Водоснабжение, водоподготовка и очистка сточных вод

Для просмотра сайта используйте Internet Explorer

5.1.4.Борьба с карбонатными отложениями

В результате повышения температуры воды в конденсаторе и потери равновесной СО₂ при разбрызгивании воды в градирнях и брызгальных бассейнах в циркуляционной системе создаются условия для распада Са(НСО₃)₂ и выпадения СаСО₃ на охлаждаемых поверхностях:

Са(НСО₃)₂= СаСО₃+H₂O+CO₂.

При малом содержании в воде Са(НСО₃)₂, большом содержании свободной СО₂, наличии в воде значительного количества органических, главным образом гуминовых¹, и других стабилизирующих соединений ортофосфорной кислоты² (PO₄)^3-, фосфатов [Na₄(P0₃)₆]², оксиэтилендендифосфоновой кислоты, а также при магнитной обработке воды процессы выпадения карбонатной накипи в трубках конденсаторов замедляются (часто до нуля). MaCO₃, CaS0₄, SiO₂, Fe₂O₃ отлагаются в конденсаторах в незначительных количествах по сравнению с СаСО₃.

Количество свободной (равновесной и агрессивной) углекислоты в результате потерь при распыливании воды в градирнях и брызгальных бассейнах снижается до 3—7 мг/л при теоретически возможном минимуме 1—2 мг/л.

Наиболее распространенными способами предотвращения карбонатных отложений в конденсаторах являются: увеличение продувки циркуляционной системы, подкисление воды серной кислотой, фосфатирование воды орто- или метафосфатами и фосфатами, совместное подкисление с фосфатированием.

Для фосфатирования циркуляционной воды могут применяться: три- (Na₃PO₄) и динатрий (NaH₂PO₄) фосфат, триполифосфат, полифосфат натрия (соль Грахама — гексаметафосфат (NaPO₃)n), суперфосфат. Рекомендуется применять оксиэтилендендифосфоновую³ кислоту (ОЭДФ и ОЭДФК) и ее соли (например, цинка), обладающие большей стабилизирующей способностью, чем ортофосфаты. В последнее время применяют также магнитную обработку циркуляционной воды для предотвращения образования отложений или магнитноультразвуковую обработку, которая позволит также удалять уже образовавшийся тонкий слой накипи.

Продувка циркуляционной системы позволяет поддерживать безнакипный режим без применения реагентов при солесодержании добавочной воды до 400 мг/л, щелочности ее до 2—2,5 ммоль/л и продувке до 4%.

В большинстве случаев стоимость добавочной воды значительно превышает стоимость обработки ее любым способом, поэтому увеличение продувки, если продувочная вода отводится в канализацию, менее экономично, чем дополнительная обработка циркуляционной воды.

Подкисление воды серной кислотой для снижения содержания в ней Са(НСО₃)₂ и повышения содержания СО₂ является универсальным способом предотвращения образования накипи для воды любого состава, любой температуры. Недостатками способа являются опасность обращения с кислотой, усиление коррозии стальных трубопроводов и возможность коррозии (обесцинкования) латунных трубок под действием агрессивной углекислоты, а также большие расходы кислоты. Кислоту (H₂SO₄) непрерывно вводят в воду перед охлаждающими устройствами; 85—90% выделившейся свободной углекислоты теряется в охлаждающих устройствах, что значительно снижает агрессивность воды. Однако потребность в серной кислоте при этом увеличивается.

Фосфатирование циркуляционной воды применяют при щелочности добавочной воды не более 3,0—3,5 ммоль/л и со-лесодержании не более 500 мг/л. При малом содержании иона PO₄^3- в воде (1—3 мг/л) зародыши карбоната кальция, образующиеся в результате потери углекислоты и нагревания, обволакиваются тончайшей "молеку¬лярной" пленкой фосфата кальция (Ca₃(PO₄)₂), препятствующей срастанию зародышей между собой и со стенками трубок. Медленно выпадающий вместе с примесью фосфата (~0,3 % Ca₃(PO₄)₂) карбонат кальция представляет собой легкую, трудно осаждаемую муть, не прилипающую к поверхности.

Фосфатирование не препятствует распаду Са(НСО₃)₂, вследствие чего при фосфатировании циркуляционная вода имеет обычно щелочную реакцию. При большом содержании выделившегося карбоната кальция находящихся в воде ионов PO₄^3- (1—3 мг/л) не хватает, чтобы создать пленку на всех зароды-шах. Увеличивать же в подобных случаях содержание PO₄^3- не представляется возможным, так как при количестве его более 3—5 мг/л начинается быстрое выпадение осадка самого ортофосфата кальция.

Присутствующий в циркуляционной воде PO₄^3- расходуется и на перевод старой накипи (СаСО₃) в легкий фосфатный шлам. Трубки конденсатора при этом постепенно очищаются, а образовавшийся шлам выносится водой.

Для фосфатирования циркуляционной воды с одинаковой эффективностью можно применять соли мета-, орто- и пирофосфорной кислот, а также фосфоновых кислот⁴. Дешевле и доступнее ортофосфаты, триполифосфат (Na₅P₃O₁₀), ди- и тринатрийфосфаты (Na₂HPO₄, Na₃PO₄) и суперфосфат, представляющий собой смесь Н₃РО₄, Са₃(НР0₄)₂ и CaS0₄. Суперфосфат легко растворяется как в холодной, так и в горячей воде, но дает осадок CaS0₄, который необходимо удалять из раствора.

Гексаметафосфат значительно дороже не только суперфосфата, но и Na₂HP0₄ и Na₃PO₄ , зато концентрацию его в воде можно увеличить до такой степени, что он станет защитой не только от накипеобразования, но и от коррозии. ОЭДФ — ОЭДФК значительно дороже других фосфатов, но расходуется в меньших количествах и при меньшей продувке. При высокой карбонатной жесткости добавочной воды (выше 4,5 — 5,0 ммоль/л) ОЭДФ незаменим.

Магнитная обработка воды является перспективным способом борьбы с низкотемпературным накипеобразованием в конденсаторах и теплообменниках, к сожалению, пока еще недостаточно изученным и освоенным. Важными достоинствами этого способа являются пригодность его как при прямоточном, так и при оборотном водоснабжении энергетических объектов, а также отсутствие загрязнения воды, сбрасываемой в общественные водоемы, химическими реагентами.

Необходима постоянная магнитная обработка всей прямоточной охлаждающей воды или всей добавочной и 5 - 10 % оборотной. Продолжительность сохранения эффекта омагничивания – 18-25 часов. Удельный расход электроэнергии, Вт·ч/м³, для аппаратов производительностью менее 100 м³/ч 6 - 18; 100 - 1000 м³/ч 3,5 - 4,5; 12 –15 тыс. м³/ч. Напряженность магнитного поля 1000 Э, скорость в рабочем сечении 1—3 м/с.

Количество накипи, выделяющейся из неомагниченной воды, больше, чем из омагниченной. Следует отметить, что при омагничивании воды содержащиеся в ней магнитные оксиды железа укрупняются — слипаются между собой, легче осаждаются и фильтруются.

Магнитная обработка применяется при солесодержании добавочной воды не более 500 мг/л, щелочности ее не более 4 ммоль/л, окисляемости не менее 5 мг/л О₂.

¹Соединения гуминовых кислот. Гуминовые кислоты – это темно окрашенные вещества, входящие в состав органической массы торфа (до 60%), бурых углей (20-40%), почв (до 10%). Строение окончательно не установлено. Стимуляторы роста растений.

²Na₃PO₄ – ортофосфат (средний фосфат) или фосфат. Na₂HPO₄ – гидрофосфат. NaH₂PO₄ – дигидрофосфат.

³C₂H₈O₇P₂. Сокращенно - ОЭДФ или ОЭДФК.

⁴Метафосфорные кислоты – H_nP_nO_3n. Соли метафосфорных кислот: H₃P₃O₉, H₄P₄O₁₂, Ca₃(P₃O₉)₂. Ортофосфорная кислота – H₃PO₄. Пирофосфорная или двуфосфорная кислота H₄P₂O₇ образует соли, называемые дифосфатами или пирофосфатами.