Требования, предъявляемые

Оптимальный технологический комплекс водоподготовки определяется требованиями к количеству и качеству воды, потребляемой производством. На современных промышленных предприятиях вода используется преимущественно для охлаждения действующих агрегатов, питания котлов, очистки выпускаемого продукта, перемещения материала, устранения промышленных отходов и как составная часть выпускаемой продукции.

В системах прямоточного, последовательного и оборотного водоснабжения вода не должна выделять карбонатных отложений, взвешенных веществ, вызывать коррозию металлов и способствовать биологическим обрастаниям теплообменных аппаратов, сооружений, коммуникаций и оборудования.

При непосредственном контакте воды с продуктом и использовании её в качестве среды, поглощающей и транспортирующей примеси, количество взвешенных частиц и их крупность устанавливаются для каждого конкретного производства. При этом за счет выбора соответствующей скорости должна исключаться возможность осаждения взвесей по пути движения воды.

Вода, используемая для охлаждения продуктов или сырья через стенки теплообменных аппаратов, должна быть освобождена от избытка взвешенных веществ, являющихся цементирующей основой отложений карбоната кальция, не содержать сероводорода (H₂S) и железа, её карбонатная жесткость не должна превышать 2-7 мэкв/л¹. Промышленная вода не должна вызывать коррозии углеродистой стали или других металлов, соответствующих III или IV группам коррозионной стойкости.

Вода, применяемая для охлаждения агрегатов промышленных предприятий, не должна иметь мутность более 50-200 мг/л, а в отдельных случаях (конденсаторы, компрессоры) иметь мутность не более 2 мг/л. Содержание сероводорода (H₂S) должно быть не более 0,5 мг/л, а гипса (CaSO₄) – 1500-2000 мг/л.

Вода теплообменных систем должна сохранять термостабильность, то есть её нагрев не должен приводить к выделению на теплообменных поверхностях отложений карбоната кальция и магния. Поскольку содержание карбонатов в воде определяется условием равновесия

то кристаллизация солей жесткости на поверхностях теплообмена происходит в результате снижения растворимости CO₂ при нагревании:

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+ CO₂↑+H₂O.

Часть CO₂ улетучивается на градирнях в процессе охлаждения воды (уменьшается парциальное давление углекислоты).

Для оценки термостабильности воды применяют шестибальную шкалу:

Группа термостабильности	Скорость карбонатных отложений		Балл термостабильности
Группа термостабильности	г/(м²·ч)	мм/мес.	Балл термостабильности
I – совершенно термостабильная	0	0	1
II – термостабильная	<0,3	<0,1	2
II – термостабильная	0,3-1,5	0,1-0,5	3
III - ограниченно термостабильная	1,5-3	0,5-1	4
III - ограниченно термостабильная	3-15	1-5	5
IV - нетермостабильная	>15	>5	6

Вода не должна вызывать коррозии углеродистой стали и других металлов, используемых в теплообменной аппаратуре и коммуникациях. Для оценки коррозионной стойкости металлов применяют десятибальную шкалу:

Группа стойкости металла в воде	Скорость коррозии, г/м²·час	Проницаемость коррозии, мм/год	Балл коррозионной стойкости
I – совершенно стойкие	<0,0009	<0,001	1
II – весьма стойкие	0,0009-0,0045	0,001-0,005	2
II – весьма стойкие	0,0045-0,009	0,005-0,01	3
III - стойкие	0,009-0,045	0,01-0,05	4
III - стойкие	0,045-0,09	0,05-0,1	5
IV – относительно стойкие	0,09-0,45	0,1-0,5	6
IV – относительно стойкие	0,45-0,9	0,5-1,0	7
V - малостойкие	0,9-4,5	1-5	8
V - малостойкие	4,5-9,1	5-10	9
VI - нестойкие	>9,1	>10	10

Существуют методы оценки и агрессивности (коррозионности) оборотной охлаждающей воды. Так, по отношению к углеродистой стали, агрессивность охлаждающей воды оценивается следующим образом:

Наименования показателей	Единица измерения	Показатели для слабоагрессивной воды (коррозионная стойкость металла 5-6-баллов)	Условия увеличения агрессивности
Суммарное содержание Cl^- и SO₂	мг/л	≤100	>100
Общее содержание растворенных солей (сухой остаток)	-“-	≤500	>500
Карбонатная жесткость воды	мгэкв/л ²	>2,5	<2,5
pH	-	6-9	<6 или >9
Содержание растворенного кислорода	мгO₂/л	4-6	>6

Требования к охлаждающей воде зависят от конструкции и режимов работы холодильников. Так, в азотной промышленности содержание взвесей в охлаждающей воде может находиться в пределах 10-50 мг/л, но при этом строго ограничивается щелочность³, которая не должна превышать 2-3 мгэкв/л, так как в противном случае начинается интенсивная инкрустация (покрытие коркой отложений) теплообменных поверхностей. В этой воде также не должны содержаться биогенные элемента (азот, фосфор), способствующие интенсивному развитию биологических обрастаний.

К воде для питания паровых котлов предъявляются повышенные требования: она должна быть освобождена от взвешенных веществ, солей жесткости и растворенного кислорода. Для питания котлов высокого давления её полностью освобождают от кремнекислоты и обессоливают.

Ориентировочные расчетные нормы качества воды для котлов приведены в таблицах:

Наименование показателя	Единицы измерения	Котлы
Наименование показателя	Единицы измерения	Жаротрубные (0,5-1,5 МПа)	Водотрубные (1,5-2,5 МПа)	Большой производительности (2,5-5 МПа)
Общая жесткость	мгэкв/л	0,35	0,15	0,05
Содержание в воде:
Кремниевой кислоты в пересчете на SiO₃^2-	мгэкв/л	Не нормируется
Кислорода	-“-	1,0	0,5	0,01
Свободной углекислоты	-“-	Следы
Смазочных масел	-“-	10	5	2
Натриевых соединений в пересчете на Na₂SO₄	-“-	Не нормируется
Соединений железа в пересчете на Fe₂O₃	-“-	Не нормируется
Соединений меди в пересчете на CuO	-“-	Не нормируется
Нитратов и нитритов в пересчете на NO₂ и NO₃	-“-	Не нормируется
pH	-	Не нормируется		>7

Наименование показателя	Единицы измерения	Котлы
Наименование показателя	Единицы измерения	Высокого давления (5-10 МПа)	Барабанные (10-18,5 МПа)	Прямоточные (10-15 МПа) (21,5-30 МПа)
Общая жесткость	мгэкв/л	0,035	0,005	0,003
Содержание в воде:
Кремниевой кислоты в пересчете на SiO₃^2-	мгэкв/л	Не нормируется		0,02
Кислорода	-“-	0,01	0,01
Свободной углекислоты	-“-	Следы		0,01
Смазочных масел	-“-	1	0,5	Следы
Натриевых соединений в пересчете на Na₂SO₄	-“-	Не нормируется		0,02
Соединений железа в пересчете на Fe₂O₃	-“-	Не нормируется	0,01	0,01
Соединений меди в пересчете на CuO	-“-	Не нормируется	0,005	0,005
Нитратов и нитритов в пересчете на NO₂ и NO₃	-“-	Не нормируется	0,102	0,102
pH	-	>7	7-8,5	7-8,5

¹Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает такое же его количество в химических реакциях. Жесткость воды выражают суммой миллиэквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в одном литре воды. Один миллиэквивалент жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca²⁺ или 12,16 мг/л Mg²⁺.

HCl – эквивалент хлора равен 1 молю. Атомный вес Cl равен 35,453. Поэтому эквивалентная масса Cl равна 35,45 г/моль.

NH₃(аммиак) – эквивалент азота равен 1/3 моля. Атомный вес N равен 14,0067. Поэтому эквивалентная масса N равна 14,0067/3=4,67 г/моль.

H₂CO₃ – эквивалент CO₃ равен ½ моля. Атомный вес CO₃ – 12,011+15,999·3=60,008. Поэтому эквивалентная масса CO₃ равна ≈30 г/моль. Следовательно, эквивалентная масса кальция равна ≈20 г/моль, так как атомный вес кальция равен 40,08 и в соединении CaCO₃ он замещает два моля водорода.

²Один миллиэквивалент жесткости – это содержание кальция 20,04 мг/л или магния 12,16 мг/л. Жесткость воды выражают суммой миллиэквивалентов ионов Ca и Mg, содержащихся в одном литре воды.

³Щёлочь – растворимое основание (металл + одновалентная гидрооксогруппа OH). Например, Ca(OH)₂ – гидроксид кальция.

Водоснабжение, водоподготовка и очистка сточных вод

Содержание

Лекции о теплотехнике

3.2.Требования, предъявляемые к водоподготовительным установкам

Содержание

Лекции о теплотехнике