Вимоги до якості води, що охолоджує оборотних систем водопостачання

Вимоги до якості води, що охолоджує оборотних систем водопостачання - сторінка №1 / 1

Вимоги до якості води, що охолоджує оборотних систем водопостачання

Вимоги до якості води, що охолоджує визначаються умовами її використання в конкретних технологічних схемах з урахуванням специфіки виробництва. Проте, всі вони зводяться до забезпечення високоефективної роботи теплообмінного обладнання, інженерних споруд і комунікацій, що входять до складу оборотного комплексу. Для успішної реалізації цього завдання необхідно здійснювати проведення таких водних режимів, при яких на поверхні охолоджуючих елементів і в самій системі практично не повинно виникати активних корозійних процесів і утворення будь-яких сольових, механічних і біологічних відкладень. В іншому випадку порушуються нормальні умови теплопередачі, які призводять до зниження продуктивності основних технологічних потоків і обладнання, а також якості вироблюваної продукції-збільшуються енергетичні витрати циркуляційних насосних станцій на подолання додаткових гідравлічних опорів в охолоджуючих контурах- різко погіршуються експлуатаційні характеристики оборотних систем-відбувається руйнування конструкційних матеріалів.

Водний режим оборотних систем істотно відрізняється від режиму прямоточних систем. Багаторазовий нагрів оборотної води і її подальше охолодження в градирнях і бризкальних басейнах призводить до втрат рівноважної вуглекислоти і відкладенню на поверхні теплообмінників і холодильників головним чином кальцієвих карбонатних відкладень відповідно до реакцією

Розчинність карбонату магнію значно більше, ніж карбонату кальцію, і тому MgCO3 входить до складу накипу в незначній кількості в результаті співосадження з СаСО3. Однак при обробці додаткової води вапном з метою її пом`якшення при значеннях рН > 10 в результаті гідролізу утворюється малорастворимое з`єднання - гідроокис магнію:

Природні води, що використовуються в схемах технічного водопостачання, в яких не відбувається випадання солей карбонатної жорсткості при температурі 40-60 ° С прийнято називати термостабільними. Для оцінки термостабильности оборотної води застосовують шестибальною шкалу.

Практично карбонатні жорсткість термостабільних вод не перевищує 2-3 мг? Екв / л для оборотного водопостачання і 4 мг? Екв / л - для прямоточного.

Обмежено термостабільні - природні води, що викликають карбонатні відкладення тільки в міру накопичення солей кальцію в результаті упарювання, мають карбонатну жорсткість не більше 4 мг? Екв / л.

Нетермостабільние - води з карбонатною твердістю понад 4 мг? Екв / л, у яких при відносно невеликому нагріванні відразу ж спостерігається випадання СаСО3.

При роботі оборотних систем з обмеженими добавками підживлювальної води, а, отже, при великих коефіцієнтах концентрування солей зміст сульфату кальцію досягає межі розчинності в циркуляційної води, і він в залежності від температури води і наявності в ній певних домішок може випадати з розчину у вигляді дигідрату CaSO4 ? 2H2O і ангідриту CaSO4.

Швидкість відкладення карбонату кальцію та інших солей не повинна перевищувати відповідних меж, тому потрібно обмежити карбонатні жорсткість і вміст сульфатів у вигляді витрачається на підживлення охолоджувальних оборотних систем. Крім того, в зворотному і додаткової воді лімітується концентрація зважених речовин, так як зважені речовини можуть формувати в теплообмінниках шар відкладень, знижуючи, таким чином, коефіцієнт теплопередачі. При швидкості руху рідини 1 м / с і концентраціях грубодіспергірованних домішок в оборотній воді 150мг / л і 1000 мг / л коефіцієнт теплопередачі знижується відповідно на 20 і 35%. У свою чергу, збільшення швидкості руху води в трубках теплообмінних апаратів призводить до зменшення інтенсивності утворення механічних відкладень. За деякими даними, мінімальна самоочищення швидкість руху рідини, що забезпечує винос і транспортування механічних домішок (піску, накипу та інших суспензій) розміром 0,1-4мм з охолоджуваних елементів, становить 0,01-0,5м / с. При наявності в оборотній воді окалини швидкість циркуляційного потоку повинна бути не менше 0,8-1 м / с.

(7)

де? С - приріст концентрації зважених речовин в оборотній воді при проходженні її через градирню, г / м3,

Звезення - запиленість атмосферного повітря, мг / м3;

К - емпіричний коефіцієнт, що змінюється в межах 0,93-1,45 при щільності зрошення від 10 до 6 м3 / (м2? Ч).

Зважені речовини, наприклад, такі, як пісок, осідають в пазухах холодильників, забивають трубну систему теплообмінників, відкладаються на окремих ділянках комунікацій, а дрібнодисперсні включення, що входять до складу карбонатних і сульфатних відкладень, викликають підвищення їх міцності.

Отже, допустима концентрація зважених речовин в циркуляційної води залежить від гідравлічної крупності частинок і від швидкості руху води в теплообмінних апаратах. Виходячи з вимог щодо змісту зважених речовин, що пред`являються до якості оборотної води, можна визначити їх максимально допустиму концентрацію в подпиточной воді і таким чином встановити оптимальну кількість механічних домішок, що підлягають виведенню з системи.

Накопичення зважених речовин в холодильниках і комунікаціях спостерігається також при розвитку біологічних обростань, які акумулюють механічні домішки, що знаходяться в оборотній воді.

До складу біологічних обростань входять різноманітні бактерії, водорості, гриби, найпростіші і більш складні організми тваринного походження, що належать до різних систематичних груп. На розвиток біоценозу істотний вплив роблять фізико-хімічні та бактеріологічні показники якості води джерел водопостачання, погодно-кліматичні умови, сезонність, характер виробництва, технологічна схема охолодження і обробки оборотної води і т. Д. Зі збільшенням вмісту в оборотній воді органічних сполук, розчиненого кисню , а також біогенних елементів інтенсивність біообростання різко зростає.

У закритих теплообмінних апаратах і комунікаціях в біоценоз обростання входять слизеобразующие і нитчасті форми, а також сіро і железобактерии.

До серобактериям відносяться безбарвні нитчасті, великі овальні і круглі бактерії, спірили, для розвитку яких необхідні сірководень і кисень. Серобактерии в процесі життєдіяльності окислюють H2S до S і при нестачі сірководню виділяють сірчану кислоту, яка викликає сульфатную корозію, що приводить до руйнування дерев`яних і залізобетонних конструкцій.

Залізобактерій витягують з води розчинене закисное залізо і окислюють його до освіти малорастворимого гідрату заліза, що забиває трубопроводи. Вид железобактерий, переважаючих в системах оборотного водопостачання, в більшій мірі залежить від вмісту у воді органічних речовин. При перманганатная окислюваність до 5-7 мг / л і значеннях рН, близьких до нейтрального в залізистих водах, в основному розвиваються одноклітинні железобактерии - галліонелла. При окисляемости близько 17 мг / л в обростаннях домінуюче місце належить нитчатим бактеріям - лептотріксом. При наявності у воді безазотистих органічних речовин основну масу біообростання становить кладотрікс.

Роль железобактерий в біокоррозіі металів остаточно не вивчена, проте під обростаннями железобактерий на поверхні металу зустрічаються каверни діаметром до 15 мм і глибиною до 7 мм.

В анаеробних умовах, що мають місце в щільних густих обростаннях, розвиваються сульфатредуцирующие бактерії. Сульфатвосстанавлівающіе бактерії окислюють органічні речовини киснем сульфатів і відновлювана при цьому сірка (до H2S) перетворюється в малорозчинні сульфіди заліза. Відкладаються на внутрішній поверхні трубопроводів характерні чорні пластівці розносяться потоком циркуляційної води по всьому тракту.

Аналогічна ситуація складається при зміні умов існування або направленому впливі призводять до загибелі і відмирання біообростання, внаслідок чого також відбувається утворення сірководню та посилення електрохімічної корозії металу.

При розвитку обростань з молюсків, ракоподібних і інших організмів, які будують вапняні раковини, можливо відкладення карбонатів на стінках труб і всередині холодильників.

У теплообмінних апаратах відкритого типу і охолоджувачах у формуванні біоценозу беруть участь бактерії, зелені і синьо-зелені водорості, найпростіші одноклітинні організми, черви, коловертки і гриби. Останні разом з ілообразующімі бактеріями руйнують дерев`яні конструкції градирень.

Серйозні перешкоди при експлуатації відкритих систем оборотного водопостачання створюють водорості. Вони роблять значний вплив на хімічний склад оборотної води, так як в процесі фотосинтезу здатні поглинати розчинену у воді вуглекислоту і виділяти кисень. У зв`язку з цим в охолоджувальних системах протягом доби спостерігаються циклічні коливання рН, стабільності і корозійної активності оборотної води. Крім того, водорості можуть бути живильним середовищем для інших представників біоценозу, стимулюючи, таким чином, їх подальший розвиток і зростання. При обростанні водоростями зрошувачів і водовловлювачів охолоджуюча здатність градирень знижується більш ніж на 15%.

Заростання охолоджуючих водойм рослинністю призводить до скорочення поверхні випаровування і підвищення температури оборотної води, що надходить в теплообмінники.

Таким чином, країни, що розвиваються на теплообмінних поверхнях апаратів, в комунікаціях і охолоджувачах біологічні обростання знижують ефективність роботи оборотних систем технічного водопостачання, викликають біологічну корозію металів, надають руйнівний вплив на дерев`яні і залізобетонні конструкції, скорочуючи термін їх експлуатації. Тому величина швидкості росту біологічних обростань теплообмінних апаратів так само, як і інших споруд оборотних систем, повинна бути обмежена допустимою величиною. Для задоволення цих вимог необхідно лімітувати зміст органічних речовин і біогенних з`єднань, як в зворотному, так і в живить воді.

Охолоджуюча вода не повинна викликати корозію конструкційних матеріалів трубопроводів, теплообмінників і окремих споруд, елементів градирень, виконаних з вуглецевих сталей інших матеріалів.

За зовнішніми ознаками розрізняють загальну і місцеву форми корозійних пошкоджень. Загальна корозія носить рівномірний характер і поширюється по всій поверхні металу. Місцева корозія викликає руйнування лише на окремих ділянках металу і може бути виразкової (виразкової), точкової і у вигляді плям.

Однією з причин корозії металів є їх термодинамічна нестійкість в різних середовищах, в тому числі і водних. У процесі корозії метали переходять в оксиди, які термодинамічно більш стійкі в порівнянні з чистими металами. Корозійні процеси не можуть бути повністю запобігти, тому для забезпечення надійної роботи оборотних систем необхідно, щоб вона протікала рівномірно з невисокою інтенсивністю. Такі умови можна створити, спільно вирішуючи завдання раціонального апаратурного оформлення охолоджуючих систем і вибору відповідних конструкційних матеріалів.

В процесі експлуатації охолоджуючих систем руйнування металу відбувається в основному під дією електрохімічної корозії, що призводить до переходу значної кількості продуктів корозії в циркуляційну воду. На інтенсивність корозії істотний вплив роблять величина рН оборотної води і вміст у ній розчиненого кисню. У лужному середовищі при значеннях рН > 8 корозія вуглецевої сталі зменшується внаслідок утворення на поверхні металу щільною нерозчинної плівки гідроксиду. При знижених значеннях рН в присутності вільної агресивної вуглекислоти відбувається розчинення захисних карбонатних і окисних плівок. Експериментально встановлено, що швидкість корозії маловуглецевої сталі, що є основним конструкційним матеріалом теплообмінного обладнання, посилюється зі зростанням концентрації сульфатів і хлоридів в оборотній воді. При збільшенні вмісту сульфатів з 50 до 2500 мг / л швидкість корозії стали збільшується в два рази. Підвищення концентрації хлоридів у присутності невеликих кількостей сірководню, аміаку, нітритів призводить до руйнування латунних конденсаторних трубок в результаті їх обесцінкованія.

Зі збільшенням швидкості руху води інтенсивність корозії зростає, однак в подальшому більш рівномірний розподіл кисню по поверхні металу сприяє його пасивації. При більш високих швидкостях потоку і наявності у воді зважених речовин і абразивних домішок відбувається механічне руйнування захисних плівок.

Підвищення концентрації розчинних солей в оборотній воді призводить до збільшення електропровідності води і активізації корозійних процесів- причому в м`якій воді, що містить розчинений кисень, корозія конструкційних матеріалів значно вище, ніж в жорсткій воді аналогічної мінералізації, що викликано меншою буферної ємністю м`яких вод. У відсутності інгібіторів граничне солесодержание оборотної води не рекомендують допускати вище 2 кг / м3, хоча іноді мінералізація оборотної води перевищує цю величину і досягає 3 кг / м3.

З зіставлення вимог до якості води в охолоджувальних системах оборотного водопостачання слід, що, незважаючи на значну розбіжність по окремих позиціях, в цілому показники близькі