Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность

Введение

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность развиваются быстрыми темпами. Постоянное развитие техники в нефтепереработке, повышенные требования к качеству выпускаемой продукции вызывают необходимость использования высокопроизводительного оборудования.

Современный химический завод представляет собой сложный комплекс. Он состоит из отдельных цехов, участков и установок, занимающих, как правило, по условиям техники безопасности значительную территорию и соединенных между собой системой многочисленных трубопроводов.

Технология современных производств и городское хозяйство предъявляют высокие и разнообразные требования к качеству используемой воды.

Рост водопотребления и размещения промышленности населённых мест практически во всех районах нашей страны требуют использования различных источников водоснабжения, качество воды в которых заставляет прибегать к весьма разнообразным методам её очистки и строительству сложных водоподготовительных сооружений.

Практика эксплуатации действующих заводов синтетического каучука (СК) показала, что теплообменная аппаратура завода очень чувствительная к содержанию в охлаждающей воде мелких примесей, в особенности аппаратура, где вода поступает в межтрубное пространство. Отрицательное влияние мелких примесей выражается в том, что при малых скоростях прохождения воды в аппаратах, механические взвеси выпадают и резко снижают теплообменную способность аппаратов, что приводит к снижению мощности оборудования и расстройству технологического режима.

В циркуляционных системах водоснабжения, это положение усугубляется еще и тем, что механические взвеси накапливаются в системе трубопроводов и аппаратов, и интенсивность заиления становится еще большей. Поэтому необходимо применять осветленную воду, которая также используется для приготовления растворов, реактивов, реагентов.

Таким образом, вода в циркуляционных системах водоснабжения должна быть осветленной, с содержанием взвешенных веществ не более 50 мг/л.

И так вода, применяемая в производственных процессах, не должна содержать вредных для реакции веществ, не коррозировать аппаратуру, не образовывать в аппаратах и трубопроводах накипи и шлама. Для определения примесей, содержащихся в воде, и устранения вредных последствий вода, используемая в производстве, подвергается анализу и специальной подготовке, важнейшей операцией которой является осветление и умягчение.

Управление водоснабжения и водоотведения ( ВС и ВО ) предназначено для получения осветленной, умягченной воды, частично-умягченной и подачи ее потребителям;

За последние годы разработаны новые методы обработки воды, внесены существенные изменения в ранее применявшиеся методы, созданы новые типы

водоподготовительной аппаратуры.

1. замена катионита на более совершенный (КУ1 на КУ2);

2. использование дозировочных насосов,

3. внедрение реактора, выполняющего роль ионообменного фильтра, позволяющего снизить жесткость воды, с помощью ионообменных смол (катионитов ).

1. Теоретическая часть

1.1. Назначение и краткая характеристика проектируемого процесса

Назначении Управления ВС и ВО

Управление ВС и ВО предназначено для получения осветленной, фильтрованной, умягченной и частично-умягченной воды и подачи ее потребителям, а также охлаждение обратной воды, возвращающейся из технологического цеха 1-5 очереди завода, для стабилизации ее и подачи в цеха. Общества с определенной температурой для повторного использования в теплообменных аппаратах.

Обеспечение цехов Общества хозпитьевой воды транспортированием стоков хозфекальных, химзагрезненных, ливневых на участок нейтрализации и очистки сточных вод ОАО «Омский каучук».

В состав Управления ВС и ВО входят:

1. 48- административно-бытовой корпус, гараж;

2. 44-300, 112- повысительные насосные станции хозпитьевой воды;

3. Е-7- отделение получения осветленной воды, гараж;

4. Е-3- отделение получения фильтрованной, умягченной и частично-умягченной воды;

5. Е-3-7- отделение получения осветленной, фильтрованной и умягченной воды;

6. 46, 27, 127- блоки оборотного водоснабжения для охлаждения воды после теплообменной аппаратуры цехов 1-5 очереди Общества;

7. 45, 45^а
– насосные для перекачки хозфекальной канализации;

8. 111^а
, 111^б
- повысительные насосные промышленной воды для тушения пожара в цехах Д-1-20, Д-20^а
;

9. 108- склад хлора- предназначен для получения газообразного хлора подаваемого в оборотную воду завода через водоблок 46, 27, 127;

10. Участок по нейтрализации и очистке сточных вод предназначен для механической очистки сточных вод и перекачки первичного ила;

11. Транспортные сети:

Промводоводы речной воды - две линии от насосных станций расположенных на территории «Сибнефть-ОНПЗ»

- промводоводы речной воды на площадке Общества;

- водоводы фильтрованной воды;

- водоводы частично-умягченной воды;

- сеть охлажденной воды;

- сеть отработанной воды;

- сети хозпротивопожарной воды на площадке Общества;

- водовод умягченной воды;

- два трубопровода хлора (рабочий, резервный);

- трубопровод глинозема.

Управление ВС обслуживает канализационные сети на площадке Общества и транспортирует их на очистные сооружения:

- хозфекальная канализация;

- химзагрезненная канализация;

- промливневая канализация.

Назначение отделения Е-3

Отделение Е-3 предназначено для получения умягченной и частично умягченной воды для подачи ее цехам потребления Е-1, Е-4, Е-2, Е-12.

Процесс получения умягченной воды основан на катионитовом методе, который применяется на отделении Е-3-3^а
. в технологии умягчения воды применяется катионит КУ-2-8.

Исходной водой при подготовке умягченной воды служит осветленная вода, которая готовится в отделении Е-7 и подается насосом № 1, 2, 3, 4 для технологического процесса в отделение Е-З.

Осветленная вода по трубопроводу подается на фильтры ионного обмена сверху вниз, проходят через слой загруженного катионита КУ-2-8. При движении воды происходит реакция обмена ионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

нерастворимых солей жесткости на ионы Na
⁺

катионита КУ-2-8. В результате процесса образуются растворимые соли натрия. Такой процесс и называется умягчение воды.

По мере прохождения воды через слой загруженного КУ-2-8 жесткость исходной воды снижается. В процессе фильтрования воды обменная способность катионита падает и начинается увеличение жесткости в выходящей воде из фильтра. Контроль обменной способности катионита производится по анализу жесткости умягченной воды. Отбор проб производится на выходе воды из фильтра ионного обмена. При достижении значения жесткости 0,06-0,07 мг-экв/л фильтр ионного обмена исключается из схемы для проведения регенерации раствором поваренной соли, то есть для восстановления обменной способности катионита КУ-2-8 путем вытеснения поглощенных им при умягчении воды ионов кальция, магния ионами натрия.

Процесс восстановления обменной способности катионита КУ-2-8 фильтра ионного обмена делится на три этапа:

1. взрыхление катионита;

2. регенерация катионита;

3. отмывка.

Взрыхление катионита:

Осветленная вода из отделения Е-7 насосом № 1, 2, 3, 4, подается снизу вверх в фильтр ионного обмена. Сброс воды ведется в ливневую канализацию. Продолжительность взрыхления катионита 30-40 минут. При этом ведется контроль за выносом зерен катионита. Вынос крупных зерен катионита не допускается. Если наблюдается вынос зерен, необходимо снизить скорость взрыхления прикрытием задвижки на подаче воды.

Регенерация катионита:

После взрыхления катионита на фильтр ионного обмена насосом № 29_1,2
из резервуара № 8_1,2
подается приготовленный 6-8 %
раствора поваренной соли

(NaCl). Раствор поваренной соли готовится аппаратчиком подготовки сырья и отпуска полуфабрикатов и продукции в резервуаре № 8_1,2
путем разбавления поваренной соли «Экстра» умягченной водой, поступающей самотеком с фильтра ионного обмена. Затем фильтр отключается и солится в течении 1 часа до полной замены катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

на катионы Na
⁺

.

Отмывка катионита:

Растворимые соли и часть регенерационного раствора соли при отмывке фильтра ионного обмена сбрасываются в канализацию. При снижении жесткости в воде до 0,05 мг-экв/л
фильтр ставится в резерв. Скорость пропуска отмачивания воды через катионит 6-8 м/час
, продолжительностью отмывки 1-2,5 часа.

Полученная умягченная вода после фильтров ионного обмена разделяется на два потока.

1.2Характеристика сырья, материалов, готовой продукции

Таблица № 1 Характеристика сырья, материалов, готовой продукции

Продолжение таблицы № 1

Продолжение таблицы № 1

1.3. Физико-химические основы процесса ионного обмена.

Химизм процесса
.

Натрий-катионирование

Жесткость – показатель, определяющий содержание в воде катионов накипи образователей – кальция и магния.

Общей жесткостью воды называется суммарная концентрация в воде катионов Са²⁺

(кальциевая жесткость) и Mg
²⁺

(магниевая жесткость), то есть карбонатная и некарбонатная жесткость.

Карбонатная жесткость обуславливается совместным присутствием ионов Са²⁺

, Mg
²⁺

и НСО.
Ее называют также временной, так как при нагреве бикарбонаты разлагаются с выделением углекислоты.

Некарбонатной жесткостью называют соли, в которых кальций и магний связаны с анионами сильных кислот (CI^-
, SO, NO₃
так далее).

Умягченная вода путем натрий-катионирования заключается в фильтровании ее через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионита натрия.

При натрий-катионировании жесткой воды происходит следующий катионный обмен:

Са2+ + 2Nа : R - → Са2+ : + 2 Na +	(1.1)
Mg 2+ + 2 Na : R - → Mg 2+ : + 2 Na +	(1.2)

В результате приведенных реакций происходит более или менее полная замена катионитов Са²⁺

и Mg
²⁺

в воде катионита натрия, вследствие чего остаточная жесткость натрий-катионированной воды снижается до 10 мкг-экв/кг
и ниже, щелочность и анионный состав не изменяется, а солесодержание ее несколько возрастает. Последнее объясняется тем, что, как видно из приведенных выше реакций, два катионита Na
⁺

заменяют в воде один катион Са²⁺

или один катион Mg
²⁺

.

Не все катионы извлекаются из растворов катионитами с одинаковой интенсивностью. Для катионитов справедливым бывает, является следующий ряд катионов: Ca
²⁺

>
Mg
²⁺

>
K
⁺

>
NH
>
Na
⁺

, в котором каждый предыдущий катион извлекается из воды катионитом в результате обменной реакции с катионом катионита более интенсивно и в большем количестве, чем последующий. С другой стороны, каждый последующий катионит приведенного выше ряда вытесняется из катионита предыдущим катионом, если они находятся в растворе в сопоставимых концентрациях. Отсюда следует, что при катионировании растворов, содержащих разноименные катионы в концентрациях, соответствующих природным пресным водам, наблюдается не одновременность проскока в фильтрат катионов разной природы и способность одних катионов вытеснять другие, поглощенные ранее катионитом.

Основным достоинства натрий-катионирования является снижение жесткости воды.

Основным недостатком натрий-катионирования является превращение карбонатной жесткости воды в бикарбонат натрия, обусловливающий высокую натриевую щелочность котловой воды, так как в парогенераторе бикарбонат натрия превращается в карбонат гидроокись натрия:

Ca(HCO3 )2 +2Na+ : R- → Са 2+ : + 2NaHCO3	(1.3)
2 NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + ↑ CO 2 + H 2 O	(1.4)
NaHCO 3 + H 2 O → 2 NaOH + ↑ CO 2	(1.5)

Процесс умягченной воды методом катионного обмена изображен графически на рис. 1. Линия ГД
соответствует величине жесткости исходной воды. Кривая АБД
показывает зависимость остаточной жесткости умягченной воды от количества ее, пропущенного через фильтр. При фильтровании вода через катионит от плоскости аб
(рис.1,а) до некоторой плоскости а₀
б₀

происходит ее умягчение. Слой катионита аба₀
б₀
а
, в котором происходит умягчение, называется работающим слоем или зоной умягчения. По мере истощения верхние слои катионита перестают умягчать воду. Вместо них вступают в работу свежие слои катиониты, расположенные под работающим слоем, и зона умягчения постепенно опускается. Через некоторое время после начала работы фильтра в слое катионита образуются три слоя: истощенного 1
, работающего 2
и свежего 3
катионита (рис.1,б).

В начале работы фильтра остаточная жесткость умягченной воды будет весьма малой и постоянной (линия АБ
на рис.1, в) до момента совмещения нижних границ зоны умягчения а₂
б₂

и слоя катионита а₃
б₃

. С момента совмещения этих плоскостей начинается «проскок» катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

и увеличение остаточной жесткости фильтрата (кривая БД
) до жесткости исходной воды в точке Д при полном истощении катионита.

1.истощенный катионит

2.зона умягчения

3.свежий катионит

Площадь АБДГ
(рис. 1,в) эквивалентна полной обменной емкости катионитного фильтра. Площадь БВД
характеризует обменную емкость зоны умягчения, оставшуюся неиспользованной, которая называется остаточной.

Она минимальна в том случае, когда ограничивающие зоны умягчения плоскости а₁
б₁

и а₂
б₂

горизонтальны. В действительности, как показывает опыт эксплуатации промышленных катионитных фильтров, зона умягчения ограничивается искривленными поверхностями, при которых проскок катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

начинается преждевременно вследствие гидравлического перекоса. На кривой истощения катионита (рис. 1,в) этому моменту соответствует точка Б^´

. В результате этого величина используемой емкости поглощения (площадь АБ^´
В´Г
) будет меньше, а остаточная емкость (площадь Б^´
В´Д
) будет больше, чем площадки АБДГ
и БВД
. После того как рабочая обменная емкость полностью исчерпана, и значительная часть обменных катионов заменена катионами кальция и магния, катионит истощается и теряет способность умягчать воду.

В общем виде процесс действия ионообменного фильтра для снижения жесткости воды следующий:

Временная жесткость

2[Kat]Na + Ca(HCO₃
)₂
® [Kat]₂
Ca + 2NaHCO₃

2[Kat]Na + Mg(HCO₃
)₂
® [Kat]₂
Mg + 2NaHCO₃

Постоянная жесткость

2[Kat]Na + CaCl₂
® [Kat]₂
Ca + 2NaCl

2[Kat]Na + CaSO₄
® [Kat]₂
Ca + Na₂
SO₄

2[Kat]Na +MgSO_4
®
[Kat]₂
Mg + Na₂
SO₄

R^-
= Kat

Для восстановления рабочей обменной емкости катионита необходимо извлечь из него задержанные катионы, заменив их обменными катионами. Процесс восстановления обменной емкости истощенного катионита называется его регенерацией. Регенерация истощенного натрий-катионита достигается фильтрованием через его слой раствора поваренной соли (NaCl). Вследствие относительно большой концентрации катионов натрия в регенерационном растворе происходит замена ими поглощенных ранее катионов кальция и магния. Протекающие при этом реакции могут быть выражены следующими уравнениями:

Са2+ : + 2 Na Cl → 2 Na + : R - + СаCl2	(1.6)
Mg2+ : + 2Na Cl → 2Na+ : R- + MgCl2	(1.7)

Поваренная соль применяется для регенерации в основном вследствие ее доступности, а так же вследствие того, что получающиеся при этом хорошо растворимые СаCl₂

и MgCl
₂

легко удаляются с регенерационным раствором и отмывочной водой. В процессе регенерации при фильтровании раствора Na
Cl
сверху вниз через истощенный катионит наиболее полный объем катиона натрия на содержащиеся в катионите катионы кальция и магния происходит в верхних слоях загрузки фильтра. При пропускании через фильтр раствора Na
Cl
в последнем возрастает концентрация вытесняемых из катионита катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

и снижается концентрация катионов Na
⁺

.

Увеличение концентрации противоионов (Ca
²⁺

и Mg
²⁺

) в регенерационном

растворе подавляет диссоциацию истощенного катионита и ослабляет процесс ионного обмена. Возникающий при этом противоионный эффект тормозит реакцию регенерации, в результате чего по мере движения регенерирующего раствора в нижние слои катионита регенерация последнего протекает менее полно и некоторое количество катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

остается не вытесненным из нижних слоев катионита. Для устранения этого недостатка можно пропустить через катионит все новые свежие порции раствора реагента. Но это вызовет значительное увеличение удельного расхода поваренной соли и повышение стоимости обработки воды. Поэтому ограничиваются однократным пропуском регенерационного раствора с количеством соли, превышающим в 3,0-3,5 раза стехиометрический расход, что обеспечивает относительно удовлетворительную регенерацию катионита.

При пропускании через такой отрегенерированный фильтр сверху вниз умягчаемой жесткой воды, содержащей катионы Ca
²⁺

и Mg
²⁺

, она сначала проходит в соприкосновение с наиболее хорошо отрегенерированными слоями катионита, молекулы которого содержат в своей атмосфере почти исключительно катионы натрия. Поэтому в верхних слоях катионита катионный обмен протекает достаточно полно и умягчаемая вода содержит минимальное остаточное количество катионов Ca
²⁺

и Mg
²⁺

. Однако по мере продвижения в нижние слоя натрий-катионита умягчаемая вода в результате обменных реакций обогащается катионами натрия. В этих условиях в результате противоионного эффекта процесс умягчения воды тормозится, и некоторое количество катионов кальция и магния остается в умягченной воде, которая в следствии этого имеет некоторую остаточную жесткость. Этот противоионный эффект, мало ощутимый для мягких вод, становится заметным препятствием для глубокого умягчения сильно минерализованных вод, у которых вследствие замены катионов кальция и магния катионитами натрия создаются высокие концентрации этого противоиона, снижающие эффект умягчения воды.

Следовательно, как полнота регенерации катионита снижается по направлению движения регенерационного раствора, так снижается и глубина умягченной воды, фильтруемой в том же направлении. Если же регенерационный раствор и умягченную воду пропустить в разных направлениях, последняя перед выходом из фильтра соприкасается с наиболее хорошо отрегенерированными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. Такой метод противоточного реагентов на регенерацию катионита, приближаясь к стехиометрическим соотношениям обменивающихся катионитов, не снижая при этом глубины умягчения воды.

1.4 Описание процесса

1.4.1Получение осветленной воды

Речная вода с ОАО ОНПЗ «Сибнефть-Омский» поступает на отделение Е-7 по водоводу Æ 600 мм. Учет ведется по прибору типа «Данфос». Давление поступающей воды 4-4,5 кгс/см²
, температура 7 ^о
С зимой, 20 ^о
С летом.Подача воды осуществляется в смеситель поз. 12_1,2
. Уровень в смесителе поддерживается автоматически регулятором уровня поз. 502_1,2
. Клапан регулятора уровня установлен на трубопроводе подачи речной воды в смеситель. Заградительные сетки, установленные в верхней части смесителя, улавливают посторонние предметы в виде щепы и мусора.

В смесителе осуществляется полное смешение воды с коагулянтом и флокулянтом перед подачей в осветлители. В качестве коагулянта используется алюмохлорид (отход производства цехов гр. «И») или оксихлорид алюминия закупаемый у иногородних производителей.

В качестве флокулянта используется «Праестол-650», который применяется в процессе коагуляции для интенсификации осаждения твердых частиц. Коагулянты применяются для ускорения процессов осаждения примесей воды т.е. происходит процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, коагуляция завершается образованием видимых хлопьев и отделением их от жидкой фазы.

После полного смешения с коагулянтом и флокулянтом вода поступает в осветлители поз. 13_1-12
. Коллектор воды расположен над осветлителями, откуда вода поступает в их нижнюю часть в перфорированные трубы. Через отверстия перфорированных труб вода заполняет осветлитель. Скорость восходящего потока воды 2,2 м/сек. На высоте 2-4 метров в рабочей камере образуется слой взвешенного осадка (видимых хлопьев). Вода, проходя через него, очищается от частиц взвеси, увеличивая при этом объем осадка, избыток которого отводится через осадко-приемные окна в шламо уплотнительные камеры.

Вода прошедшая через слой взвешенного осадка, осветленная и очищенная от взвеси поступает в лоток через сборные желоба затем в резервуар, а далее насосами поз. 1_1-4,
потребителям.

По мере накопления шлама в осветлителях производят отвод шлама в систему канализации. Прием воды в осветлитель прекращают, закрыв запорную арматуру на входе.

Продувка шламо уплотнительных камер ведется одновременно.

Контроль продувки ведется визуально, до чистой воды.

Предусмотрена подача речной воды, минуя осветлители в резервуар, на период вынужденного ремонта смесителей или других ситуаций.

В зависимости от качества речной воды от её температуры (зима, лето) определяется доза и количество подаваемого для коагуляции реагента (алюмохлорида, оксихлорида алюминия, полиоксихлорида алюминия марка Аква-Аурат ТМ-30). Качество осветленной воды анализируется в соответствие с планом аналитического контроля. Отбор проб осветленной воды производится

из напорного коллектора на входе в отделение Е-3.

Порядок подготовки раствора флокулянта

Флокулянты применяются для интенсификации процесса коагуляции. В цехе в качестве флокулянта применяется «Праестол 650».

Рекомендуемая концентрация рабочего раствора 0,1-0,05 %. Рекомендуемая доза составляет 0,4-0,6 мг/л. Готовится раствор в баке поз. 8 куда набирается вода, подогревается вода паром или паровым конденсатом. Медленно рассыпается 1,5 кг. флокулянта в бак при постоянном перемешивании техническим воздухом.

Рабочий раствор подается в смеситель насосом поз. 2_5,7

Порядок подготовки раствора коагулянта

В качестве коагулянта применяется гидроксохлористый алюминий (ГХА) (отход производства цехов гр. «И») и оксихлорид алюминия (ОХА). Различие коагулянтов в том, что в условиях низких температур ГХА не работает. В качестве коагулянта также применяют Аква-Аурат ТМ-30.

Доставляются коагулянты в таре по 1 м³
с концентрацией 210-250 г/дм³
. Коагулянт из емкости сливается в бак, где готовится раствор с концентрацией, установленной распоряжением по цеху с учетом лабораторных заключений.

Разбавление проводится осветленной водой, с постоянным перемешиванием техническим воздухом и контролем концентрации.

Приготовленный раствор коагулянта насосом поз. 2_6,8
подается в смеситель, где происходит полное смешение коагулянта и флокулянта с водой перед подачей в осветлители поз. 13_1-12
.

1.4.2Получение умягченной воды

Исходной водой при подготовке умягченной воды служит осветленная вода, которая готовится в отделении Е-7 и подается насосом № 1, 2, 3, 4 в отделение Е-3-3а.

Давление осветленной воды на вводе в отделение контролируется по техническому манометру. Расход осветленной воды в отделение Е-3-3а измеряется преобразователем разности давлений и регистрируется РСУ (распределенная система управления) поз.510. Давление поступающей осветленной воды измеряется датчиком давления и регулируется РСУ поз.611, регулирующий клапан установлен на вводе в отделение. Предусмотрена сигнализация давления по минимальному и максимальному значению.

После регулирующего клапана поз.611 осветленная вода разделяется на два потока: часть воды подается на фильтры ионного обмена № 10/_1-6
, контроль над давлением поступающей воды осуществляется по техническому манометру; вторая часть подается на узел смешения для получения частично-умягченной воды.

Расход осветленной воды на узел смешения измеряется преобразователем разности давлений и регулируется РСУ поз.514 с коррекцией по уровню в резервуаре № 13. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе подачи осветленной воды на узел смешения.

Осветленная вода по трубопроводу d=300 мм подается на фильтры ионного обмена № 10/_1-6
сверху вниз, проходит через слой загруженного катионита КУ-2-8. При движении воды происходит реакция обмена ионов Са²⁺
и Мg²⁺
нерастворимых солей жесткости на ионы Na⁺
катионита КУ-2-8. В результате процесса образуются растворимые соли натрия.

По мере прохождения воды через слой загруженного катионита КУ-2-8 жесткость исходной воды снижается. Такой процесс и называется умягчение воды.

Полученная умягченная вода после фильтров ионного обмена разделяется на два потока. Первый поток умягченной воды поступает на узел смешения с осветленной водой для получения частично-умягченной воды. Расход умягченной воды на узел смешения измеряется преобразователем разности давлений и регулируется РСУ поз.68а с коррекцией по уровню в резервуаре № 13. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе подачи умягченной воды на узел смешения.

После смешения умягченной и осветленной воды частично-умягченная вода, поступает в барометрическую камеру № 21, а далее самотеком в резервуар № 13. Уровень в резервуаре № 13 измеряется измерителем уровня и регулируется автоматически РСУ поз.60, регулятором расхода умягченной воды поз.68а и регулятором расхода осветленной воды поз.514. Предусмотрена сигнализация уровня в резервуаре № 13 по минимальному и максимальному значению поз.60.

Из резервуара № 13 частично-умягченная вода насосом № 12 _1-3
подается в

цех Е-2. Качество частично-умягченной воды анализируется на выходе из отделения Е-3-3а, точка отбора проб оборудована на нагнетательном трубопроводе насоса № 12_1,2,3
. Давление частично-умягченной воды, подаваемой в цех Е-2, измеряется датчиком давления и регистрируется системой «Эпитер», РСУ поз. 68. Предусмотрена сигнализация давления частично-умягченной воды по минимальному значению. Расход частично-умягченной воды в цех Е-2 измеряется преобразователем разности давлений и регистрируется РСУ и системой « Эпитер» поз. 68. Предусмотрена циркуляция частично-умягченной воды от нагнетания насосов № 12_1,2,3
со сбросом в барокамеру № 21.

Второй поток умягченной воды поступает в трубное пространство теплообменника № 40, где подогревается до температуры 39-45 ^о
С за счет тепла насыщенного водяного пара, поступающего в межтрубное пространство теплообменника № 40 из цеха 28-51. Пароконденсат после теплообменника сбрасывается в барометрическую камеру частично-умягченной воды № 21. Давление пара на вводе в цех контролируется по техническому манометру, измеряется датчиком давления, регистрируется РСУ и системой «Эпитер» поз.509. Предусмотрена сигнализация давления пара по минимальному значению поз. 509. Расход пара в теплообменник измеряется преобразователем разности давлений и регулируется автоматически РСУ поз. 509 с коррекцией по температуре умягченной воды после теплообменника. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе подачи пара в теплообменник. Давление пара, поступающего в теплообменник, контролируется по техническому манометру. Предусмотрена сигнализация температуры умягченной воды после теплообменника № 40 по минимальному значению поз.903. На трубопроводе подачи пара перед теплообменником № 40 установлены сдвоенные предохранительные клапаны со сбросом избытка пара в атмосферу.

После теплообменника № 40 умягченная вода поступает в дегазатор № 11 или № 17, где происходит удаление из воды растворенного кислорода и свободной углекислоты. Удаление газов достигается с помощью вакуума, создаваемого в дегазаторе вакуум-насосом № 6_1,2
или вакуумом, создаваемом в трубопроводе частично-умягченной воды при ее падении с высоты 10 метров, соединенным с трубопроводом вакуума дегазаторов. Давление в дегазаторе измеряется преобразователем разности давления и регистрируется РСУ поз.613. Предусмотрена сигнализация давления по минимальному значению. Удаление газов основано на разности парциальных давлений газов в воде и окружающем пространстве. Обескислороженная умягченная вода после дегазатора поступает в барометрическую камеру № 23 откуда насосом № 1, 3, 5 подается в емкость № 42. Уровень в барокамере № 23 измеряется преобразователем разности давления и регулируется РСУ поз.79. Клапан регулятора установлен на трубопроводе подачи умягченной воды в теплообменник. Предусмотрена сигнализация уровня в барокамере № 23 по минимальному и максимальному значению. Уровень в емкости № 42 измеряется преобразователем давления

поз.87 и регулируется РСУ поз 87а. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе подачи умягченной воды от насоса № 1,3,5 в емкость № 42. Предусмотрена сигнализация уровня в емкости № 42 по минимальному значению поз. 87. Для предотвращения завышения уровня в емкости № 42 предусмотрен трубопровод сброса избыточной умягченной воды в резервуар № 13. Для предотвращения попадания кислорода в умягченную воду из воздуха в емкость № 42 сверху подается азот из цеха Д-7-39. Предусмотрена сигнализация давления азота на вводе в отделение по минимальному значению поз.610. Давление азотной подушки регулируется вручную вентилем в пределах 0,2-0,5 кгс/см²
и контролируется по техническому манометру. Для предотвращения завышения давления азотной подушки в емкости № 42 на трубопроводе подачи азота после регулирующего вентиля установлен гидрозатвор. Умягченная вода насосом № 19/ _1-3
из емкости № 42 подается в цеха-потребители. Качество умягченной воды подаваемой в цеха-потребители анализируется на выходе из отделения Е-3-3а. Точка отбора проб оборудована на нагнетательном трубопроводе насоса № 19_1,2,3.
Расход умягченной воды из емкости № 42 измеряется преобразователем разности давлений и регистрируется РСУ поз.512. Расход умягченной воды в цеха-потребители измеряется преобразователем разности давлений и регистрируется РСУ и системой «Эпитер» поз.82. Давление умягченной воды в цеха-потребители измеряется преобразователем разности давлений и регистрируется РСУ поз.612. Предусмотрена сигнализация давления по минимальному значению.

При сокращении потребления воды цехами-потребителями предусмотрена возможность возврата воды. Сброс избыточной воды производится в барокамеру № 21. Предусмотрена возможность сброса умягченной воды в трубопровод умягченной воды перед клапанной сборкой поз.79. Расход воды на рециркуляцию регистрируется РСУ поз.511 и регулируется РСУ поз.512 с коррекцией по уровню в емкости № 42. Регулирующий клапан установлен на трубопроводе сброса избыточной воды.

Предусмотрена сигнализация давления воздуха КИП, поступающего из цеха Д-7-39, на вводе в отделение по минимальному значению поз.607.

В процессе умягчения воды обменная способность катионита падает и начинается увеличение жесткости в выходящей воде из фильтра. Контроль обменной способности катионита производится по анализу жесткости умягченной воды. Отбор проб производится на выходе воды из фильтра ионного обмена. При достижении значения жесткости 0,06-0,07 мг экв/л фильтр ионного обмена исключается из схемы для проведения регенерации раствором поваренной соли, т.е. для восстановления обменной способности катионита КУ-2-8 путем вытеснения поглощенных им при умягчении воды ионов кальция, магния ионами натрия.

Для проведения регенерации 6-10 % раствор поваренной соли подается в фильтр ионного обмена № 10/_1-6
из резервуаров № 8_1,2
насосом № 29_1,2
. Уровень в резервуарах № 8_1,2
измеряется преобразователем разности давлений и

регистрируется РСУ поз.88,89, соответственно.

Раствор поваренной соли готовится в резервуаре № 8_1,2
путем разбавления поваренной соли «Экстра» умягченной водой, поступающей самотеком из фильтра ионного обмена № 10/_1-6
по перемычке в трубопровод нагнетания насосов № 29/_1,2.
Поваренная соль поставляется в мешках по 50 кг. Поваренная соль в количестве 1500 кг засыпается в резервуар № 8_{1,2 .}
Одновременно в резервуар № 8/_1,2
по гибкому шлангу, который подсоединяется к свободному штуцеру, расположенному на нагнетательном трубопроводе насосов № 29/_1,2
набирается расчетное количество умягченной воды, заданное технологом. Приготовление раствора поваренной соли ведется в течение 4-5 часов при постоянном барботировании техническим воздухом, поступающим из цеха Д-7-39. Предусмотрена сигнализация давления технического воздуха на вводе в отделение по минимальному значению поз.608.

По окончании приготовления отбирается проба на анализ. Измеряется плотность приготовленного раствора. В зависимости от плотности по таблице определяется концентрация приготовленного раствора поваренной соли.

Процесс восстановления обменной способности катионита КУ-2-8 фильтра ионного обмена № 10/_1-6
делится на три этапа:

- взрыхление катионита;

- регенерация катионита раствором соли;

- отмывка.

Для взрыхления катионитаосветленная вода из отделения Е-7 насосом № 1,2,3,4 подается снизу вверх в фильтр ионного обмена № 10/_1-6
. Выход воды ведется обратным ходом из фильтра ионного обмена № 10/_1-6
в ливневую канализацию. Продолжительность взрыхления катионита 30-40 минут. После взрыхления катионита для регенерации в фильтр ионного обмена насосом № 29_1,2
из резервуара № 8_1,2
подается приготовленный 6-10 % раствор поваренной соли (NaCl) в течение 30 минут. При этом производится сброс воды в ливневую канализацию.Затем сброс в канализацию закрывается и в течение 1 часа проводится насыщение катионита солевым раствором.

Отмывка катионита от продуктов регенерации и неизрасходованного раствора поваренной соли производится осветленной водой, растворимые соли сбрасываются в ливневую канализацию. Отмывка катионита заканчивается при снижении жесткости воды до 0,05 мг-экв/л, после чего фильтр выводится в резерв или включается в рабочий цикл.

Точка отбора проб оборудована на выходе из фильтра ионного обмена. Продолжительность отмывки 1-2,5 часа.

1.5 Нормы технологического режима

Таблица №2

1.6 Аналитический контроль процесса

Аналитический контроль (объекта) - определение химического состава и, в отдельных случаях, структуры и свойств вещества и материала объекта аналитического контроля с последующим оцениванием соответствия объекта, установленным требованиям при их наличии.

Аналитический контроль производства обеспечивает оперативное управление производством, осуществляя проведение необходимых анализов.

Контроль цеха Е-3, подготовки воды, производится в лаборатории цеха.

Таблица № 3

Продолжение таблицы № 3

1.7Характеристика устройства и принцип работы основного оборудования

Таблица №4 :

Продолжение таблицы № 4

Продолжение таблицы № 4

Продолжение таблицы № 4

Продолжение таблицы № 4

1.8Охрана труда и экология на производстве

1.Перечень опасных и вредных производственных факторов

1.1. Применение высоко опасного вещества хлора. Хлор ядовит, при вдыхании вызывает удушье, боли в груди, может вызвать отек легких.

Хлор – окислитель, поддерживает горение масел, жиров, растворителей.

Порошки металлов в атмосфере хлора способны к самовозгоранию при комнатной температуре. Хлор с водородом образует взрывоопасную смесь.

1.2. Поражение эл. током в случае прикосновения к токоведущим частям электрооборудования и нетоковедущим металлическим частям оборудования, которые оказались по напряжением в результате пробоя изоляции и замыкания тока на корпус.

1.3. Падение с высоты

1.4. Всем работникам Общества при выполнении работ применять защитные каски на всей территории промышленной зоны предприятия за исключением административно-бытовых помещений

Требования по обеспечению пожаро и взрывобезопасности

- Содержать в чистоте территорию, своевременно очищать от мусора.

- Следить за тем, чтобы проходы и проезды к зданиям, пожарным гидрантам, подступы к противопожарному инвентарю, оборудованию, средствам оповещения были всегда свободными.

- Следить за тем, чтобы курение производилось только в специально отведенных и соответствующим образом оборудованных для этих целей мест.

- Следить за тем, чтобы огневые работы проводились только при наличии наряда-допуска соответствующей формы, должным образом оформленного и согласованного, после окончания работ в течении трех часов наблюдать за местом производства огневых работ.

Порядок уведомления администрации о случаях травмирования работников и неисправности оборудования

1.5.При происшествии несчастного случая необходимо:

- оказать доврачебную помощь;

- вызвать скорую медицинскую помощь;

- доложить о случившемся непосредственному руководителю;

- написать объяснительную о обстоятельствах происшествия;

- сохранить место происшествия в том виде, при котором произошел несчастный случай, если это не создает угрозы рядом работающим.

1.6.При выходе из строя оборудования, оснастки, инструмента необходимо доложить непосредственному руководителю.

Правила личной гигиены и производственной санитарии

1.7. В целях охраны собственного здоровья аппаратчик обязан соблюдать требования производственной санитарии, личной гигиены, проходить в установленные сроки профилактический медицинский осмотр и рентгенографическое обследование.

1.8. Рабочую одежду хранить в отдельной ячейке личного шкафа,

содержать ее в чистоте и по мере загрязнения сдавать в химчистку.

1.9. Употреблять продукты производства для мытья рук, стирки спецодежды запрещается.

2.Требования охраны труда перед началом работы

2.1. Прием смены:

- аппаратчик подготовки сырья и отпуска полуфабрикатов должен прибыть на рабочее место не менее чем за 15-20 минут до начала смены;

- быть в спецодежде, спецобуви и иметь индивидуальные средства защиты;

- доложить начальнику смены о своем прибытии;

- путем обхода проверить состояние оборудования, арматуры, средств КИПиА, коммуникаций, трубопроводов, освещение, вентиляции, средства пожаротушения, газовой защиты, санитарное состояние рабочего места);

- ознакомиться с распоряжениями по Управлению, записями в рабочих листах;

- проверить наличие и правильность хранения исходного сырья, вспомогательных материалов;

- доложить начальнику смены о результатах приема смены.

2.2. Для предотвращения воздействия производственных вредностей на работающего необходимо применять средства индивидуальной защиты (СИЗ): спецодежда, спецобувь. Для предохранения органов зрения и лица, применять очки, маски, щитки. Спецодежда должна регулярно сдаваться в химчистку при цехе 41.

3.Требования охраны труда во время работы

3.1. Не допускать нарушений безопасности выполнения работ.

3.2. При подготовке к ремонту оборудование, трубопроводы необходимо продуть тех. воздухом.

3.3. Следить за исправностью вент систем, оборудования своевременно информировать о неисправностях нач. смены.

3.4. Не допускать работу насосного оборудования без смазки и с вибрацией.

3.5. Не допускается загромождение, захламление помещений и прилегающей территории.

3.6. Подходы, подъезды к зданиям должны быть очищены от снега (в зимнее время).

3.7. Не допускается применение противопожарного инвентаря в хозяйственных целях.

3.8. Для предотвращения аварийных ситуаций не допускается проведение всех видов работ без оформления разрешений и согласования.

3.9. Включение оборудования из ремонта ровно как и вывод оборудования в ремонт производится при наличии распоряжения по Управлению.

3.10. Перемещение соли упакованной по 50 кг в мешки транспортируется в спец. контейнере к месту выгрузки;

При перемещении груза (клеть с солью) и его зацепка производится по схеме строповки;

Пользоваться необходимо только маркированными съемными грузозахватными приспособлениями;

При ручном перемещении груза рабочая одежда должна быть приведена в порядок:

- обшлага рукавов застегнуты;

- надет головной убор;

- одежда заправлена, чтобы не было развевающихся концов;

Инструмент переносится только в спец ящиках, сумках;

Обо всех замечаниях необходимо докладывать нач. смены.

4.Требования охраны труда в аварийной ситуации

4.1. При возникновении аварийных ситуаций доложить начальнику смены и принять меры локализации согласно ПЛАС.

4.2. При пожаре в Управлении:

- окриком предупредить всех работающих о пожаре;

- сообщить в ПЧ, начальнику смены о случившемся и приступить к локализации очага возгорания первичными средствами пожаротушения (если очаг возгорания небольшой).

4.3. При отключении электроэнергии:

- сообщить начальнику смены;

- перекрыть запорную арматуру на насосном оборудовании;

4.4. При отключении тех. воздуха

- сообщить нач. смены;

- перекрыть подачу воздуха в систему барботирования баков.

2 Расчетная часть

Сравнение СМ-1 с катионами КУ-2-8 и С-100 некорректно, т.к они по всем характеристикам значительно превосходят его. За рубежом сульфоуголь не применяют с 60х годов.

Сравнение сильнокислотных катионов КУ-2-8 и С-100 позволяет сделать заключение о том, что С-100 превосходит КУ-2-8 по всем показателям. Кроме того, он обладает высокой осмотической стабильностью и механической прочностью.

Все дальнейшие расчеты будут вестись применительно к катионам С-100 и КУ-2-8 для химической водоочистки тепловых сетей с часовой производительностью 80м³
/ч, а затем сравниться с эксплуатационными показателями этой установки загруженной катионитом С-100 «Пьюролайт»

Качество исходной воды принято следующее:

Катионы Анионы

Са²⁺
=2,5 мг-экв/л HCO₃
= 2,8 мг-экв/л

Mg²⁺
=1,1мг-экв/л CO^2-
₃
= отс.

Na²⁺
= 0,66 мг-экв/л SO^2-
₄
= 0,76 мг-экв/л

К⁺
= – CI^-
= 0,73мг-экв/л

Fe³⁺
= 0,03 мг-экв/л NO₃
= отс.

СО₂
– отсутствие, SiO₂
= 0,1 мг-экв/л, содержание органических веществ – 12,0 мг/л в пересчете на KMnO₄
.

Определим число регенераций при загрузке фильтров КУ-2-8:

n = 24 x Ж₀
х Q_Na
/f_Na
x Нсл. х Е^Na
_р
ха, где

n – число регенераций каждого фильтра в сутки;

Ж₀
– общая жесткость воды, мг-экв/л;

Нсл. – высота слоя катиона в фильтре, м;

f_Na
- площадь фильтрования фильтра, м²
;

Е^Na
_p
– рабочая обменная емкость катионита, г-экв/м³
;

а – количество работающих фильтров.

n_ку
= 24х 3,6х 80/3,14х 1,5х 900х2 = 0,815 рег/сут.

n_см
= 24х 3,6х 80/3,14х 1,5х 230х2 = 3,19 рег/сут.

Регенерацию фильтрующего материала производят технической поваренной солью. Расход 100% соли на регенерацию Nа-катионитового фильтра определяется по формуле:

Q^Na
c = E^Na
_p
xf_Na
xHсл. х дс/1000

Q^Na
c – расход поваренной соли на одну регенерацию фильтра, кг

Дс – уд. расход соли на регенерацию, г/г-экв

Q^Na
c_ку
= 900 х 3,14 х 1,5 х 120/1000 = 509 кг/рег.

Q^Na
c_см
= 230 х 3,14 х 1,5 х 180/1000 = 195 кг/рег.

Расход технической соли в сутки определяется по формуле:

Q_т
.
с
.
= Q^Na
c x n x a x 100/P

Q_т.с.
– расход технической соли на регенерацию, кг/сут.;

Р – содержание NaCI в технической соли, %

Q_т.с.ку
= 509 х 1,63 х 100/92 = 901,8 кг/сут.

Q_т.с.см
= 195 х 6,38 х 100/92 = 1352 кг/сут.

Общий расход воды на регенерацию Nа-катионового фильтра складывается из расходов воды на взрыхляющую промывку, приготовление регенерационного раствора, отмывку от продукта регенерации и избытка поваренной соли.

Расход взрыхляющей промывки фильтров, м³
:

Q_взр.
= i x f_Na
x 60 x t_взр
.
/1000, где

i – интенсивность взрыхляющей промывки фильтров, л/(с х м²
)

t_взр.
– продолжительность взрыхляющей промывки, (мин.)

Q_взр.ку
= 4 х 3,14 х 60 х 20/1000 = 15,1м³

Q_взр.см
= 5 х 3,14 х 60 х 30/1000 = 28,3м³

Расход воды на приготовление регенерационного раствора соли Q_p
, м³
определяется:

Q_p
= Q^Na
c x 100/1000 x b x Pp

b – концентрация регенерационного раствора, %;

Рр – плотность регенерационного раствора, т/м³
;

Q_рку
= 509 х 100/1000 х 9 х 1,0633 = 5,32 м³

Q_рсм
= 195 х 100/1000 х 6 х 1,034 = 3,14 м³

Расход воды на отмывку фильтрующего материала от продуктов регенерации Qот., м³
:

Qот = q от. X f_Na
xHсл,

где q от. – удельный расход воды на отмывку катионита;

Qот_ку
= 6 х 3,14 х 1,5 = 28,3 м³

Qот_см
= 5 х 3,14 х 1,5 = 23,6 м³

Расход воды на одну регенерацию Qс.н., м³
:

Qс.н. = Qвз. + Qр + Qот

Qс.н._ку
= 15,1 + 5,32 + 28,3 = 48,72м³

Qс.н._см
= 28,3 + 3,14 + 23,6 = 55,04м³

Среднесуточный расход на собственные нужды составляет:

Qс.н._ку
= 48,72 х 1,63 = 79,4м³
/сут.

Qс.н._см
= 55,04 х 6,38 = 351,2м³
/сут.

При регенерации Nа-катионовых фильтров кроме солей, содержащихся в исходной воде, сбрасываются продукты регенерации – CaCI₂
и MgCI₂
, а также избыток поваренной соли, которая берется для более глубокой регенерации фильтрующего материала.

Избыток соли, сбрасываемый в дренаж от одной регенерации:

NaCI = (q_c
– 58,44) xfxH сл. х Е^Na
_p
/1000

NaCI – избыток соли сбрасываемый за одну регенерацию, кг

q_c
- удельный расход соли на одну регенерацию

NaCI_ку
= (120 – 58,44) х 3,14 х 1,5 х 900 = 261 кг

NaCI_см
= (180 – 58,44) х 3,14 х 1,5 х 230 = 131,7 кг

NaCI_с-100
= (100 – 58,44) х 3,14 х 1,5 х 1200 = 234 кг

Среднесуточный сброс соли в дренаж составит:

NaCI_{ср ку}
= 261 х 1,63 = 425,4 кг/сут.

NaCI_{ср см}
= 131,7 х 6,38 = 840,2 кг/сут.

NaCI_{ср с-100}
= 234,9 х 1,12 = 263,1 кг/сут.

Анализ работы Na-катионитовой установки тепловых сетей показал, что при средней жесткости исходной воды 3,4мг-экв/л выработка одного фильтра в среднем составила 1637 м³
за рабочий цикл, при этом расход соли на одну регенерацию составил 570 кг. Удельный расход соли составил102,4 г/г-экв. Необходимо отметить, что 30 м³
воды тратится на отмывку от хлоридов, которые не нормируются в тепловых сетях, в то время как жесткость на выходе из фильтра равна 5 мкг-экв/кг.

Фильтр отключается на регенерацию при Ж < 200 мкг-экв/кг. Учет этих факторов практически может снизить расход соли до 95,5 г/г-экв.

ЛИТЕРАТУРА

1.В.Д.Гребенюк, А.А.Мазо «Обессоливание воды ионитами», - М.: Химия, 1980 г.-256с., ил.

2 В.Ф.Вихрев, М.С.Шкроб «Водоподготовка». Учебник для вузов. Под редакцией М.С.Шкроба. изд-2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973г.-416с., ил.

3 В.Ф.Кожинов, «Очистка питьевой и технической воды». Изд-3-е, перераб. и доп. М., 1971г.-304с. ил.

4 Н.Н.Абрамов «Водоснабжение». Учебник для вузов. Изд-2-е, перераб. и доп. М., «Стройиздат», 1974г.-480с., ил.

5 Н.Н.Абрамов, Н.Н.Гениев, В.И.Павлов «Водоснабжение». Учебник для вузов. Изд-3-е, перераб. и доп. М., 1958г.-580с., ил.