-зеленые водоросли, простейшие одноклеточные организмы, черви, коловратки и грибы. Последние вместе с илообразующими бактериями разрушают деревянные конструкции градирен.
Серьезные помехи при эксплуатации открытых систем оборотного водоснабжения создают водоросли. Они оказывают значительное влияние на химический состав оборотной воды, так как в процессе фотосинтеза способны поглощать растворенную в воде углекислоту и выделять кислород. В связи с этим в охлаждающих системах в течение суток наблюдаются циклические колебания рН, стабильности и коррозионной активности оборотной воды. Кроме того, водоросли могут являться питательной средой для других представителей биоценоза, стимулируя, таким образом, их дальнейшее развитие и рост. При обрастании водорослями оросителей и водоуловителей охлаждающая способность градирен снижается более чем на 15 %.
Зарастание охлаждающих водоемов растительностью приводит к сокращению поверхности испарения и повышению температуры оборотной воды, поступающей в теплообменники.
Таким образом, развивающиеся на теплообменных поверхностях аппаратов, в коммуникациях и охладителях биологические обрастания снижают эффективность работы оборотных систем технического водоснабжения, вызывают биологическую коррозию металлов, оказывают разрушающее воздействие на деревянные и железобетонные конструкции, сокращая срок их эксплуатации. Поэтому величина скорости роста биологических обрастаний теплообменных аппаратов так же, как и других сооружений оборотных систем, должна быть ограничена допустимой величиной. Для удовлетворения этих требований необходимо лимитировать содержание органических веществ и биогенных соединений, как в оборотной, так и в подпитывающей воде.
Охлаждающая вода не должна вызывать коррозию конструкционных материалов трубопроводов, теплообменников и отдельных сооружений, элементов градирен, выполненных из углеродистых сталей других материалов.
По внешним признакам различают общую и местную формы коррозионных повреждений. Общая коррозия носит равномерный характер и распространяется по всей поверхности металла. Местная коррозия вызывает разрушение лишь на отдельных участках металла и может быть язвенной (питтинговой), точечной и в виде пятен.
Одной из причин коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в различных средах, в том числе и водных. В процессе коррозии металлы переходят в оксиды, которые термодинамически более устойчивы по сравнению с чистыми металлами. Коррозионные процессы не могут быть полностью предотвращены, поэтому для обеспечения надежной работы оборотных систем необходимо, чтобы она протекала равномерно с невысокой интенсивностью. Такие условия можно создать, совместно решая задачи рационального аппаратурного оформления охлаждающих систем и выбора соответствующих конструкционных материалов.
В процессе эксплуатации охлаждающих систем разрушение металла происходит в основном под действием электрохимической коррозии, что приводит к переходу значительных количеств продуктов коррозии в циркуляционную воду. На интенсивность коррозии существенное влияние оказывают величина рН оборотной воды и содержание в ней растворенного кислорода. В щелочной среде при значениях рН > 8 коррозия углеродистой стали уменьшается вследствие образования на поверхности металла плотной нерастворимой пленки гидроокиси. При пониженных значениях рН в присутствии свободной агрессивной углекислоты происходит растворение защитных карбонатных и окисных пленок. Экспериментально установлено, что скорость коррозии малоуглеродистой стали, являющейся основным конструкционным материалом теплообменного оборудования, усиливается с ростом концентрации сульфатов и хлоридов в оборотной воде. При увеличении содержания сульфатов с 50 до 2500 мг/л скорость коррозии стали увеличивается в два раза. Повышение концентрации хлоридов в присутствии небольших количеств сероводорода, аммиака, нитритов приводит к разрушению латунных конденсаторных трубок в результате их обесцинкования.
С увеличением скорости движения воды интенсивность коррозии возрастает, однако в дальнейшем более равномерное распределение кислорода по поверхности металла способствует его пассивации. При более высоких скоростях потока и наличии в воде взвешенных веществ и абразивных примесей происходит механическое разрушение защитных пленок.
продолжение
--PAGE_BREAK--Повышение концентрации растворимых солей в оборотной воде приводит к увеличению электропроводности воды и активизации коррозионных процессов; причем в мягкой воде, содержащей растворенный кислород, коррозия конструкционных материалов значительно выше, чем в жесткой воде аналогичной минерализации, что вызвано меньшей буферной емкостью мягких вод. В отсутствии ингибиторов предельное солесодержание оборотной воды не рекомендуют допускать выше 2 кг/м3, хотя иногда минерализация оборотной воды превышает эту величину и достигает 3 кг/м3.
Из сопоставления требований к качеству воды в охлаждающих системах оборотного водоснабжения следует, что, несмотря на значительное расхождение по отдельным позициям, в целом показатели близки[4].
1.6. Оборудование, применяемое для охлаждения воды
1.6.1. Градирни
Градирни используются в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, и, как правило, проектируются по типовым и индивидуальным проектам, разработанным специализированными организациями.
Охладительный эффект градирен возрастает с увеличением контакта воды с воздухом, который достигается различными способами.
По принципу охлаждения воды градирни могут быть испарительными и поверхностными.
По способу подвода воздуха к охлаждаемой воде испарительные градирни подразделяют на три основные группы:
— открытые или атмосферные, поступление воздуха в которые происходит продувкой их ветром и естественной конвекцией;
— башенные имеющие естественную тягу воздуха за счет разности плотностей наружного воздуха и нагретого влажного воздуха внутри градирни;
— вентиляторные, движение воздуха в которых происходит за счет тяги, создаваемой вентиляторами.
К поверхностным относятся радиаторные (так называемые «сухие» градирни), охлаждение воды в которых происходит через стенку радиаторов. Движение воздуха в этих градирнях обеспечивается либо вентиляторами, либо за счет тяги, создаваемой башней.
Большинство испарительных градирен, несмотря на разнообразие конструкций, имеют ряд общих элементов. К ним относятся: водораспределительные системы, оросительные устройства, водоуловители, сборные резервуары [4].
1.6.2. Водораспределительные системы
Водораспределительная система предназначена для равномерного распределения охлаждаемой воды по поверхности орошения градирни, в результате которого создается необходимая поверхность водного потока, определяющая его охлаждающую способность. Распределение воды может осуществляться как по напорной, так и безнапорной схемам.
Первая представляет собой систему трубопроводов, выполненную из металлических или асбестоцементных труб, которые оборудованы разбрызгивающими соплами. Подвод воды в систему напорного водораспределения (рис. 1) осуществляется подводящим водоводом 6 к стояку 1, По коллекторам 2 и 3 вода поступает в периферийную и центральную зоны орошения, а затем по распределительным трубопроводам 5 подводится к соплам 4. На концах распределительных линий устанавливают «промывные» сопла 7.
Рис. 1. Схема напорного водораспределителя
Установка разбрызгивающих сопел осуществляется двумя способами: направленными вниз факелами и направленными вверх факелами. В первом случае расстояние от сопла до оросителя принимается равным 0,8—1 м, о втором 0,3—0,5 м. Для уменьшения опасности засорения, как правило, применяют эвольвентные сопла и ударные отражатели.
Рис. 2. Насадок (а) и тарелочка (б) для безнапорных систем водораспределения градирен
Напор перед соплом поддерживают в пределах 1—3,5 м. Водораспределение осуществляют таким образом, чтобы была возможность отключать отдельные части системы, что необходимо для перераспределения плотностей орошения в зимнее время. С этой целью подводящие трубопроводы с установленными на них задвижками прокладывают в две-три нитки (см. рис. 1).
При безнапорной системе водораспределения вода к разбрызгивающим устройствам поступает по лоткам. Разбрызгивание воды в безнапорных системах осуществляется обычно с помощью гидравлических насадок и тарелочек (рис. 2). Тарелочки устанавливаются под соплами.
Гидравлический расчет напорных систем заключается в определении диаметров труб и напора воды в начале системы. Расчету предшествуют определение типа и размеров разбрызгивающих сопел, их числа, разработка схемы расположения трубопроводов. Скорость движения воды в трубопроводах принимают в пределах 1,5—2,0 м/с. Гидравлический расчет лотков обычно не производят.
Поперечное сечение их устанавливают по расходу сливных трубок или по конструктивным соображениям. Скорость движения воды принимают в магистральных лотках 0,8 м/с и распределительных до 0,4 м/с.
Для обеспечения равномерного распределения воды при гидравлическом расчете систем водораспределения должно выдерживаться условие
,
где qmax, qmin, qср — соответственно максимальная, минимальная и средняя производительность разбрызгивающих устройств.
С целью интенсификации процесса охлаждения иногда применяют дифференцированное распределение воды с уменьшением плотности дождя к центру, что достигается применением гидравлических насадков или сопел различных диаметров либо изменением расстояния между ними.
Расстояние между тарелочками или соплами определяется из условия равномерного дождя. Для проведения трудоемких гидравлических расчетов совместного действия разбрызгивающих устройств существуют программы расчета на ЭВМ.
В отечественной и зарубежной практике уделяется большое внимание распределительным системам без разбрызгивания воды. Распределение воды без разбрызгивания осуществляется благодаря пуску ее через треугольные лотки с боковыми отверстиями, фильтрации через слой пористого материала, пропуску воды через щели с регулируемой шириной и др. Эти системы эффективно работают в условиях дефицита свежей воды [4].
1.6.3. Оросительные устройства
Направление движения воздуха по отношению к охлаждаемой воде в оросительных устройствах градирен может быть противоточным и поперечным. Оросительные устройства служат для создания необходимой поверхности охлаждения. Они могут быть:
— пленочного типа, теплоотдача в которых происходит главным образом с поверхности капель воды;
— пленочного типа, теплоотдача в которых происходит с поверхности водяной пленки, образующейся на щитах оросительного устройства;
— капельно-пленочного типа, теплоотдача в которых происходит как с поверхности капель, так и с поверхности пленки.
Рис. 3. Конструкции капельных оросителей из прямоугольных (а-е) и треугольных (ж, з) брусков
Капельный ороситель (рис. 3, размеры даны в мм) выполняется из деревянных реек прямоугольного или треугольного сечения, которые располагаются в определенном порядке, обеспечивающем их смачивание охлаждаемой водой и возможно меньшее аэродинамическое сопротивление воздуху. При падении капель с реек верхнего яруса оросителя на нижний образуются факелы мелких брызг, создающие большую поверхность соприкосновения с воздухом, часть воды стекает. Вода при плотности орошения до 1,4 кг/(м2×с) стекает с одной рейки на другую в виде капель.
Оросители из трехгранных реек имеют хорошие гидравлические и аэродинамические показатели, но сложны в изготовлении. Наиболее широко применяются оросители из прямоугольных брусков.
Пленочный ороситель выполняют из щитов (доски толщиной 10 мм), установленных вертикально или под углом 85° на расстоянии 30-40 мм друг от друга в несколько ярусов (рис. 4). Вода, стекая по щитам, образует пленку толщиной 0,3—0,5 мм.
Рис. 4. Пленочные оросители из деревянных брусков
Пленочные оросители могут выполняться из асбестоцементных листов (рис.5) и полимерных материалов (рис.6). Существуют ячеистые оросители, которые могут выполняться из взаимно перекрещивающихся досок, поставленных на ребро и образующих в плане ячейки. Эти оросители могут быть изготовлены также из пластмассы.
На величину поверхности охлаждения пленочных оросителей сильно влияет смачиваемость щитов. Хорошее смачивание имеют оросители из нестроганых досок и асбестоцемента. Щиты из пластмасс, обладающие гидрофобными свойствами, смачиваются неполностью до момента образования карбонатной пленки.
Капельно-пленочный ороситель выполняют как в виде комбинации из решетника и щитов пленочного типа, так и в виде щитов пленочного типа с увеличенными разрывами между досками (рис. 7).
Рис. 5. Пленочные оросители из асбестоцементных листов
а — асбестоцементные двухъярусные с наклонными листами; б — асбестоцементные двухъярусные с вертикальными листами; в — плоские асбестоцементные листы в один ярус
При протекании воды с доски на доску образуются факелы разбрызгивания, повышающие теплоотдачу. Оросители этого типа обладают лучшим эффектом охлаждения, чем капельный, но имеют более высокую стоимость, однако эта стоимость ниже стоимости пленочного оросителя. Применение капельно-пленочного оросителя в совокупности с противоточным движением воздуха позволяет увеличить гидравлическую нагрузку в 1,5—2 раза по сравнению с капельным оросителем, что приводит к повышению производительности градирни.
Рис. 6. Пленочные оросители из пластмасс
а — сотоблочный; б — из перфорированного листа; в — из гофрированного листа; г — из волнистого листа
Рис. 7. Капельно-пленочный ороситель из деревянных брусков
Пленочный ороситель применяют для устойчивого и глубокого охлаждения воды, а также в условиях жаркого климата с расчетной температурой воздуха по влажному термометру выше 21°С. Его использование позволяет уменьшить площадь градирни на 30-40 % по сравнению с капельным оросителем той же производительности что является важным преимуществом при строительстве градирен на застроенной территории.
Выбор типа оросителя зависит также от химико-физического состава охлаждаемой воды. Наличие в воде жиров, смол нефтепродуктов, а также взвешенных веществ препятствует применению пленочных оросителей, так как может происходить засорение пространства между стоящими рядом щитами. В этом случае наблюдается плохая смачиваемость щитов и происходит ухудшение охлаждения воды. В таких условиях применяются капельные оросители или они не применяются вообще.
Плотность орошения для капельных оросителей башенных градирен обычно принимается равной не менее 0,8 кг/(м2×с), для пленочных— 1,4 кг/(м2×с). Для вентиляторных градирен плотность орошения ориентировочно может быть принята: при пленочном оросителе 2,2— 3,3 кг/(м2×с), капельном оросителе 1,7—2,2 кг/( м2×с) и брызгальном 1,4—1,7 кг/( м2×с) [4].
1.6.4. Водоуловительные установки
Вынос капель из градирен вызывает потери воды в системах водоснабжения промышленных предприятий, На некоторых предприятиях вынос недопустим по санитарным соображениям и для охраны окружающей среды.
Учитывая, что размеры, мощность и число градирен на промышленных площадках непрерывно возрастают, количество уносимой из них воды весьма велико. С целью уменьшения ее выноса над водораспределителями градирен устанавливают водоуловители, что позволяет снизить вынос воды из градирни до 0,05—0,2 % расхода оборотной воды.
Из применяемых водоуловителей наиболее распространены водоуловители, выполняемые из двух рядов наклонных досок (рис. 8, а) и из волнистых асбоцементных листов (рис. 8, б).
Установка водоуловителя в некоторой степени увеличивает аэродинамическое сопротивление градирен, которое зависит от ряда факторов: степени заполнения живого сечения водоуловителя лопатками, наклона, формы, их взаимного расположения, материала.
Рис. 8. Типы водоуловителей для градирен
Рис. 9 Схемы расположения водоуловителей в градирнях (стрелками указано направление наклона лопаток)
Наличие водоуловителя в градирне приводит к неравномерности распределения потока воздуха перед вентилятором, что может привести к снижению КПД вентиляторной установки. На рис. 9 приведены рекомендуемые схемы расположения водоуловителей, позволяющие выравнивать поток воздуха.
Применение водоуловителей из волнистого полиэтилена позволяет исключить недостатки рассмотренных конструкций. Их аэродинамическое сопротивление ниже сопротивления деревянных и асбестоцементных водоуловителей [4].
1.6.5. Вентиляторные градирни
Вентиляторные градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при необходимости маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта, а также при необходимости сокращения объемов строительных работ.
Сооружение вентиляторных градирен дешевле башенных на 50—80% и брызгальных бассейнов на 30—50%. В сравнении с башенными градирнями они работают при более низких напорах воды, однако для привода вентиляторов необходим значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы и их приводы нуждаются в постоянном уходе и ремонте.
По способу подачи воздуха в ороситель вентиляторные градирни бывают двух типов: нагнетательные и отсасывающие. При верхнем расположении вентиляторы отсасывают воздух из градирни, при нижнем — нагнетают. Для градирен используются специальные осевые отсасывающие или нагнетательные вентиляторы. Преимущественное распространение получили градирни с отсасывающими вентиляторами.
При отсасывающих вентиляторах обеспечивается более равномерное распределение воздуха по поперечному сечению в основании градирни, чем при нагнетательных, происходит меньший подсос влажного теплого воздуха! попадающего в градирню через входные окна.
При нагнетательных вентиляторах воздух из градирни выходит со скоростью в 5—6 раз меньшей, чем при отсасывающих вентиляторах; даже слабый ветер способствует задуванию уходящего влажного теплого воздуха вниз, а также к засасыванию его вентилятором, что приводит к резкому ухудшению охлаждающей способности и требуется увеличение размеров градирен. Исходя из этого нагнетательные вентиляторы применяют для градирен с малой площадью орошения. В холодную погоду лопасти нагнетательного вентилятора могут обмерзать в отсасывающих градирнях возможность обмерзания меньше, так как лопасти постоянно омываются теплым воздухом.
Монтаж нагнетательных вентиляторов более прост. Улучшается доступ к ним, проще соединение с электродвигателем, чем у всасывающих вентиляторов. С несущего каркаса градирни снимается нагрузка, исключается вибрация.
При использовании отсасывающих вентиляторов возможно значительное увеличение диаметра рабочего колеса, что позволяет снизить число вентиляторных установок для больших градирен, повысить их экономичность и снизить шум.
В случае установки осевого нагнетательного вентилятора увеличение диаметра рабочего колеса связано с увеличением высоты подачи воды, а следовательно, и расхода электроэнергии на циркуляционные насосы.
Лопасти вентиляторов изготовляют из алюминиевых сплавов, пластмасс, нержавеющей стали и обыкновенной стали с антикоррозионным покрытием.
Регулировку вентиляторов осуществляют изменением числа оборотов с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт или двухскоростных многополюсных электродвигателей, поворотом лопастей.
Для охлаждения оборотной воды в количестве 100-10000 м3/ч применяют многосекционные отсасывающие градирни с секциями площадью до 200 м2 каждая квадратной или прямоугольной формы в плане (рис.10). При охлаждении оборотной воды в количествах более 10000 м3/ч применяются отсасывающие градирни площадью орошения 400 м2 и более, круглые, квадратные, многоугольные в плане одновентиляторные и секционные.
Схема одновентиляторной градирни площадью 400 м2 с вентилятором IВГ-104 приведена на рис. 11. Каркас градирен может быть стальным или железобетонным. Для обшивки градирен применяют дерево, ас-бестоцементные листы, стеклопластик.
В градирнях применяют пленочные, капельно-пленочный, капельный и брызгальный оросители с противоточным движением воздуха в них. В южных районах, где нет опасности обмерзания градирен, возможно применение отсасывающих градирен с поперечным движением воздуха в оросителе.
Рис. 10. Схема вентиляторной градирни с отсасывающим вентилятором
1 — выхлопной патрубок; 2 — вентилятор; 3 — водоуловитель; 4 — водораспределительное устройство (система); 5—оросительное устройство; 6 — воздухонаправляющий козырек; 7 — воздухораспределительное пространство; 8 — воздуховходные окна; 9 — ветровая перегородка; 10 — подводящий водопровод; 11 — отводящий водовод; 12 — водосборный бассейн; 13 — грязевой водовод; 14 — переливной водовод
Суммарное аэродинамическое сопротивление поперечно-точных градирен ниже, чем у противоточных. Капитальные затраты при их строительстве сокращаются.
продолжение
--PAGE_BREAK--
Рис. 11. Одновентиляторная градирня площадью 400 м2
Область применения вентиляторных отсасывающих градирен определяется следующими параметрами: удельная тепловая нагрузка 90—120 кВт/м2; перепад температуры воды до 25 °С и выше; разность температур охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному термометру 4—5°С.
Приведенные данные указывают на то, что вентиляторные градирни могут охлаждать воду до более низких температур, чем башенные градирни, и тем более чем брызгальные бассейны и водохранилища-охладители (при равных условиях). Таким образом, для достижения одинакового эффекта охлаждения вентиляторные градирни требуют меньшей площади застройки по сравнению с другими охладителями воды.
Однако вентиляторные градирни имеют один существенный недостаток, который иногда ограничивает их применение (например, в теплоэнергетике); для привода вентиляторов требуется электроэнергия, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов.
Для охлаждения воды в количестве от 10 до 800 м3/ч для потребителей, находящихся внутри зданий, применяют нагнетательные вентиляторные градирни с противоточным и поперечным движением воздуха, которые размещают на плоской кровле. Оросители в этих градирнях капельного и пленочного типа выполнены из дерева или пластмассы; каркас градирен — из стали или алюминиевомагниевых сплавов с асбестоцементной облицовкой. Градирня имеет поддон для сбора охлажденной воды слоем 100—150 мм. Необходимый аварийный запас воды хранится в резервуаре, установленном в здании или вне его. Градирни допускают плотность орошения от 1,1 до 3,3 кг/(м2×с) в зависимости от требований к температуре охлажденной воды.
При выборе типовых решений градирен пользуются графиками охлаждения, составленными на основе результатов обследований действующих градирен [4].
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объект исследования
Объектом исследования является водооборотный узел 1838 цеха 46 завода «Мономер» ОАО «Салаватнефтеоргсинтез».
Блок оборотного водоснабжения предназначен для обеспечения оборотной водой производства этилбензол — стирола цеха 46 завода «Мономер».
2.2. Методы исследований
2.2.1. Определение взвешенных веществ в оборотной воде гравиметрическим методом
Сухой остаток характеризует общее содержание растворенных в воде минеральных и частично органических веществ, температура кипения которых превышает 110 оС, нелетучих с водяным паром и не разлагающихся при указанной температуре [12].
Гравиметрический метод определения взвешенных веществ основан на выделении из пробы фильтрованием воды через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм или бумажный фильтр «синяя лента» и взвешивании осадка на фильтре после высушивания его до постоянной массы.
Определение общего содержания примесей (суммы растворенных и взвешенных веществ) осуществляют выпариванием известного объема нефильтрованной анализируемой воды на водяной бане, высушиванием остатка при 105 оС до постоянной массы и взвешиванием.
Ход определения.
Взвешенный бумажный фильтр помещают в воронку, смачивают небольшим количеством дистиллированной воды для хорошего прилипания и фильтруют отмеренный объем тщательно перемешанной анализируемой воды.
По окончании фильтровании дают воде полностью стечь, затем фильтр с осадком трижды промывают дистиллированной водой порциями по 10 см3, осторожно вынимают пинцетом и помещают в тот же бюкс, в котором его взвешивали до фильтрования. Фильтр высушивают 2 часа при 105 оС, охлаждают в эксикаторе и закрыв бюкс крышкой взвешивают. Повторяют процедуру сушки, пока разница между взвешиваниями будет не более 0,5 мг при массе осадка 50 мг и менее 1 мг при массе более 50 мг.
Содержание взвешенных веществ в анализируемой пробе воды
(мг/дм3 ) рассчитывают по формуле:
С = М1 – М2 100%
V
где М1 и М2 – масса тигля с фильтром с высушиванием осадком после фильтрования и с чистым фильтром, мг;
V – объем пробы, взятой для анализа, мл[12].
2.2.2. Определение общей жесткости в оборотной воде комплексонометрическим методом
Общая жесткость воды обусловлена главным образом присутствием растворенных соединений кальция и магния и варьирует в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года.
При жесткости до 4 мг-экв/л вода считается не жесткой; 4-8 мг-экв/л- средней жесткости; 8-12 мг-экв/л- жесткой; более 12 мг-экв/л- очень жесткой[8].
Метод основан на образовании прочного комплексного соединения при рН 10 ионов кальция и магния с этилендиаминтетраацетатом натрия (трилон Б). Определение проводят титрованием пробы в присутствии индикатора. Минимально определяемая концентрация 05 мг-экв/л (при титровании 100 мл пробы)
Ход определения.
Объем исследуемой воды берут с таким расчетом, чтобы содержание в нем ионов кальция и магния не превышало 0,5 мг-экв/л в 100 мл профильтрованной пробы. В коническую колбу вносят 100 мл или меньший объем, разведенный до 100 мл дистиллированной водой, прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора (или 0,1 г сухого индикатора) и сразу же титруют при сильном перемешивании 0,05 н. трилоном Б до изменения окраски в эквивалентной точке.
Нечеткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Для устранения влияния этих веществ к пробе воды до внесения буферного раствора добавляют 1-2 мл 5% сульфида натрия, после чего проводят анализ, как указано выше.
Общую жесткость воды (мг-экв/л) вычисляют по формуле:
С = А н К 1000,
V
где А- объем раствора трилона Б, израсходованного на титрование пробы, мл —;
н – нормальность ратвора трилона Б;
К – поправочный коэффициент к титру раствора трилона Б;
V – объем пробы воды, взятой для титрования, мл[8].
2.2.3. Фотометрический метод определения растворенных ортофосфатов в оборотной воде
При взаимодействии ортофосфат-ионов с молибдатом в кислой среде образуется желтая гетерополикислота, которая под действием восстановителей превращается в интенсивно окрашенное синее соединение. Были предложены различные восстановители, но из них наиболее устойчивые, постоянные по составу продукты реакции дает лишь аскорбиновая кислота. Однако восстановление аскорбиновой кислотой, сравнительно слабым восстановителем, происходит только при повышенной температуре, т.е. в условиях, когда полифосфаты и органические эфиры фосфорной кислоты гидролизуются с образованием ортофосфорной кислоты, поэтому результаты получаются повышенными. Введение в раствор соли сурьмы приводит к образованию более сложного соединения, в состав которого входит сурьма в соотношении Sb: Р = 1: 1. Реакция происходит быстро и при комнатной температуре, повышается интенсивность окраски, а полифосфаты и сложные эфиры фосфорной кислоты в этих условиях в реакцию не вступают, результаты показывают лишь содержание ортофосфат-ионов в пробе.
Оптическую плотность измеряют при =880 нм или, если это невозможно, при наибольшей длине волны, которую допускает использовать применяемый фотометр.
Ход определения.
К 50 мл пробы, профильтрованной в день отбора (на месте отбора или в лаборатории) через мембранный фильтр №1 или через плотный бумажный фильтр, приливают 2 мл смешанного раствора и через короткое время – 0,5 мл раствора аскорбиновой кислоты. Смесь перемешивают. Одновременно проводят холостое определение с 50 мл дистиллированной воды. Если анализируемая проба содержит полифосфаты или органические соединения фосфора, измеряют оптическую плотность раствора в промежутке времени от 5 до 15 мин. Если легко гидролизирующихся соединений нет, этот промежуток времени может быть увеличен до 60 мин.
Оптическую плотность измеряют по отношению к холостому раствору. Если сама проба была окрашенной или мутной, надо вычесть оптическую плотность раствора, получаемого после добавления молибдена, но перед введением аскорбиновой кислоты. Измерение проводят при или при максимально возможным для данного прибора значения . Результат определения находят по калибровочному графику, для построения которого отбирают 0; 1,0; 2,5; 5,0,…,50,0 мл рабочего стандартного раствора 2 фосфата калия, разбавляют каждый раствор до 50 мл дистиллированной водой и далее продолжают, как в ходе определения[13].
2.2.4. Определение нефтепродуктов в оборотной воде методом ИКС
Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных загрязняющих веществ. В воде находятся в различных миграционных формах растворенный, эмульгированный, сорбированный на взвешенных частицах, в виде пленки. Нефтепродукты при анализе воды условно принято считать только неполярные и малополярные углеводороды, растворимые в гексане, т.е сумму алифатических, нафтеновых, ароматических углеводородв, составляющих основную часть нефти./42,43/
Метод определения нефтепродуктов заключается в экстракции эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды четыреххлористым углеродом: отделение нефтепродуктов от сопутствующих органических соединений других классов на колонке, заполненной оксидом алюминия и измерением массовой концентрации нефтепродуктов методом ИК-спектрометрии.
Ход определения.
В сосуд с пробой воды приливают серную кислоту из расчета 2 см3 кислоты на 100 см3 пробы и переносят пробу в экстрактор. Сосуд, в котором была проба ополаскивают 10 см3 четыреххлористого углерода и добавляют этот растворитель в экстрактор. Прибавляют еще 20 см3 СCL4 и включают экстрактор на 4 мин, отстаивают эмульсию в течение 10 мин. После расслоения эмульсии нижний слой сливают в цилиндр вместимостью 100 см3. Экстракт сушат безводным сульфатом натрия в течение 30 мин. После чего экстракт осторожно сливают в цилиндр вместимостью 50 мл.
В подготовленную хроматографическую колонку наливают 8 см3 СCL4 для смачивания, а затем промывают 5 мл этого растворителя. Как только раствор достигнет верхнего уровня оксида алюминия, в колонку вливают небольшими порциями подготовленный экстракт, собирают элюат в мерную колбу вместимостью 50 см3, пропуская в конце хроматографирования чистый растворитель. Измеряют объем элюата. Элюат заливают в кювету и устанавливают в прибор АН-1 или КН-1. Фиксируют показания прибора, соответствующие количеству нефтепродуктов в 1 см3 элюата. Концентрацию нефтепродуктов (мг/дм3) воде вычисляют по формуле:
С = С изм. В К
V
где С изм – содержание нефтепродуктов в элюате, измеренное на приборе;
В – объем экстракта, пошедшего на анализ, см3;
V – объем пробы воды, взятой для определения, см3;
К – коэффициент разбавления элюанта[10].
2.2.5. Определение хлоридов в оборотной воде меркуриметрическим методом
Метод основан на титровании хлоридов раствором нитрата ртути со смешанным индикатором (дифенилкарбазоном и бромфеноловый синий). При этом ионы ртути связываются с ионами хлора в молодиссоциирующее соединение хлорида ртути, а избыток их образует с индикатором комплекс фиолетового цвета[13].
Определению не мешают цветность воды. Мешают иодиды и бромиды в концентрациях эквивалентных хлоридам, сульфиды и железо в концентрациях выше 10 мг/л.
Ход определения.
Отбирают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 10 капель смешанного индикатора, затем по каплям 0,2 н. азотной кислоты до появления желтой окраски (рН 3,6), после чего еще 5 капель той же кислоты. Титруют раствором нитрата ртути, к концу титрования окраска приобретает оранжевый оттенок. Для более четкого определения конца титрования используют контрольную пробу, к 10 мл которой прибавляют индикатор, 2 мл 0,2 н. азотной кислоты и одну каплю нитрата ртути.
Концентрацию хлоридов (мг/л) рассчитывают по формуле:
С = А К н 1000
V
где А — объем раствора нитрата серебра, израсходованного на титрование, мл;
К — поправочный коэффициент к титру раствора нитрата серебра, мг;
V – объем пробы, взятой для определения, мл[13].
2.2.6 Определение меди в оборотной воде фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца
При взбалтывании раствора, содержащего ионы меди, с бесцветным раствором диэтилдитиокарбамата свинца в тетрахлориде углерода (или хлолроформе) происходит замещение свинца медью и образовавшееся диэтилдитиокарбамат меди в слое органического растворителя окрашивает этот слой в желто-коричневый цвет.
Реакцию можно проводить в довольно кислой среде (рН = 1-1,5). В этих условиях в слой органического растворителя перехрдит только висмут, ртуть и серебро, но последние два элемента образуют с применяемым реагентом бесцветные соединения, окраска же соединения висмута становится заметной лишь при концентрации висмута превышающей 30 мкг/л, что встречается редко. Если, содержание висмута выше указанного рекомендуется взболтать полученный раствор диэтилдитиокарбаматов в органическом растворителе в течении 0,5 минут с25 мл 5-6 Н раствора HCl. Соединение висмута тогда разрушается, висмут (его может быть до 3 мг) переходит в водный раствор, а соединение меди останется в органическом слое.
Ход определения. В делительную воронку вместимостью 200 мл помещают такой объем раствора, полученного после предварительной обработки пробы, чтобы в нем содержалось от 0,2 до 6 мкг меди. (Если анализируемая проба сточной воды не содержит ни цианидов, ни каких-либо иных веществ, образующих с медью комплексные соединения, то предварительную обработку можно не проводить и взять для анализа пробу непосредственно в объеме, содержащем указанные количества меди.) Раствор разбавляют примерно до 100 мл. приливают 5 капель разбавленной HCl и вводят из бюретки точно 1 или 2 мл раствора диэтилдитиокарбамата свинца в тетрахлориде углерода. Смесь энергично взбалтывают 2 минуты.
После разделения слоев сливают органический слой в кювету фотометра, снабженную крышкой и как можно быстрее определяют оптическую плотность при . Толщина слоя в кювете от 1 до 5 см в зависимости от интенсивности окраски. Содержание меди находят по калибровочному графику, для построения которого отбирают 0; 2,0; 3,0; 10,0;….20,0 стандартного рабочего раствора II, доводят каждый раствор до 100 мл дистиллированной водой и обрабатывают как при анализе пробы[5].
2.2.7 Определение сульфатов в оборотной воде титриметрическим методом в присутствии дитизона в качестве индикатора
Сущность метода. Титрование проводят в слабокислой среде (рН = 3,5-4,5) в присутствии двукратного по объему количества ацетона или этилового спирта, прибавляемого для снижения растворимости образующегося при титровании сульфата свинца. Индикатором конца титрования служит дитизон, который образует с избытком ионов свинца окрашенное в красно-фиолетовый цвет комплексное соединение. Дитизон прибавляют в твердом виде. Определению мешают катионы, реагирующие с дитизоном в условиях определения; их удаляют, пропуская пробу воды через катионит а Н-форме. Мешают фосфат-ионы в концентрациях превышающих 5 мг/л, а также другие анионы, осаждаемые ионами свинца в слабокислом растворе: хромат-, арсенат-, фторид-, иодид-, оксалат-ионы.
Ход определения. Пробу воды пропускают через колонку с катионитом в Н-форме для устранения мешающих определению катионов. Отбросив первые порции фильтрата, отбирают такой его объем (10-20 мл), что бы в нем содержалось не менее 1 мг . Такую же по объему пробу, если она сильно кислая, отдельно титруют щелочью по метиловому оранжевому и израсходованный на титрование объем щелочи вносят в первую порцию пробы. Если сульфат-ионов в пробе мало, например 10-20 мг/л, то отбирают пипеткой 50 мл или более пробы, переносят в колбу для титрования и упаривают до 10-20 мл.
Прибавляют двойное по объему количество ацетона или этилового спирта 20-40 мл и порошок дитизона так, чтобы раствор стал зеленым. Затем подогревают до 50°С и титруют раствором нитрата свинца, прибавляя его из микробюретки до перехода зеленой окраски в красно-фиолетовую[7].
2.2.8. Определение содержания железа в оборотной воде фотометрическим методом с сульфосалицилатом натрия
Сущность метода. Метод основан на том что сульфосалициловая кислота или ее натриевая соль образуют с солями железа окрашенные комплексные соединения, причем в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями железа (Ш)- красное окрашивание, а в слобащелочной среде – с солями железа (Ш)и (П) – желтое окрашивание.
продолжение
--PAGE_BREAK--Ход анализа. Определение общего содержания железа. Как и при определении фенантролинатным методом. В тех случаях, когда анализируемая проба содержит относительно большие количества органических веществ, связывающих железо в комплексные соединения, проводят предварительную обработку для разрушения комплексов.
В коническую колбу вместимостью 50 мл наливают 10 мл анализируемой воды. В этом объеме должно содержаться от 1 до 10 мкг железа, что соответствует концентрациям от 0,1 до 1 мг/л. Более концентрированные по содержанию железа сточные соды предварительно разбавляют в мерной колбе так. Чтобы содержание железа в 10 мл полученного раствора было в указанных пределах. Затем в пробирку приливают 5 мл раствора сульфосалицилата натрия или сульфосалициловой кислоты, 5 мл раствора аммиака и перемешивают.
Измеряют оптическую плотность полученного раствора при нм по отношению к холостому раствору. Молярный коэффициент поглощения равен 5,5·103.
Содержание железа находят по калибровочной кривой, для построения которой наливают из микробюретки 0,1; 0,2;…1,0 мл стандартного раствора железа, разбавляют до 10 мл дистиллированной водой и продолжают, как при анализе пробы.
Определение железа(Ш). Это определение можно проводить только в тех случаях, когда пробу специально не обрабатывали с целью разрушения органических комплексных соединений, потому что при такой обработке железо (П) переходит в железо (Ш).
Определение проводят так же, как и определение общего содержания железа, за исключением того. Что анализируемый раствор предварительно нейтрализуют, определив необходимое количество щелочи титрованием отдельной порции пробы, и вместо раствора аммиака вводят в анализируемый раствор 0,1 мл соляной кислоты. Измеряют оптическую плотность полученного раствора при нм. Калибровочную кривую строят в таких же условиях[11].
2.2.9. Контроль за коррозией металла при помощи купонов
Купоны (пластинки) из различных материалов (углеродистая сталь, медь, латунь и т.п.), помещенные в оборотную воду, дают хорошее представление об условиях, имеющих место в данной системе и о виде коррозионных процессов. Скорость коррозии рассчитывается на основании потери веса купона за определенный промежуток времени.
Коррозионные купоны фирмы «Налко» взвешены, не требуют обработки перед применением и готовы к использованию. Для получения точного результата купоны должны устанавливаться в условиях, исключающих их загрязнение маслами и жирами. Даже прикосновение рукой влияет на точность результата.
Купоны устанавливаются в специальных змеевиках показанных на рис.12.
рис.12. Змеевики
Змеевик присоединяется к системе при помощи шланга или трубы. Существуют два варианта обеспечения протока воды через змеевик — со свободным сливом или в систему под давлением. В любом случае, подача воды в змеевик должна быть снизу, а выход сверху. Свободный конец купона должен быть ориентирован по направлению потока воды. Проток воды через змеевик должен составлять около 1 м/с (около 30 л/мин). При установке в одном змеевике купонов из различных материалов (например, меди и углеродистой стали) необходимо располагать углеродистые купоны перед медными, во избежание гальванической коррозии, которая может повлиять на точность результата.
Купоны вынимают через время, предусмотренное программой испытаний (обычно это 30, 60, 90 суток). После снятия купоны визуально проверяют на наличие отложений, местной (локальной) коррозии и т.п.
Процедура измерения потерь веса.
1. Очистить купон от отложений, не используя для этого металлические предметы, чтобы не повредить поверхность купона.
2. Погрузить купон на 30 минут в толуол (или любой другой растворитель) для удаления возможных следов масла.
3. Высушить купон на воздухе.
4. Погрузить купон на 30 секунд в ингибированную соляную кислоту.
5. Промыть купон под струей проточной воды.
6. Немедленно погрузить купон на 10 секунд в насыщенный содовый раствор для нейтрализации остатков кислоты.
7. Промыть купон в дистиллированной воде, обработать ацетоном и сушить в сушильном шкафу при 40-50 °С в течение 2 часов.
8. Охладить купон до комнатной температуры и взвесить его.
Скорость коррозии определяется по следующей формуле:
где m — потери веса (г);
— плотность металла (г/см3);
S — площадь поверхности купона (см2);
t- время выдержки (сут.).
Плотность металла: Углеродистая сталь — 7.85 кг/м3; Медь — 8.9 кг/м3; Адмиралтейская латунь — 8.17 кг/м3.
В случае, если отложения с поверхности купона не удается удалить в течение 30 секунд в ингибированной соляной кислоте, то необходимо повторить процедуру очистки купона применяя поправочный коэффициент — на каждое дополнительное погружение в кислоту (30 секунд) необходимо вычитать из полученных потерь веса 1 мг.
Состав ингибированной кислоты: 300 г. 30%-й формальдегид; 700 г. 10-20%-й раствор соляной кислоты.
Возможно использовать для изготовления простейшего змеевика водопроводные фитинги: колена, тройники, заглушки. В заглушке сверлится отверстие и нарезается резьба для вворачивания купонодержателя. Купонодержатель должен быть изготовлен из полипропилена, тефлона или фторопласта. Купон крепится к держателю при помощи пластиковых винтов и гаек. Для крепления нержавеющих купонов возможно использование нержавеющего крепежа[3].
рис.13. Образцы заглушек с резьбовым углублением под купонодержатель.
рис.14. Купонодержатель.
2.3 Требования к качеству сточных вод производства этилбензол — стирола цеха 46 завода «Мономер»
Нормы на качество и количество сточных вод, сбрасываемых с цехов и установок на очистные сооружения ОАО «Салаватнефтеогрсинтез» разрабатываются заместителем главного инженера по охране природы и утверждаются главным инженером объединения. Данные качества сточных вод сведены в таблицу 1.
Таблица 1[43]
Нормы на качество и количество сточных вод, сбрасываемых с водооборотного узла 1838 на очистные сооружения
№№
Нормируемые показатели
Допустимое количество
1
Нефтепродукты, мг/дм3
25,0
2
Медь, мг/дм3
1,0
3
Взвешенные вещества, мг/дм3
50,0
4
Сульфаты, мг/дм3
50,0
5
Объем стоков, м3/ч
90,0
2.4. Требования к качеству оборотной воды для обеспечения производства этилбензол — стирола цеха 46 завода «Мономер»
Нормы на качество и количество оборотной воды цеха 46 и установки 1838 цеха 46 завода «Мономер» ОАО «Салаватнефтеогрсинтез» разрабатываются главным технологом и утверждаются главным инженером объединения. Данные качества оборотной воды сведены в таблицу 2.
Таблица 2[2]
Требования предъявляемые к качеству оборотной воды
№№
Наименование показателей
Нормативное содержание
1
Нефтепродукты, мг/дм3 не более
25
2
Общая жесткость, мг/дм3 не более
1000
3
Жесткость (кальций), мг/дм3 СаСО3 в пределах
80-900
4
Массовая концентрация механических примесей, мг/дм3 не более
25
5
Массовая концентрация «активного хлора», мг/дм3 не менее
1,0
6
Массовая концентрация меди, мг/дм3, не более
4,0
7
Водородный показатель, рН в пределах
6,5-9,3
8
Щелочность, мг/дм3 СаСО3 не более
500
9
Фосфаты органические, мг/дм3 не более
6,9
10
Фосфаты (орто), мг/дм3 не более
2
11
Железо, мг/дм3 не более
1
12
Взвешенные вещества, мг/дм3, не более
25
13
Сульфаты, мг/дм3 не более
150
14
Микробиологический тест, кол./мл не более
105
15
Скорость коррозии, мм/год не более
0,1
16
Хлор свободный, мг/дм3 Сl2 не менее
0,1
2.5. Данные о результатах анализов речной воды
Речная вода имеет щелочную среду рН=8,58 и имеет общую жесткость 349 мг/дм3. При этом кальциевая жесткость 233 мг/дм3 (66,87% от общей жесткости). Такой уровень жесткости является допустимым для использования речной воды для подпитки водооборотных систем. Незначительное содержание взвешенных веществ. По другим загрязняющим веществам не зарегистрировано превышение. Качество речной воды соответствует требованиям, которые предъявляются к воде, направляемой в качестве подпитки на водооборотный узел производства этилбензол — стирола цеха 46 завода «Мономер».
Данные о результатах анализов речной воды приведены в табл.3
Таблица 3
Качество речной воды
№
№
Наимнование показате-
лей качества
Номер пробы
1
2
3
4
5
6
∑ср
1
рН
8,58
8,60
8,49
8,55
8,50
8,65
8,56
2
Взвешенные вещества,
мг/дм3
10,0
13,0
12,0
16,2
17,6
15,0
13,97
3
Жесткость общая,
мг/дм3
330
350
345
385
340
341
349
4
Жесткость кальцивая,
мг/дм3
232
228
222
238
220
258
233
5
Щелочность, мг/дм3
140
120
120
90
110
140
120
6
Сульфаты, мг/дм3
25,0
33,0
36,0
35,6
32,5
24,0
31,03
7
Нефтепродукты, мг/дм3
0,04
0,03
0,01
0
0
0,02
0,016
8
Хлориды, мг/дм3
39,5
48,2
40,0
36,8
45,9
52,4
43,8
9
Солесодержание,
мг/дм3
576.4
610,1
610,7
593,3
567,9
603,6
606,0
2.6. Описание технологической схемы водооборотного узла 1838 цеха 46 завода «Мономер»
С основного производства этилбензол — стирола на блок оборотного водоснабжения (объект 1838) поступает оборотная вода по двум трубопроводам диаметром – 800 мм с параметрами: температура не более 40°С, давление 2,5 — 3,5 кгс/см2. Оборотная вода поступает в нефтеотделитель. Нефтеотделитель представляет собой горизонтальный проточный отстойник, разделенный продольными стенками на две параллельно работающие секции. Оборотная вода по самостоятельным трубопроводам подается в каждую секцию нефтеотделителя, далее через распределительную трубу с патрубками и щелевую перегородку поступает в отстойную часть секции. В конце отстойной части вода пропускается под затопленной нефтеудерживающей стенкой и через водослив поступает в резервуар теплой воды. С резервуара теплой воды оборотная вода перекачивается насосами для охлаждения на градирни Г–1, Г-2, Г-3, Г-4. После охлаждения оборотная вода самотеком поступает в резервуар охлажденной воды.
Из резервуара охлажденной воды насосами оборотная вода двумя потоками по трубопроводу диаметром — 1200 мм подается на основное производство с параметрами: температура не более 28°С, давление не менее 5 кгс/см2 и расход не более 9728 м3/ч. При необходимости производится пополнение системы речной водой.
2.7. Обработка оборотной воды на блоке оборотного водоснабжения 1838 медным купоросом и ингибитором коррозии ИКБ – 4 «В»
Ингибирование
Ингибитор коррозии ИКБ-4 «В» предназначен для защиты металлов от коррозии в нейтральных водных и водно-нефтяных средах, в циркулирующей охлажденной воде. Защитное действие ингибитора основано на способности образовывать адсорбционную пленку на поверхности металлов, служащую барьером между агрессивной средой и металлом.
Товарный продукт ингибитора ИКБ-4 марки «В» представляет собой 50% пасту.
Физические свойства 50% пасты ИКБ-4 «В»:
внешний вид — мазеобразная паста
цвет — от желтого до темно-коричневого
запах - слабый специфический
содержание основного вещества, % 50
плотность, г/см 0,98 — 1,0
вязкость, сСт 160
температура застывания не выше, °С 70
температура вспышки, °С 205
температура воспламенения, °С 288
Ингибитор подается 10% раствором по трубопроводу диаметром 80мм в емкости. В емкостях осуществляется разбавление раствора до 5%, речной водой. При этом необходимо нагреть ингибитор до температуры плавления и смешать с водой при 80 — 90 0С емкости подается технический воздух для способствования смешивания путем барботажа. Первоначально, в пусковой период, с целью быстрого создания защитной пленки, 10% раствор ингибитора вводится в сеть горячей оборотной воды ударной дозой 200 г/м3, в течение 2,5-3 часов. После обработки всей оборотной воды ударной дозой, ингибитор подается в расчете на подпиточную воду дозой 100 мг/л. После стабилизации системы — по результатам анализа, концентрация ингибитора в оборотной воде должна поддерживаться на уровне 50 мг/л, которая определяется лабораторным анализом по разработанному графику. Пробы оборотной воды на анализ отбираются из резервуаров.
Хлорирование
Гипохлорит натрия применяется для дезинфекции оборотной воды с целью уничтожения бактерий, вызывающих биообрастание оборудования (теплообменных аппаратов, трубопроводов) на технологических установках цеха 46.
Гипохлорит натрия — жидкость зеленовато-желтого цвета (в день отгрузки) до красновато-коричневого цвета (по истечении 10 суток со дня отгрузки), малотоксичная.
При дезинфекции оборотной воды происходит следующая реакция:
3NaOCl + 3H2O=3NaOH + НС1О3
Образовавшаяся хлорноватистая кислота НС1О3 неустойчива и разлагается НС1Оз=НС1+ЗО, освободившийся кислород окисляет вещества, входящие в состав платоплазмы клеток, вследствие чего микроорганизм погибает.
Гипохлорит натрия на блок оборотного водоснабжения поступает в автоцистернах и закачивается в емкости. Из емкостей дозировочными насосами подается в резервуары охлажденной воды и в сети теплой воды, подающие воду на градирни.
Хлорирование осуществляется гипохлоритом натрия 2-6 раз в сутки. Для предупреждения биологического обрастания микроорганизмами, водорослями градирен (водораспределительные трубопроводы, ороситель, каркас, обшивка и резервуар) применяется дополнительное хлорирование 3-4 раза в месяц в течение 1 часа.
Доза хлора должна обеспечивать содержание остаточного активного хлора в оборотной воде в пределах I мг/л.
Купоросирование
Медный купорос представляет собой порошкообразное вещество синего цвета, является малотоксичным веществом. Обработка воды медным купоросом направлена главным образом на борьбу с водорослями, развивающимися на градирнях (водораспределительные трубопроводы, ороситель, каркас, обшивка и резервуар). Действие меди на водоросли в воде можно представить следующим образом:
Введенная в воду серно — кислая медь диссоциирует на ионы:
CuS04= Cu2+ +SO42-
Ионы меди (Cu2+) быстро проходят через оболочку клетки водоросли и действуют на внутриклеточное вещество или осуществляют коагуляцию на ней белка, вследствие чего нарушается обмен веществ между внешней средой и организмом, и организм погибает.
Концентрация рабочего раствора 4%. Емкость медного купороса рассчитана на одну обработку. Для способствования растворения медного купороса в воде в емкость подается технический воздух для перемешивания путем барботажа.
Концентрация ионов меди в оборотной воде в первые часы после введения должна быть 1- 4 мг/л.
Введенный в воду реагент вступает в реакцию или сорбируется биологическими обрастаниями, в результате концентрация его в воде уменьшается, при этом снижение концентрации ионов меди в оборотной воде в первые часы проходит быстрее, чем в последующие[2].
продолжение
--PAGE_BREAK--
продолжение
--PAGE_BREAK--
продолжение
--PAGE_BREAK--