книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

Таблица 4. Показатели для ориентировочной оценки агрессивности (коррозион­ ности) оборотной охлаждающей воды по отношению к углеродистой стали [3]

Критерий слабой агрессин

(коррозионная Показатели стойкость Усиление агрессивности воды

металла 5—6 баллов)

Требования к качеству воды, применяемой для охлаждения агрегатов промышленных предприятий, приведены в табл. 5.

В отдельных случаях мутность воды, подаваемой в конденса­

торы, переохладители, компрессоры и др., должна быть не более 2 мг/л.

Содержание взвешенных веществ в воде, направляемой в холо­ дильники на заводах азотной промышленности, составляет 10— 50 мг/л; щелочность воды не должна превышать 2— 3 мг-экв/л. Кроме того, в этой воде не должны содержаться вещества, спо­ собные вызывать биологические обрастания охлаждающих по­ верхностей аппаратуры, а также вызывать коррозию бетона, ап­ паратуры, теплообменников и нержавеющей стали либо способ­ ствовать отложению карбоната кальция и других солей в трубо­ проводах и производственной аппаратуре.

И

Для заводов и цехов пигментной промышленности вода очища­ ется только от грубых механических примесей. Содержание взве­ шенных веществ в воде не должно превышать 30 мг/л и, как ис­ ключение, может составлять до 100 мг/л. При производстве дву­ окиси титана к воде предъявляются следующие требования: жесткость общая — 3 мг-экв/л; железо общее — до 0,2 мг/л; су­ хой остаток — до 100 мг/л, максимальная температура 28°С. Кроме этого, в производстве двуокиси титана применяется также умягченная вода.

В производстве карбамидных смол оборотная вода расходует­ ся на охлаждение холодильников, полимеризаторов, конденсато­ ров и др. Температура воды в летнее время должна быть не вы­ ше 25°С, карбонатная жесткость — не более 4 мг-экв/л, количе­ ство взвешенных веществ — до 60 мг/л. К обессоленной воде этих производств предъявляются следующие требования: общее солесодержание — не более 5 мг/л\ содержание кремния — не более 0,2 мг/л\ содержание железа — десятые доли мг/л.

В производстве уксусного ангидрида расходуется оборотная техническая вода с температурой 25°С и охлажденная вода с тем­ пературой 5°С.

При производстве хлопковой целлюлозы расходуется умягчен­ ная вода с общей жесткостью не более 0,18 мг-экв/л, содержа­ щая лишь следы взвешенных веществ и железа и имеющая ми­ нимальную окисляемость.

Оборотная вода, применяемая в производстве жирных кислот, должна иметь температуру не выше 25°С.

К качеству оборотной воды кислородных станций предъявля­ ются следующие требования: температура воды не должна пре­

ВОДНЫЙ БАЛАНС ПРЕДПРИЯТИЯ

При решении задачи размещения предприятий хими­ ческой промышленности одним из главных документов, который служит осноеой для разработки проектов водоснабжения и кана­ лизации, является схема водоснабжения, канализации и исполь­ зования водных ресурсов, составляемая для районных планиро­ вок области или экономического района. Размещению новых и развитию существующих предприятий часто препятствуют усло­ вия спуска сточных вод. Поэтому тщательному анализу внутриплощадочных балансовых схем водоснабжения предприятия, расчетам возможного разбавления сточных вод в водоемах и обоснованию выбора методов водоподготовки и очистки про­ мышленных сточных вод следует придавать первостепенное зна­ чение.

На предприятиях химической промышленности основную роль в водоснабжении играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода вновь ох­ лаждается в градирнях, брызгальных бассейнах или других уст­ ройствах и циркуляционными насосами возвращается в тепло­ обменники. При этом она многократно и последовательно под­ вергается физико-химическим воздействиям — упаривается, на­ гревается, охлаждается, аэрируется, многократно соприкасается с охлаждаемой поверхностью и в результате этого частично те­ ряется при испарении, капельном уносе в атмосферу и постепен­ но становится более минерализованной. Часто при этом стабиль­ ность воды нарушается, она становится коррозионной или спо­ собной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливается пыль и продукты коррозии. Поэтому для попол­ нения потерь оборотной воды и восстановления ее качества си­ стемы оборотного водоснабжения получают подпитывающую во­ ду. Подпитывающая и оборотная вода различаются по качеству.

Оборотное водоснабжение может быть осуществлено в виде единой системы для всего промышленного предприятия или в ви­ де отдельных циклов для одного или группы цехов. Количество систем оборотного водоснабжения на предприятии устанавлива­ ется с учетом особенностей и характера производства, назначе­ ния воды, требований к ее качеству, температуре, давлению. При решении этого вопроса принимается во внимание генераль­ ный план предприятия, размещение потребителей воды на ген­ плане, а также сопоставление технико-экономических показате­ лей различных вариантов.

С целью уменьшения диаметров и протяженности труб комму­ никаций, при соответствующем обосновании, следует преимуще­ ственно предусматривать на предприятии раздельные системы оборотного водоснабжения отдельных производств, цехов или установок при максимально возможном приближении сооруже­ ний оборотного водоснабжения к потребителям воды. Последо­ вательное или прямоточное использование воды для производ­ ственных нужд и сброс отработавших и очищенных сточных вод в водоем можно допускать только в случаях достаточно надеж­ ной технологии очистки их или при явной нецелесообразности систем оборотного водоснабжения.

В обычных системах оборотного водоснабжения, не имеющих специфических загрязнений технологическими продуктами, пред­ отвратить повышение минерализации в оборотной воде можно путем продувки (сброса части оборотной воды) и пополнения системы подпитывающей водой. На химических предприятиях это осложняется следующими обстоятельствами: из-за попада­ ния в систему оборотного водоснабжения продуктов выработки предприятия воды, сбрасываемые при продувке системы, оказы­ ваются существенно загрязненными, в связи с чем их сброс да­ же после очистных сооружений жестко ограничивается. Кроме

того, коррозионная стойкость теплообменной аппаратуры и ком­ муникаций обеспечивается лишь при соблюдении оптимального узкого интервала pH и при незначительном содержании солей в воде. Для таких систем рекомендуется применять корректировку

Рис. 2. Схемы оборотного водоснабжения:

pH оборотной воды путем подкис­ ления либо частичного Н-катионирова- ния, а также осуществлять мероприя­ тия, снижающие интенсивность роста солесодержания.

В зависимости от качества исходной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть об­ щего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (коррекцион­ ная обработка, умягчение, обессолива­ ние, хлорирование, удаление взвесей и т. д.). Отработанная вода, использу­ емая в производстве, и вода, расходуе­ мая на собственные нужды водоочист­ ных установок (сбросы от регенерации ионитовых фильтров, промывные воды от осветлительных фильтров, потери воды с осадком при продувке от­ стойников), не всегда могут возвра­

щаться в циркуляционную систему и частично сбрасываются в сточные воды. В таких случаях этот расход воды следует учиты­ вать в общем балансе системы.

В обороте могут использоваться три категории воды, соответ­ ствующие трем основным схемам оборотного водоснабжения (рис. 2). Первая схема используется, если вода в производстве не загрязняется, а лишь нагревается и изменяется ее термоста­ бильность. В этом случае отработавшая вода охлаждается, ча­ стично выводится из системы (продувка) и вновь подается на то же производство, пополненная исходной водой источника водо­ снабжения (рис. 2, а).

Вторая схема применяется, когда вода в производстве не на­ гревается, но загрязняется. В этом случае вода подвергается только очистке (отстаиванию, фильтрованию) и вновь подается на то же производство (рис. 2, б).

Наиболее сложный случай отражает схема, когда вода в про­ изводстве нагревается и загрязняется. Такая отработавшая во­ да перед возвращением на производство охлаждается, частично выводится из системы, подвергается очистке и пополняется ис­ ходной водой источника водоснабжения (рис. 2, в).

Потребность воды для производства может устанавливаться по «Укрупненным нормам расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции или сырья», разработанным ВНИИВодгео.

В настоящее время для пополнения систем оборотного водо­ снабжения используются очищенные сточные воды. Критерием рациональной системы оборотного водоснабжения является ко­ эффициент использования воды:

где С?забор и QcCpac — забор воды из источника и сброс сточных вод в водоем.

На передовых предприятиях И составляет 0,85—0,95, некото­ рые предприятия прекратили сброс сточных вод и достигли

И=1,0.

Взарубежной практике известны случаи, когда очищенные бытовые сточные воды используются для промышленного и питьевого водоснабжения. Так, например, в водопроводную сеть города Видгоек в Южно-Африканской республике подается очи­ щенная сточная вода [15]. Вода подвергается очистке по сле­ дующей технологической схеме: вначале после биологических очистных сооружений либо после первичных отстойников стоки направляются в камеру смешения флотатора, в которую подает­ ся известь-пушонка (доза извести назначается такой, чтобы было достигнуто р Н = 11,0— 11,5). Применение извести обусловлено тем, что в США отработан способ регенерации извести из осад­ ка сточных вод; кроме того, умягчение известью снижает солесодержание воды и может быть использовано для обработки не только воды после полной биологической очистки, но и воды, про­ шедшей только первичный отстойник. При pH свыше 11 аммо­ нийный азот переходит в растворенный в воде аммиак; это по­ зволяет удалить до 90% аммонийного азота простой продувкой воды воздухом В скруббере.

Во флотаторе вода пребывает 20 мин, затем обрабатывается в

скруббере. Для снижения pH воды до 9,8— 10,2 ее стабилизиру­ е т углекислотой. Стабилизатор, рассчитанный на 20-минутное Пребывание, выполнен в виде осветлителя со взвешенным фильт­ ром. Перед стабилизатором вода коагулируется железным ку­ поросом (30 мг/л).

Результаты обработки сточной воды приведены на рис. 3, 4. Как видно из рис. 3, несмотря на исчезновение аммиака или

солей аммония и аммонийного взттга сргааичьсцнк «©единений,

после обработки воды в системе очистных сооружений содержа­ ние общего азота лишь незначительно снижается. Это является следствием процессов нитрификации, приводящих к окислению большей части аммонийного и амминного азота в нитраты и нитриты.

Рис. 3. Изменение качества очищенных сточных вод по этапам очистки:

мг/л: е — химическое потребление кислорода, мг/л. Пунктирной линией обозначена исходная вода-сток после первичного отстойника, сплошной — после полной биологи­ ческой очистки; I — исходная сточная вода; II — вода после флотатора; III — после скруббера; IV — после стабилизатора; V — после фильтра; VI — после пеноотделителя; VII — после хлорирования; V III— после фильтра с активным углем.

временная жесткость и солевой состав снижаются до минимума. Коагуляция железным купоросом ускоряет выпадение углекис­ лого кальция в осадок. Из стабилизатора вода поступает на ско­ рые фильтры, а после фильтров в пенообразователь — барботер, оборудованный системой аэраторов. Пена собирается с поверх­ ности воды в пеноотделитель. В контактном резервуаре, рассчи­ танном на 40-минутное пребывание, вода хлорируется, а затем перекачивается на фильтры с активным углем, из которых попа­ дает в резервуар чистой воды.

Высокая гидратная щелочность, получаемая благодаря боль­ шим дозам извести, разрушает бактерии и вирусы (см. рис. 5).

Если очищенная сточная вода используется для охлаждения, необходимо предусматривать дополнительные меры против раз­ вития водорослей в градирнях и охлаждаемой аппаратуре. Если

охлаждаемое оборудование имеет бронзовые и медные детали, то охлаждающая вода не должна содержать аммиак, который разъедает их. Использование сточных вод для промышленных целей лимитируется только стоимостью очистки до нужного ка­ чества.

Как известно, система оборотного водоснабжения наполняется

т. е. потери компенсируются добавляемой водой. Убыль воды из системы оборотного водоснабжения складывается из следующих потерь.

1. Потери воды в производстве, в местах ее использования

(Ж).п). Величина этих потерь определяется технологическим расчетом и может быть вычислена как разность количества по­ даваемой и количества отводимой от производства воды в м3/ч.

2. Потери воды на сооружениях осветления и подготовки воды (И70с ). В эти потери входят:

потери воды при промывке кварцевых фильтров — 3— 5%; потери воды при чистке или продувке отстойников или освет­

лителей — 1,5— 3%; ионообменное умягчение воды 6— 10%;

ионообменное обессоливание воды — 10—20%.

Потери воды в циркуляционных системах, где она использует­ ся для охлаждения промышленных аппаратов, в основном, опре­ деляются испарением в водоеме-охладителе непосредственно с водной поверхности и через водную растительность. Кроме того, часто неизбежны дополнительные потери воды вследствие филь­ трации через дамбы и основания сооружений. В начале эксплуа­ тации водоема-охладителя или осветлителя они обычно больше, но затем постепенно уменьшаются по мере кольматации пор в основании и ограждающих дамбах пруда.

3. Потери воды в результате испарения при охлаждении (QHCH ) возникают только тогда, когда применяются охладители открытого типа, т. е. где вода, используемая в качестве теплоно­ сителя, охлаждается непосредственно при контакте с атмосфер­ ным воздухом. В таких случаях величина потерь определяется из теплового расчета охладителя, а при отсутствии расчета — по приближемной формуле

Гнсп = Д tW0, мя1ч, (2 )

где k\ — коэффициент потери воды на испарение, принимаемый для градирен и брызгальных бассейнов в зависимости от темпе­ ратуры воздуха — по сухому термометру. Значение коэффициен­ та k\ при охлаждении воды в брызгальных бассейнах и градир­ нях составляет при температуре воздуха 0°С — 0,0010; 10° — 0,0012; 20° — 0,0014; 30° — 0,0015;

At— температурный перепад охлаждения воды, град С (вы­ числяется как разность температур отработавшей воды t2 и воды, подаваемой потребителю, ?i);

Wo — количество воды, отводимой от производства на охлаж­ дение, м3/ч (при охлаждении закрытых теплообменных аппара­ тов W0= W „ — количеству подаваемой производству воды).

Для прудов-осветлителей оборотной воды и прудов-охладите­ лей в зависимости от естественной температуры воды в водоеме коэффициент k\ определяется следующим образом: при естест­ венной температуре воды в водоеме 0°С — 0,007; 10° — 0,0009; 20° — 0,0011; 30° — 0,0013.

Для теплообменников оросительного типа потери воды на ис­

Потери воды из-за испарения оборотной воды в пруде-освет­ лителе в системах, где вода выполняет роль поглотителя тепла и среды для транспортирования механических примесей, могут быть вычислены по формуле (2) Д /= 1 , a ki выбирают на осно­ вании приведенных выше данных.

4. Потери воды из системы под действием ветра и в результате капельного уноса зависят от типа, конструкции и размеров охладителя, а для открытых охладителей — и от скорости ветра.

Потери на унос из водоохлаждающего устройства определяют­ ся по формуле

брызгальных бассейнов производительностью до 500 м3/ч— 0,02—0,03; свыше 500 м3/ч— 0,015— 0,02; для брызгальных гра­ дирен и открытых градирен с простыми жалюзи — 0,01— 0,015; для открытых градирен с решетчатыми жалюзи и башенных гра­ дирен— 0,005—0,001; для вентиляторных градирен с водоуловителями — 0,003—0,005.

Открытые теплообменные устройства оросительного типа до­ полнительно теряют воду, уносимую ветром. Величина потерь

на унос воды WyK из оросительных холодильников определяется

где k3— коэффициент потерь воды на унос из оросительных хо­ лодильников (может быть принят равным 0,05—0,01);

W„ — количество охлаждамой оборотной воды, м3/ч. Приведенные потери из системы называются естественными и

суммарно составляют:

Восполнение потерь в системе осуществляется количеством во­ ды, определяемым из формулы

5. В некоторых случаях с целью поддержания в оборотной воде постоянной концентрации какого-либо растворенного ве­