VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Эффективное использование оборотного водоснабжения может быть обеспечено только при условии решения проблем накипеобразования, коррозии и биообрастания.

По результатам анализа [1] известно, что причиной накипеобразования в системе оборотного водопользования является наличие в природной воде бикарбоната кальция, который определяется следующим показателем - карбонатная жесткость (Ж_к). Величина карбонатной жесткости может варьироваться в различных источниках водопользования в широком интервале - 2-25 мг*экв/л, наиболее часто - 2-7 мг*экв/л.

Проблема накипеобразования в оборотной системе водопользования усугубляется тем, что в процессе испарения воды в градирнях концентрация солей в сетевой воде увеличивается. Кратность увеличения концентрации солей характеризуется значением коэффициента упаривания (Ку). Расчетный показатель карбонатной жесткости можно определить по формуле:

Ж_к^сет = Ж_к^исх х Ку,

где Ж_к^сет, Ж_к^исх - карбонатная жесткость сетевой и исходной (подпиточной) воды;

Ку - коэффициент упаривания.

Обычно коэффициент упаривания используется в интервале 1,2-4, но при небольшой исходной концентрации карбонатной жесткости 2 мг*экв/л значение карбонатной жесткости может увеличиваться от 2,4 до 8 мг*экв/л.

Накипеобразование имеет место при использовании оборотного водоснабжения в интервале температур 35 - 45 °С и коэффициенте упаривания более 1,4 (Ж^сетк = 2,8 мг*экв/л) даже при минимальном значении карбонатной жесткости в исходной воде (Жк = 2 мг*экв/л).

Можно сделать вывод, что при использовании испарительного оборотного водоснабжения для исходной воды с карбонатной жесткостью более 2 мг*экв/л необходимы дополнительные мероприятия, обеспечивающие безнакипной режим работы оборудования.

Благоприятными факторами для биообрастания поверхностей оборудования и трубопроводов в оборотном водоснабжении являются: температура 15 - 45°С, высокое содержание кислорода, наличие легко усваиваемых органических веществ и биогенных элементов (азот, фосфор). Биообрастание, в основном, носит сезонный характер, причем, максимальная опасность прослеживается в летний период. Именно в этот период скорость биообрастания может превышать нормативный показатель - 0,07 г/м²*час.

Имеются данные о влиянии на коррозионную активность оборотной воды различных факторов (концентрации кислорода, агрессивной углекислоты, карбонатной жесткости). Данные опытных и опытно-промышленных испытаний оборотных систем водоснабжения позволяют говорить о двух возможных вариантах снижения коррозионной активности.

Первый заключается в том, что, используя относительно высокие коэффициенты упаривания (2-4), в оборотной воде поддерживают предельные значения карбонатной жесткости (>5) и рН (рН>8). При данных значениях и температуре 30-50 °С скорость коррозии варьируется в интервале 0,1-0,2 г/м²*час, то есть оборотная вода проявляет слабую агрессивность.

Второе направление снижения коррозионной активности связано с применением ингибиторов.

Все технические предложения по снижению накипеобразования, биообрастания и коррозии можно подразделить на два основных направления:

-с использованием химического реагента;

- без использования химического реагента.

В настоящее время большое количество работ связано с предложением об использовании фосфорорганических реагентов (антинакипинов). В частности, цинковая соль оксиэтилендифосфоновой кислоты (Zn ОЭДФ) имеет двойное действие - уменьшает накипеообразование и коррозию до нормативных показателей.

Однако при использовании реагентов в оборотном водоснабжении приходится частично сбрасывать их с продувочными водами в поверхностные водоемы. Плата за сброс в поверхностные водоемы также облагается штрафными денежными санкциями.

По технико-экономическим показателям и экологической чистоте более перспективными являются физико-химические способы.

В настоящее время зарубежные и российские фирмы предлагают на рынке водоподготовки целый ряд электронных способов (Water King, Нуdго Flow, Термит и др.), электрохимические, электродиализные и мембранные аппараты.

При большом многообразии аппаратов особенно важным является их сравнительный анализ по эффективности работы, спектру действия, капитальным и эксплуатационным затратам.

В Германии протестирована эффективность работы нескольких десятков электронных и электрохимических аппаратов. По результатам тестов выявлено, что выбранному критерию оценки (эффективность более 80%) соответствуют лишь единицы. Примечательно, что данный барьер эффективности намного превысили аппараты электрохимического действия.

Электрохимические антинакипные аппараты в Германии начали использовать несколько лет назад, в то время как ООО «Азов» имеет опыт их разработки и внедрения (аппараты АЭА-Т и АЭА-О) более 15 лет.

Предлагаемые ООО «Азов» электрохимические аппараты - бифункционального действия. Они, как правило, устанавливаются в системе оборотного водоснабжения на сетевых линиях в байпасном исполнении. В таком варианте в водооборотную систему не только генерируются наночастицы - центры кристаллизации, но и полностью улавливаются выросшие на этих центрах кристаллы солей жесткости и их укрупненные конгломераты, образовавшиеся в процессе кругового движения сетевой воды. Укрупненные частицы накипеобразущих солей улавливаются в электродных кассетах аппарата. Основные элементы аппарата показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Основные элементы аппарата

1 - электродная кассета, 2 - графитированный анод, 3 - ограничитель потока, 4 - стальной катод,

5 - корпус аппарата, 6 - фланец входа, 7 - фланец выхода, 8 - фланец крышки.

В настоящее время выпускается 5 модификаций электрохимического антинакипного аппарата марки АЭА производительностью 25, 80, 120, 200, 350 м³/час. В практике использования аппаратов имеются и блочные варианты подключения аппаратов общей производительности более 1000 м³/час.

Спектр действия электрохимического аппарата типа АЭА-О при использовании его в оборотных системах имеет следующие отличия от электронных аналогов:

1. Выпадающие в объеме оборотной воды накипеобразующие соли полностью улавли-ваются в аппарате. Аппарат АЭА-О-350 улавливает до 200 кг накипеобразующих частиц.

2. В электрохимических аппаратах улавливаются не только частицы накипи, но и взвеси, попадающие в систему из окружающей среды (пыль, песчинки, частицы биообрастания градирен, гидрооксиды железа, образующиеся в процессе коррозии трубопроводов, и др.)

3. Обработка воды в электрохимических аппаратах уменьшает скорость биообрастания в системе.

4. Эффективное использование аппаратов подтверждено данными по работе про-мышленных объектов при использовании для подпитки воды, содержащей карбонатную жесткость в широком интервале от 2 до 25 мг*экв/л.

Эксплуатационные затраты при использовании электрохимического аппарата в системе оборотного водоснабжения производительностью 1000 м³/час составляют не более 8000 рублей/месяц, или 100 000 рублей/год. При этом расход электроэнергии для работы аппаратов не превышает 2 кВт/час.

Список литературы

1. Е.Казимиров, О.Казимиров, А.Кочев, А.Лучинкина. Оптимальный вариант решения проблемы накипеобразования, коррозии и биообрастания в системах оборотного водоснабжения.// Энергетика. Энергосбережение. Экология. Июнь 2010г., стр. 54-58.;

Код для цитирования: Скопировать