книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий
..pdfA.М. КОГАНОВСКИИ, B. Д. СЕМЕНЮК
ОБОРОТНОЕ
ВОДОСНАБЖЕНИЕ
ХИМИЧЕСКИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «БУД1ВЕЛЬНИК»
К И Е В — 1975
6С9.3
К57
УДК 628.543
Когановский А. М., Семенюк В. Д. Оборотное водоснаб жение химических предприятий. Киев, «Буд1велышк», 1975, стр. 232.
В книге описаны современные методы подготовки при родных вод для промышленного оборотного водоснабже ния. Приведены рекомендации по определению качества оборотной воды, сброса сточных вод, образующихся при продувке оборотных систем. Подробно рассматривается технология использования беспродувочного оборотного водоснабжения. Значительное внимание уделено методи ке расчета основных технологических параметров, необ ходимых для проектирования систем оборотного про мышленного водоснабжения, пределов их надежного использования.
Книга предназначена для инженерно-технических работ ников, занимающихся проектированием и эксплуатацией систем оборотного промышленного водоснабжения.
Рисунков 73, таблиц 53, библиография из 50 наименова ний.
© Издательство «Буд1вельник», 1975 г.
30211— 026
67— 75
М203(04)— 75
Высокие темпы развития промышленности, и особенно значительный рост химической промышленности, предусмотрен ный Директивами XXIV съезда КПСС на 1971— 1975 гг., потре бовали существенного усовершенствования систем промышленно го водоснабжения, и в первую очередь увеличения доли оборот ного водоснабжения, разработки технологии, обеспечивающей сокращение сброса сточных вод при продувке оборотных систем и уменьшения их загрязненности, сокращения удельного потреб ления свежей воды.
К воде, используемой в оборотном водоснабжении для отвода избыточного тепла от аппаратуры, предъявляются определенные требования, соблюдение которых уменьшает коррозию материа лов, устраняет в большей или меньшей степени заиливание и обрастание труб, арматуры, инкрустацию теплообменников. В оборотной воде ограничивается содержание взвесей, не допуска ется присутствие сероводорода и трехвалентного железа, ее вре менная (карбонатная) жесткость не должна превышать 3— 4 мг-экв/л. Но даже и при соблюдении этих условий в процессе нагревания и упаривания воды из нее выделяются газы (углекис лота, растворенный кислород) и отлагаются нерастворимые со ли на поверхностях теплообмена и трубопроводов.
Инкрустация теплообменных поверхностей приводит к умень |
|
шению скорости теплопередачи и вследствие этого — к значи |
|
тельному перерасходу охлаждающей воды. Удельный расход |
|
этой |
воды в определенных условиях чрезвычайно велик, напри |
мер, |
на 1 тпродукции в производстве серной кислоты расходует |
ся до 90 м3 воды, азотной |
кислоты— до 250, при |
производстве |
аммиака — до 1050 м3. На |
крупных химических |
предприятиях |
потребление воды, в том числе неочищенной, грубо осветленной, фильтрованной, охлажденной и частично или полностью демине рализованной, достигает 1 млн. м3 в сутки. Поэтому даже отно сительно небольшой перерасход воды в системах охлаждения существенно влияет на экономику производства в целом.
В декабре 1970 г. Верховный Совет СССР утвердил «Основы водного Законодательства Союза ССР и союзных республик», где изложены положения о порядке пользования водами, об их охране и предупреждении загрязнений, о планировании исполь зования вод и их учете. В «Основах» отмечено, что при разме
щении, проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию предприятий, сооружений и других объектов, а также при вве дении новых технологических процессов, влияющих на состояние вод, должно обеспечиваться рациональное использование вод при условии первоочередного удовлетворения питьевых и быто вых нужд населения.
Ведущая роль в оздоровлении водных бассейнов принадлежит технологии производства, так как только разработка комплекс ных технологических процессов с использованием всех отходов может обеспечить полную ликвидацию источников загрязнений и создать реальные предпосылки для улучшения санитарно-ги гиенических условий для населения и предупреждения загрязне ния воздушной среды и водных бассейнов.
Значительного снижения концентрации загрязнений в произ водственных водах можно достичь путем извлечения из них ценных веществ. Практика показывает, что стоимость извлечен ных веществ, как правило, превышает все затраты по их извле чению. Во многих случаях повторное использование воды оказы вается более целесообразным, чем сброс ее даже после самой тщательной очистки в водоемы.
ВОДОПОТРЕБИТЕЛИ. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ. ВОДНЫЙ БАЛАНС ПРЕДПРИЯТИЯ
ВОДОПОТРЕБИТЕЛИ
Химическая отрасль промышленности объединяет производства горнохимические, основной химии, синтеза аммиа ка, азотной кислоты и азотных, удобрений, органического синте за, лакокрасочные, резино-технических изделий и вспомогатель ных продуктов.
Производства органического синтеза подразделяются на более узкие группы — производства тяжелого органического синтеза, хлорорганических продуктов, синтетического каучука, нефтехи мические, химических волокон, красителей и органических полу продуктов, пластмасс и др. Потребление воды и доля оборотного водоснабжения в общем водном балансе этих производств су щественно различаются.
В горнохимических производствах системы прямоточного во доснабжения обеспечивают водой охлаждающие поверхности компрессоров и двигателей подъемных машин. Для приготовле ния пульпы при промывках и растворов реагентов используется оборотная вода. Системы оборотного водоснабжения обеспечи вают также охлаждение подшипников дробилок, шаровых мель ниц и вращающихся сушильных печей обогатительных фабрик. В горнохимических производствах большая часть оборотной во ды почти не нагревается и используется для транспортирования пульпы и флотационных хвостов.
В галургическом производстве калийных солей вода расходу ется на приготовление горячих маточных растворов, а также на вакуумное охлаждение аппаратов и насосов.
На предприятиях основной химии, включающих производства серной кислоты, простого гранулированного суперфосфата, двой ного суперфосфата, кальцинированной соды и фтористого алю миния, вода расходуется в основном на охлаждение систем, в том числе на охлаждение циркулирующих кислот в закрытых ап паратах и на орошение холодильников в производстве кислоты, а также для питания котельных ТЭЦ.
Вода, не соприкасающаяся с технологическими продуктами, используется в системах оборотного водоснабжения. В резуль тате теплообмена она нагревается примерно на 15° и вновь ох лаждается на градирнях. В производстве серной кислоты башен ным способом в печном отделении вода расходуется для охлаж дения экранов печей (умягченная), на питание котлов-утилизато
ров (умягченная), на охлаждение и увлажнение огарка из-под печей, циклонов, электрофильтров, котлов-утилизаторов.
При производстве двойного суперфосфата и кальцинированной соды по аммиачному способу вода расходуется на разбавление серной кислоты, на охлаждение аппаратов и барометрических конденсаторов, охлаждение продукта в оросительных и трубча тых холодильниках. Система водоснабжения — оборотная.
На предприятиях азотной промышленности и продуктов орга нического синтеза, включающих производства азота, аммиака, азотной кислоты, аммиачной селитры и аммиачной воды, моче вины, метанола, капролактама, адипиновой кислоты и этилбен зола, вода необходима для охлаждения газа в закрытых тепло обменных аппаратах и для водно-щелочной очистки газа от уг лекислоты. В процессе использования вода нагревается от 28 до 45°С. При производстве ацетилена предусматриваются два са мостоятельных оборотных цикла водоснабжения: охлаждающей незагрязненной и загрязненной воды. В первом оборотном цикле незагрязненная вода нагревается от 28 до 43°С, во втором — за грязненная вода нагревается от 28 до 50—80°С. Перед повтор ным использованием загрязненная вода очищается от сажи в отстойнике. Освежение оборотного цикла загрязненной воды осуществляется сбросом 10— 12 мг/ч воды со шламом, выводимой из сажеотстойников на сжигание.
Впроизводстве аммиачной воды оборотная вода расходуется для отвода тепла, выделяющегося при поглощении газообразно го аммиака химически очищенной водой, и при этом нагревается от 28 до 38°С.
Впроизводстве этилбензола также применяется оборотная си стема водоснабжения. Вода расходуется на охлаждение и про мывку сырого этилбензола. При этом она нагревается от 25 до 38°С.
На предприятиях тяжелого органического синтеза, производя щих ацетилен (методом электрокрекинга метана), нитрил-ак- риловую кислоту, метиловый эфир метакриловой кислоты, орга ническое стекло, уксусный ангидрид и уксусную кислоту, аце тонциангидрин, синильную кислоту, а также на предприятиях хлорорганического синтеза, производящих хлор и каустическую соду диафрагменным или ртутными методами и органические продукты — хлорметаиовые, цианурхлорид, дифенил-гуанидин и симазин,— вода расходуется, главным образом, на охлаждение продукта в закрытых теплообменных аппаратах. Прошедшая теплообменники вода, не соприкасаясь с технологическими про дуктами, под остаточным напором отводится при температуре 35—40°С на градирни для охлаждения, после чего используется повторно для тех же целей.
В производстве ацетилена методом электрокрекинга метана система водоснабжения организуется в виде двух оборотных цик лов. Первой системой обеспечиваются конденсаторы смешения.
Оборотная вода может содержать следы ацетилена и его гомоло гов и нагревается от 28 до 40°С. Второй системой обеспечивает ся охлаждение продукта в закрытых теплообменных аппаратах. Не соприкасаясь с технологическими продуктами, отработавшая вода при температуре до 35—40°С под остаточным напором по ступает на градирни для охлаждения, после чего используется повторно.
При производстве цианурхлорида, дифенилгуанидина и симазина вода расходуется, в основном, для конденсации паров воды с примесями хлорциана и синильной кислоты, а также для ох лаждения кубовой жидкости, поступающей на нейтрализацию, и цеолита в осушителях хлорциана. В процессе использования во да нагревается до 35°С, не соприкасаясь с технологическими про дуктами. После охлаждения на градирнях она используется повторно.
Нефтехимические производства включают газобензиновые заводы, предприятия по приготовлению этилена, пропилена, по лиэтилена, полипропилена, бутиловых и высших спиртов, синте тических жирных спиртов и циклогексана. Во всех этих произ водствах система водоснабжения оборотная, вода с продуктами и сырьем не соприкасается; однако вследствие различных нару шений герметичности теплообменных систем, разницы давлений в аппаратах с продуктами производства и в системах с оборот ной водой, часть оборотной воды может быть загрязнена нефте продуктами. На газобензиновых заводах две системы оборотного водоснабжения; система с возможным загрязнением воды нефте продуктами и система для незагрязненной охлаждающей воды. В производствах этилена и пропилена вода расходуется на ох лаждение продуктов и сырья в закрытых теплообменных аппа ратах, частично используется на установках кондиционирования воздуха и для химводоочистки. Отработавшая незагрязненная вода перед повторным использованием охлаждается на гра дирнях.
На лакокрасочных предприятиях (к ним относятся и производ ства пигментов) потребителями воды являются производства фенольных смол, эпоксидных смол, карбамидных смол, лаков, водо-эмульсионных красок, а также компрессорные, станции инертного газа, котельные, ремонтно-механические цехи, склады и др. Вода, в основном, расходуется на охлаждение продуктов в закрытых технологических аппаратах, а также для охлаждения подшипников шаровых мельниц краскотерочных машин и т. п. Отработавшая вода не загрязняется и после охлаждения повтор но используется в оборотной системе. В производстве пигментов вода расходуется для приготовления смесей, растворения сырья, очистки отходящих газов и для других целей.
На заводах пластмасс в производствах катионитовых и анионитовых смол, феноло-формальдегидных и карбамидных смол и пресспорошка, пластификаторов винилацетата, полиэтилена
низкого давления, полистирола, ацетатцеллюлозы вода расходу ется на обогрев и охлаждение сульфураторов и грануляторов; на охлаждение конденсаторов и вакуум-насосов; на обогрев и ох лаждение реакторов повторного сульфирования с целью поддер жания необходимой температуры реакционной смеси и на ох лаждение реакционной смеси после выдержки. Вода расходуется также на орошение аппаратов гидравлического рассева, на ох лаждение реакторов термической обработки масла и обратных холодильников. Система водоснабжения — оборотная. При про изводстве феноло-формальдегидных смол расходуется обессо ленная вода для растворения сырья, а при производстве ацетил целлюлозы — умягченная вода, а также вода, охлажденная до +5°С.
На предприятиях резино-технической промышленности, к ко торым относятся шинные и шиноремонтные заводы, заводы ре зино-технических изделий и регенераторного производства, за воды изделий из латексов и сажевые заводы, вода расходуется для охлаждения машин и продуктов. На разных объектах требу ется вода различной температуры, и потребители могут быть под разделены на четыре группы. К первой группе относятся потре бители воды с температурой не выше 14°С, предназначенной для внутреннего охлаждения агрегатов резиносмесителей, вальцов и пр. Вода для потребителей первой группы охлаждается на холо дильной станции, машины которой имеют самостоятельную си стему оборотного водоснабжения с градирнями. Эти станции со-
Таблица 1. Водопотребители и нормы потребления на предприятиях вискозных
волокон [2]
|
|
|
Коэффици |
Водопотребители |
|
ент часо |
|
|
вой нерав |
||
|
|
|
номерности |
Содовые станции |
|
|
3 |
Цехи регенерации отжимной |
|||
щелочи |
|
|
1,2— 1,4* |
Цехи приготовления |
виско |
||
зы и подготовки ее к пряде |
|||
нию |
и |
стан |
|
Кислотные станции |
|||
ции приготовления |
рабочих |
||
отделочных растворов |
|
це |
|
Прядильно-отделочные |
|||
хи: |
|
|
|
шелка |
|
|
— |
штапеля |
|
|
|
корда |
|
|
— |
целлофана |
|
|
— |
Сероуглеродные заводы |
— |
Удельный расход, м*[т
фильтрованной умягченной
00 |
ю 00 |
2,7 |
|
1 |
|
|
1,5 |
61,0—.8,0 |
сл о 0 |
осг> ъ |
7,0—а,о |
|
1 |
|
750,0— 1150,0 |
4,3—Ф,5 |
|
48,0—57,0 |
500,0—600,0 |
|
1.3-М1.0 |
210,0—245,0 |
|
15,0—119,0 |
100,0— 110,0 |
|
8,0—110,0 |
400,0—500,0 |
|
150,0—170,0 |
4— |
* Для фильтрованной воды.
ставляют вторую группу потребителей и могут использовать во ду с температурой до 20—25°С. Потребителям третьей группы необходима вода при температуре 25—27°С. Потребителям чет вертой группы для охлаждения аппаратуры требуется умягчен ная вода. Система водоснабжения для каждой из перечисленных групп объектов оборотная.
На сажевых заводах также применяется оборотная система водоснабжения. При этом отработавшая загрязненная вода пода ется насосами в отстойники для осветления, а затем охлаждает ся на градирнях.
Для предприятий химических волокон, охватывающих произ водства искусственного вискозного шелка, искусственного ви скозного штапельного и кордного волокна, искусственной вискоз ной целлофановой лакированной пленки, искусственного медно аммиачного штапельного волокна, искусственного ацетатного шелка, синтетических волокон — нитрона (штапеля), капрона (шелка и корда), анида и лавсана, а также производства серо углерода, основные водопотребители и нормы потребления воды приведены в табл. 1.
В производстве синтетических моющих средств и жирных ки слот вода расходуется на охлаждение закрытой теплообменной аппаратуры и приготовление композиций. Наряду с оборотной системой водоснабжения применяется и прямоточная. Оборотная вода должна иметь температуру не выше +25°С.
На кислородных и ацетиленовых станциях вода для охлажде ния технологической аппаратуры поступает, как правило, из об щезаводской оборотной системы, однако может быть предусмо трена и самостоятельная система оборотного водоснабжения спе циально для кислородных станций. Система водоснабжения аце тиленовых станций прямоточная, с повторным использованием в других производствах.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ
техн и ч ес к о й ВОДЫ
На современных химических предприятиях вода рас ходуется преимущественно для охлаждения действующих агре гатов, для питания котлов, очистки выпускаемого продукта, как составная часть выпускаемой продукции, для перемещения ма териала и устранения промышленных отбросов.
Требования к качеству воды, подаваемой на производственные нужды, в каждом конкретном случае зависят от назначения воды и установленного технологического оборудования. В системах водоснабжения с последовательным прямоточным использовани ем воды она не должна выделять карбонатных отложений, вызы вать коррозию и способствовать биологическим обрастаниям теп лообменных аппаратов, сооружений, коммуникаций и оборудова ния.
Группа термостабильности |
Скорость карбонатных отложений |
|
||
|
|
Балл .термоста |
||
воды |
г1м2-ч |
мм в мес. |
бильности воды |
|
|
|
|||
I. Совершенно термоста |
0 |
0 |
1 |
|
бильная |
||||
II. Термостабильная |
Менее 0,3 |
Менее 0,1 |
2 |
|
III. Ограниченно термо |
0,3—1,5 |
ОД—0,5 |
|
|
1,5—3 |
0,5—*1 |
4 |
||
стабильная |
||||
IV. Нетермостабильная |
3—15 |
1—5 |
5 |
|
Более 15 |
Более б |
6 |
Термостабильность оборотной воды рекомендуется определять по шестибалльной шкале (табл. 2).
При непосредственном контакте воды с продуктом и использо вании ее в качестве среды, поглощающей и транспортирующей примеси, количество взвешенных веществ и их крупность уста навливаются для каждого отдельного производства. При этом за счет выбора соответствующей скорости должна исключаться возможность осаждения взвесей по пути движения воды.
На рис. 1 приведена допустимая концентрация взвеси в охлаж дающей оборотной воде в зависимости от скорости воды в тепло
|
|
|
обменных аппаратах. |
При |
необ |
||
|
|
|
ходимости добавочная |
и оборот |
|||
|
|
|
ная вода должна очищаться от |
||||
|
|
|
механических примесей. |
|
|||
|
|
|
Вода, используемая для охлаж |
||||
|
|
|
дения продуктов или сырья через |
||||
|
|
|
стенки теплообменной |
аппарату |
|||
|
|
|
ры, должна быть освобождена от |
||||
|
|
|
избытка взвешенных веществ, яв |
||||
|
|
|
ляющихся цементирующей |
осно |
|||
|
|
|
вой |
отложений |
карбоната |
каль |
|
|
|
|
ция. Охлаждающая вода не дол |
||||
Рис. |
1. Допустимая концентрация |
жна |
содержать |
сероводорода и |
|||
железа, ее карбонатная жесткость |
|||||||
взвеси в охлаждающей |
оборотной |
не может превышать 2—7 |
мгХ |
||||
воде |
в зависимости от |
скорости |
|||||
воды |
в теплообменных |
аппаратах. |
Хэкв/л (в зависимости от темпе |
||||
|
|
|
ратуры нагрева |
воды и содержа |
ния в ней свободной углекислоты). Промышленная вода не дол жна вызывать коррозии углеродистой стали или других металлов, соответствующих III и IV группе стойкости, т. е. характеризую щихся не более чем 5—6 баллами коррозионной стойкости по принятой в СССР десятибалльной шкале, приведенной в табл. 3.
Показатели, характеризующие коррозионную активность обо ротной охлаждающей воды по отношению к углеродистой стали, приведены в табл. 4.