Требования к качеству воды, применяемой в промышленности.

Качество воды, используемой на производстве, устанавливается в зависимости от назначения воды и требований технологического процесса с учетом перерабатываемого сырья, применяемого оборудования и готового продукта производства. Вода должна быть безвредна для здоровья человека при возможном контакте с ней и не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами при открытой системе водоснабжения. В табл. 1 приведены примерные требования к качеству воды, используемой в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Эти требования имеют условный характер, так как они в значительной степени зависят от типа теплообменного оборудования, температуры воды, температуры охлаждаемого продукта или оборудования, характера взвешенных и растворенных веществ и др.

Используемая для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах и для охлаждения оборудования вода не должна создавать механических и солевых отложений, коррозии металла и биологических обрастаний теплообменного оборудования; не должна разрушать конструктивные материалы сооружений систем водоснабжения.

Таблица 1

Примерные требования к качеству оборотной воды при использовании поверхностных и подземных источников (по А.Ф. Шабалину)

^* Уточняется в зависимости от скорости движения охлаждающей воды в теплообменных аппаратах и от гидравлической крупности взвешенных веществ.

^** Допустимо без применения ингибиторов коррозии.

^*** Большее содержание допустимо при отсутствии карбонатных отложений.

Механические отложения.Основным источником загрязнения воды грубодисперсными примесями является вода, добавляемая в системы оборотного водоснабжения для восполнения потерь воды, за счет уноса в виде капель из охладителей, испарения в охладителях, продувки и неизбежных утечек воды из системы в грунт. Другим источником загрязнения оборотной воды механическими примесями является атмосферный воздух. Оборотная вода при прохождении через градирни вымывает из воздуха в среднем 80% взвешенных веществ в виде пыли и песка минерального и органического происхождения.

Механические грубодисперсные примеси, попадающие в систему оборотного водоснабжения с добавочной водой и вымываемые из воздуха, в зависимости от их гидравлической крупности и скорости движения воды могут циркулировать в системе и частично осаждаться в резервуаре градирен или в теплообменных аппаратах. При осаждении этих примесей в теплообменных аппаратах общие коэффициенты теплопередачи этих аппаратов могут значительно понижаться. Для удаления грубодисперсных примесей из добавочной воды, как правило, применяют отстойники или осветлители и фильтры с песчаной загрузкой. При отстаивании или фильтровании в воду могут добавляться коагулянты и флокулянты.

Иногда для вывода из оборотной системы взвешенных грубодисперсных примесей применяют осветление части оборотной воды на байпасе с помощью сетчатых или беззадвижечных напорных песчаных фильтров. На осветление в таких случаях подается часть оборотной воды – 5-15%.

Практика работы систем оборотного водоснабжения показывает, что наличие в воде грубодисперсных примесей даже в больших концентрациях не всегда ухудшает работу теплообменных аппаратов. Например, в системах, подверженных биологическим обрастаниям, грубодисперсные примеси благодаря их абразивному действию иногда улучшают работу этих сооружений. При скоростях движения воды в теплообменных аппаратах, превышающих 1,5 м/с, может оказаться, что наличие достаточно высоких концентраций грубодисперсных примесей не влияет на работу теплообменных аппаратов. Поэтому вопрос о необходимости строительства специальных сооружений для вывода грубодисперсных механических примесей из охлаждающих открытых систем оборотного водоснабжения должен решаться в каждом конкретном случае на основании анализа всех факторов и, если возможно, с учетом практики эксплуатации систем, работающих в аналогичных условиях.

Солевые отложения.Солевые отложения, особенно отложения карбоната кальция, относятся к наиболее часто встречающимся в охлаждающих системах оборотного водоснабжения. Соли, присутствующие в оборотной воде, подразделяются на хорошо растворимые соли, не выпадающие в осадок и не создающие отложений, и на соли, которые из-за недостаточной растворимости или вследствие физико-химических процессов, происходящих в охлаждающих системах оборотного водоснабжения, могут выпадать в осадок и создавать отложения.

Основными ионами, которые могут приводить к отложениям минеральных солей, являются:

- анионы – бикарбонаты, карбонаты, гидроокиси, фосфаты, сульфаты, силикаты;

- катионы – кальций, магний, алюминий, железо, цинк.

Большинство этих ионов находится в подпиточной воде. Однако железо и в меньшей степени алюминий и цинк, из которых изготовлены конструктивные элементы сооружений, могут появляться в оборотной воде лишь в основном в результате их коррозии. Фосфаты и цинк, и изредка силикаты могут попасть в системы оборотного водоснабжения в составе ингибиторов коррозии металлов.

Карбонат кальция – наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений в системах – выпадает на стенки труб теплообменных аппаратов в результате нарушения углекислотного равновесия. Этот вид отложений является типичным для систем, использующих в качестве добавочной воду со значительной бикарбонатной жесткостью и щелочностью. Отложения образуются в результате распада бикарбоната при дефиците углекислоты в растворе. Соли магния встречаются реже, хотя они иногда и образуются либо в виде гидрата окиси магния (при pH > 10), либо (в редких случаях при большом содержании силикатов) в виде силиката магния. Сульфат кальция, если не принимать мер, ограничивающих его концентрацию до предела ниже его растворимости, также может явиться причинной отложений.

Фосфаты могут образовывать нерастворимые соли со всеми перечис­ленными катионами, и, чтобы избежать их выпадения необходимо регулиро­вать величину pH.

Гидроокиси металлов встречаются в отложениях редко, однако их можно найти в системах охлаждения с высокими значениями pH. Гидроокись железа образуется в результате коррозии и превращается в гидратированную окись железа или в ржавчину.

На интенсивность, с которой происходит отложение солей влияет, прежде всего величина pH, концентрация ионов, температура воды и особен­но температура поверхности труб, находящейся в контакте с водой, интен­сивность теплообмена между водой и поверхностью контакта, состав воды, способ ее обработки, конструкция теплообменного оборудования, продолжи­тельность пребывания воды в системе.

Величина pH влияет на растворимость всех упомянутых выше солей. От величины pH зависит тенденция кальция образовывать карбонаты, харак­теризуемая индексом Ланжелье (табл. 2).

У многих выпадающих из растворов солей, особенно у карбоната кальция, растворимость снижается с увеличением температуры. При этом температура поверхности металла (поверхности контакта воды с трубами) играет главную роль в скорости отложения.

Таблица 2

Характеристика воды по индексу Ланжелье

Предотвратить отложение карбонатных солей можно различными способами, наиболее распространенными из которых являются подкисление, рекарбонизация, фосфатирование, фосфатирование с подкислением и реа-гентное умягчение воды.

При использовании воды в качестве добавки в оборотные системы, умягченной известью или известью с содой, необходимо предусматривать корректировку pH до 7,0-7,5 подкислением. Без корректировки вода, умяг­ченная этими реагентами, может быть пересыщена карбонатом кальция, осо­бенно при низких температурах, и может иметь высокую pH = 9,5-10,0. При поступлении такой воды в теплообменные аппараты может происходить вы­падение карбоната кальция и образование отложений вследствие «доумягче-ния» воды при нагреве, так как растворимость этой соли понижается с увели­чением температуры. Вода, умягченная известью или известью с содой, практически имеет остаточную жесткость 0,5-1,0 мг-экв/л.

Коррозия.Основной причиной коррозии металлов в охлаждающей воде является наличие растворенного кислорода и углекислоты. Последняя снижает pH воды, вследствие чего происходит воздействие кислоты на ме­талл. Другими факторами, усиливающими коррозию, являются электропро­водность воды и наличие растворенных в воде таких газов, как сернистый ангидрид, аммиак, хлор и др. Эти газы могут попадать в охлаждающую воду из окружающего атмосферного воздуха в градирнях. Например, на предприятиях, использующих в топках печей тяжелое жидкое топливо, из-за выбросов в атмосферный воздух сернистого ангидрида pH воды может заметно снижаться. Утечка аммиака в охлаждающую воду в аммиачных конденсаторах при­водит к растворению его в воде и как следствие к усилению коррозии. Среди других причин, усиливающих коррозию, можно назвать отложения продуктов коррозии на стенках труб, биологические обрастания, а также в некоторых случаях накипи.

Основными физическими факторами, способствующими коррозии, являются температура, контакты различных по потенциалу металлов в вод­ной среде и твердые отложения взвешенных веществ. Твердые отложения в трубопроводах и теплообменных аппаратах образуют области, изолирован­ные от общего потока воды, и коррозия под ними может протекать за счет разного уровня аэрирования воды в основной массе потока и в слое воды под отложениями.

В нейтральной или щелочной воде коррозия может начаться в резуль­тате разрушения защитной окисной пленки на поверхности металла и разни­цы потенциала между чистым металлом и пленкой. В результате произойдет электрохимическое разрушение металла. Присутствие кислорода ускоряет этот процесс, и коррозионное воздействие усиливается за счет аэрации воды на градирнях. Биологические обрастания в системах оборотного водоснаб­жения также могут быть причиной усиления коррозии. Микроорганизмы, вы­зывающие эти обрастания, попадают в систему оборотного водоснабжения с добавочной водой или из воздуха на градирнях. Углеводороды, попадающие в воду из теплообменных аппаратов в результате утечек продукта, могут служить питательной средой, усиливающей рост бактерий.

К коррозионной группе бактерий, прежде всего, относятся сульфатре-дуцирующие. Они восстанавливают находящиеся в воде сульфаты до суль­фидов и сероводорода, особенно в таких местах, где запас кислорода в воде истощен, например, под коррозионными отложениями. Такая коррозия мо­жет быть точечного типа, причем образовавшиеся углубления в металле бы­вают заполнены мягкими дурнопахнущими сульфидами.

Некоторые виды бактерий окисляют нитриты и нитраты, которые иногда применяются в качестве ингибиторов коррозии. Железобактерии об­разуют отложения в виде окиси железа, имеющие цвет ржавчины, отложения в виде слизи или желеобразного вещества.

Предотвращение коррозии в системах оборотного водоснабжения, как правило, обеспечивается с помощью ингибиторов. Естественный процесс об­разования накипи на внутренних поверхностях труб до некоторой степени обеспечивает антикоррозионную защиту. Функция ингибитора состоит в об­разовании защитной пленки на поверхности корродирующего металла.

В качестве ингибиторов коррозии в основном применяются неоргани-

ческие ингибиторы: хроматы, фосфаты и редко силикаты и нитраты.

Биологические обрастания.Наличие биологических обрастаний в системах оборотного водоснабжения обусловлено интенсивным ростом и развитием различных форм бактерий, грибов и водорослей, попадающих из источника водоснабжения и воздуха. Бактериальные и грибковые биологиче­ские обрастания, как правило, наблюдаются в теплообменных аппаратах, об­растания водорослями - в градирнях.

Для предупреждения развития бактериальных биологических обрас­таний в теплообменных аппаратах, а также в трубопроводах рекомендуется применять хлорирование воды. Хлор вводится в оборотную воду периодиче­ски - 3-4 раза в сутки. Продолжительность хлорирования каждого периода 40-60 мин. Доза хлора должна обеспечивать содержание остаточного актив­ного хлора в оборотной воде после наиболее удаленных теплообменных ап­паратов от места ввода хлора не менее 1,0 мг/л в течение 30-40 мин.

Для удаления биологических обрастаний, а также механических от­ложений в закрытых теплообменных аппаратах в необходимых случаях мо­жет предусматриваться устройство для периодической гидропневматической промывки аппаратов или для промывки аппаратов водой или смесью воды с воздухом и с присадкой абразивных материалов (кварцевый песок, полиэти­леновая крошка). Гидропневматическая промывка осуществляется водой и воздухом в соотношении от 1:1 до 1:2.