автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Предотвращение прогрессирующего образования отложений и обрастаний в системах оборотного водоснабжения

Общая характеристика работы

1. Система оборотного водоснабжения, как сложная, динамичная система - один кз основных элементов технологического комплекса предприятия

2. Разновидности отложений и обрастаний в системах оборотного водоснабжения. Концепции и методы их предотвращения

2.1. Карбонатные отложения

2.1.1. Процессы образования карбонатных отложений

2.1.2. Принятые и рекомендуемые концепции предотвращения карбонатных отложений

2.1.3. Методы водоподготовки и аппаратура для предотвращения карбонатных отложений

2.1.4. Принятые и рекомендуемые методы очистки теплообменных аппаратов и трубопроводов от карбонатных отложений

2.2. Биологические обрастания. Методы и режимы водоподготовки и очистки оборотных систем

2.3. Механические отложения

2.3.1. Концепции водоподготовки и очистки для систем, подверженных образованию механических отложений

3. Рекомендуемые концепции водоподготовки и очистки оборотных систем для предотвращения прогрессирующего образования многокомпонентных отложений и обрастаний

3.1. Критерии эффективности теплопередачи. Диагностика состава отложений и обрастаний

3.2. Концепции водоподготовки и очистки различных типов систем оборонного водоснабжения

3.2.1. Концепции водоподготовки и очиски лля систем, подверженных образованию нескольких разновидностей отложений и обрастаний

3.2.1.1. Системы, подверженные образованию биологических обрастаний, механических отложений и солевых отложений.

3.2.1.2. Системы, подверженные образованию биологических обрастании, механических отложений и процессам коррозии

4. Универсальная установка для приготовления и дозирования реагентов

4.1. Устройство установки .^ г- п *

4.2. Работа установки

5.Метод и установка для физико-химической очистки тепообменных аппаратов и трубопроводов .-19®

5.1. Технологическая схема стенда и описание основных конструктивных элементов

5.2. Монтаж стенда, гидравлические испытания и подготовка к работе

5.3. Проведение процесса очистки теплообменников

5.4. Результаты производственных исследований. Опыт експлуатаиии

Выводы и оекомендации

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Одной из основных причин наблюдающегося нередко значительного снижения эффективности систем оборотного водоснабжения в процессе эксплуатации является образование различного рода отложений и обрастаний / солевых, механических, биологических, коррозионных/ в различных элементах систем и, прежде всего, в теплообменных аппаратах.

2. Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований, выполненных в институте ВОДГЕО за последние десятилетия, показывает несостоятельность применяемой в течение многих лет в отечественной и зарубежной практике концепции нормирования показа -телей химического состава воды, как средства предотвращения отложений и обрастаний в системах оборотного водоснабжения. Предписываемое данной концепцией ограничение величин отдельных показателей химического состава воды, используемой в системах оборотного водо -снабжения, не может обеспечить предотвращения отложений и обраста -ний, поскольку процессы их образования определяются не только ука -занными показателями химического состава воды, но и в очень большой степени зависят от параметров теплового и водного режимов сис -тем и их специфических особенностей, утечек в оборотную воду охлаждаемых технологических продуктов и других факторов, что совершенно не учитывается данной концепцией.

3. В части предотвращения карбонатных отложений значительным шагом вперед по сранению с указанными нормативами следует считать концепцию, рекомендуемую СНиП 2.04.02.84., которая рекомендует не от -влеченные значения показателей химического состава воды, одинаковые для всех систем, а методы расчета режимов водоподготовки, основанные на теории углекислотного равновесия и учитывающие показатели химического состава воды и, кроме того, параметры теплового и водного режимов систем. Необходимо отметить, однако, что и решения, рекомендуемые указанным СНиП следует рассматривать лишь как промежуточный этап на пути разработки оптимальных методов управления водоподготовкой для систем оборотного водоснабжения с целью предотвращения карбонатных отложений. Решение задачи в общем случае представляет лишь концепция вбдоподготовки и очистки оборотных систем, которая дает возможность предотвращать прогрессирующее образование карбонатных отложений в общих самых сложных случаях - при наличии глубоких возмущений со стороны технологичес ких подсистем предприятий / утечки различного рода охлаждаемых продуктов и окружающей среды / механические и химические загрязнения, поступающие с воздухом на градирнях / при многообразии характеристик теплообменных аппаратов и частых изменениях параметров теплового и водного режимов систем. / гл. 3 /. 4. В качестве управляющих воздействий водоподготовки для предотвращения карбонатных отложений рекомендуем применять следующие:

- при невысокой жесткости и щелочности воды / до 3-4 мг-экв/л / и коэффициентах концентрирования / до 1,5 / - метод рекарбонизации,,

- при значениях жесткости и щелочности до 5 - 5,5 м п-экв/л и коэффициентах концентрирования до 1,5 - метод фосфатирования,

- практически во всем диапазоне величин жесткости и щелочности и коэффициентов концентрирования, характерных для подавляющего большинства оборотных систем - метод подкисления, при котором ограничения на коэффициент концентрирования налагаются лишь по соображениям предотвращения сульфатных отложений, - для ограничения величины продувки системы, которая была бы необ -ходима при обработке воды одними только фосфатами, а также с целью снижения интенсивности коррозии стальных трубопроводов и теплообменных аппаратов следует применять метод комбинированной фосфатно-кислотной обработки.

5. Распространенный в практике эксплуатации метод централизованного хлорирования отнюдь не является универсальным средством борьбы с биологическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения. Этот метод целесообразно применять лишь при невысокой хлоропоглощаемости оборотной воды - до 3-4 мг/л. Для систем с более высокой хлоропоглощаемостью следует применять схемы децентра^ лизованного хлорирования с подачей хлора непосредственно к тепло -обменным аппаратам.

В качестве мер, способствующих резкому повышению эффективности хлорирования следует рекомендовать снижение рН воды во время сеанса хлорирования до '7,0, а также применение поверхностно-активных веществ и диспергаторов.

При наличии механических отложений в конгломерате с биологичес -кими обрастаниями или карбонатными отложениями следует прежде все -го принять меры для удаления указанных сопутствующих компонентов. Если после удаления последних в системе будут наблюдаться механические отложения, необходимо принять специальные меры для их удаления.

Применяемое нередко частичное фильтрование оборотной воды / до 5 - 8% / не является эффективным средством предотвращения механических отложений и не оправдывает требуемых капитальных и эксплу атационных затрат для реализации этого метода водоподготовки. Осветлению целесообразно подвергать только добавочную воду, забираемую из поверхностных источников в паводковый период. Решение проблемы предотвращения прогрессирующего образования меха -нических отложений в общем случае - при наличии значительных поступлений в системы грубодисперсных примесей с воздухом на градирнях и с добавочной водой - возможно лишь с применением периодической очистки от механических отложений отдельных элементов оборотных систем.

7. Для осуществления процессов в.одоподготовки с целью предотвращения общесистемных карбонатных отложений, биологических обрастаний, а также подавления коррозионных процессов рекомендуем применять представленную в гл. 4 универсальную установку для приготовления и дозирования реагентов, простую по конструкции, надежную и безопасную в эксплуатации, обеспечивающую точное, плавно регулиру -емое в широком диапазоне и визуально контролируемое дозирование реагентов без применения насосов-дозаторов или каких-либо других механизмов.

8. В общем случае - при наличии утечек в оборотную воду технологических продуктов, обуславливающих локальное образование различного рода отложений и обрастаний / солевых, биологических, коррозионных / наряду с общесистемной водоподготовкой следует производить периодическую локальную очистку теплообменных аппаратов. Для удаления локальных отложений карбоната кальция, образовавшихся вследствие утечек щелочных технологических продуктов, рекомен* дуем использовать разработанную нами технологию и установку.представленную в пятой главе данной работы.

Для удаления локальных биологических обрастаний рекомендуем применять к отдельным теплообменным аппаратам метод гидроимпульсной очистки по авт. свид. №767499 или гидропневмопромывки. Комплексные отложения, состоящие из биологических обрастаний и механических отложений рекомендуем удалять посредством разработанной нами комбинированной установки / гл. 3/, синергически сочетающей в себе свойства гидроимпульсной и вакуумной очистки. 9. Для удаления многокомпонентных отложений и обрастаний / солевых, коррозионных, биологических, механических / рекомендуем использовать разработанную, детально исследованную нами и получившую широкое внедрение технологию и установку для комбинированной физико-химической очистки / гл. 5/, которая дает возможность посредством небольших доз экологически чистых реагентов в сочетании с физическими воздействиями производить одновременную очистку любого количества теплообменников без их разборки и очищать как' трубки, так и межтрубные пространства последовательно или одновре -менно, а также аппараты со сложной конфигурацией поверхностей теп -лообмена.

1.1. Кучеренко Д.И. Оптимальное управление системами оборотного водоснабжения, Водоснабжение и санитарная техника. №7 1986.

2. Растригин Л.А. Системы экстремального управления. Москва Наука 1974.

3. Скурихин В.И., Шифрин В.Б. Дубровский Б.В. Математическое моделирование. Киев, Техника, 1983.

4. Лернер A.A. Начала кибернетики. М. Наука, 1967.

5. Винер Н. Кибернетика. М. СОВ. Радио. 1958.

6. Клиланд Д. , Кинг В. Системный анализ и целевое управление. М. Сов. радио 1979.

7. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М. Мысль 1978.

8. Джефферс Д. Введение в системный анализ: применение в экологии. М* Мир. 1981.

9. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Подготовка воды для промышленного и городского водоснабжения. Стройиздат 1962.

10. Кучеренко Д.И. Гладков В.А. Оборотное водоснабжение. / Системы водяного охлаждения /. м. Стройиздат 1980.

11. Семенюк В.Д. , Ь'встратов В.Н., Балбек Г.И. лалиниченко Г.Л. Сачество очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения. Химия и технология воды. 1980. т. 2. ,\'-15.

12. Проскуряков В.А. Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л. Химия. 198?. стр. 464.

13. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. М. Стройиздат, 1978. стр. 950.

14. Марков П.П. Стандарты качества и степень очистки сточных вод при сбросе их в водоемы при повторном использовании в промышленности, сельском хозяйстве. Обзор. М. ЦИНИС Госстроя СССР, 1976. стр . 43.

15. Крушель Г.Е. Образование и предотвращение отложений в системах оборотного водоснабжения. М. Госэнергоиздат 1955.

16. Кучеренко Д.И. Условия безнакипной работы систем оборотного водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника £9. 1965.

17. Апелыдин И.Э. Кучеренко Д.И. Определение доз реагентов при подкислении и рекарбонизации воды систем оборотного водоснабжения. Труды института В0ДГЕ0. Вып. 16. 196?.211. //е£</ //.£>. /¿'¿/¿¿ы^^е-г ¿-¿е.

18. Дятлова Н.М. Теоретические основы действия комплексонов и их применение в народном хозяйстве и медицине, йурнал Всесоюзного химического общества. Том XXIX, №3, 1984.

19. Маргулова Т.Х., Дятлова Н.М. Бихман Б.И. В кн. Применение комплексонов в теплоэнергетике. М. Энергия, 1973.

20. Найманов А.Б., Никиша С.Б. Электрические антинакипные аппараты в оборотном водоснабжении. Водоснабжение и санитарная техника №2. 1984.

21. Дрикер Б.Н., Михалев Л.С., Синельшикова ¿.И., Ремпель С.Н.

22. Бубликов И.А. Структурные особенности и теплофизические свойства внутритрубных отложений на теплообменных поверхностях б системах технической воды. Теплоэнергетика I?2. 1998.

23. Машанов A.B. Предотвращение карбонатных отложений в водо-охлаждающем оборудовании печей. Сталь №10. 1984.

24. Пантелят Г.С. Абуд Мазен. Исследование интенсивности солевых отложений и коррозии в оборотных циклах водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника. №12. 19иЗ.

25. Балтаханов Л.М. Иванов tl.H. Злектрогидравлическая очистка труб от отложений. Промышленная энергетика №4. 1998.

26. Г'олубева М.Т. Влияние сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты на санитарное состояние водоемов и обоснование гигионичсского нормирования их в воде водоемов. Производственные сточные воды. Медгиз, вып. У.

27. Шнеерсон Л.И., Умнова З.А. Биохимическая очистка сточных вод производства диметилтерефталата. Cö. трудов ВНИИ ВОДГЕО "Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности" 196?.

28. Зотов В.М. Прогрессов H.H. Биохимическая очистка сточных вод содержащих эпихлоргидрин, диметилпропан и фурфурол. Сб.

29. Охрана труда и техника безопасности. Очистка сточных вод и отходящих газов в химической промышленности" НИИТЭХИМ 1968. Вып. 6.

30. Шнеерсон Л.И. Умнова З.А. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности" 1962.

31. Ya а Аг/ /7, ^¿/¿s&^c^j' /у/ат?е2 /-b-^t^ty^/c?/? /Р&^е¿г 2 с/?. S^y? zt&^s?*? у,7b ¿j, о, ^ ✓ä? .233. /Sue с/с //J ezf Л^р&'ес/ /Y/сго-¿¿'о if о pt'-e, -f&ee, г 4 л/з /с>зо<#-з&

32. Кучеренко Л.И., Шкурченко2 Величко А.И.- Влияние железобактерий на работу систем водоснабжения, использующих подземные воды. ЦБНТИ Мин. мелиорации и водного хозяйства СССР 1972.

33. Кучеренко Д.И., Белянин А.И. Биоценоз в промышленных системах водяного охлаждения. Сб. трудов 1-го Всесоюзного симпозиума

34. Человек и биосфера" М. 1975.

35. Винберг Г.Г. Пути количественного исследования роли организмов как агентов сомоочищения загрязненных вод. Сб. "Радиоактивные изотопы в гидробиологии" М-Л 1964.

36. Никитин Д.П. Новые формы микроорганизмов. Успехи микробиологии. 1971. Вып. 7.

37. Работнова И.Л., Иванова И.И. Рост и развитие микробных культур. Успехи микробиологии. 1971. Вып. 7.

38. Обработка воды хлором и медным купоросом для борьбы с био- ■ логическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения. М. ВНИИ ВОДГЕО. 1967.

39. Мягкий Д.Д. , Васильева Н.Л. Мероприятия по борьбе с биологическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника. 1966. №1.

40. Разумов A.C. Биологические обрастания в системе питьевого водоснабжения и меры борьбы с ними. М. ВНИИ ВОДГЕО. 1953.

41. Голубовская O.K. Биологические основы очистки воды. М. Высшая школа. 1978.

42. Кучеренко Д.И., Пономаренко- B.C., Гладков В.А. и др. Резервуар градирни. Авт. свид. №567078. Бюллетень изобретений №28.1577

43. Петровский О.В., Вербин В.А., Кандзас П.Ф., Виноградов В.А. Очистка воды в системе оборотного водоснабжения на фильтрах с волокнистой загрузкой. Кокс и химия. 1984 №8 стр. 40-41.

44. Гаврилов J1.H., Чевыкин А.С. Рациональная схема осветления оборотной воды на камнеобрабатывающих предприятиях. В кн. Совершенствование технологии добычи и переработки минерального сырья. СБ. трудов ВНИПИ Стройсырье. М. 1984. с 130-133.

45. Кречетов А.Г., Калинский A.B., Кучеренко Д.И. Волохович Ь.А. Системы оборотного' водоснабжения ВАЗа. Труды семинара: "Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий" МДНТП, 1978.

46. Алферова Л. А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М. Стройиз-дат, 1984.35. ¡Курба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. Львов, Вита школа, 1980.

47. Кучеренко А.Д., Нечаев А.П., Кучеренко Д.И. Очистка теплооб- ' менных аппаратов систем оборотного водоснабжения. Водоснабжениеи санитарная техника №4 1999.1. РОССИЙСКАЯчвяиоте&л1. HUè- oí