автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Предотвращение солевых отложений в системах водяного охлаждения металлургических агрегатов

ХАРЬЮВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

РГб 0'

На правах рукописи

1 3 ,

АнДГОЮВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ СОЛЕВЫХ ОТЖЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ ЮДЯЮГО ОХЛАВДМШ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

05.23.04 - Водоснабжение, канализация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков 1996

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Харьковском государственном техническом университете строительства и архитектуры.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Пантелят Гарри Семенович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент ИА." Украины Душкин Станислав Станиславович, кандидат технических наук, доцент Шагайденко Виктор Иванович.

Ведущая организация - Харьковский Водоканал проект.

Защита состоится " ¿О1 JVЛ£Xл^_1996 года

в лХ- часов на заседании специализированного ученого совета Д 02.07.01 в Харьковском государственном техническом университете строительства и архитектуры (310002 г.Харьков, ул. Сумская, 40).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харькои-ского государственного технического университета строительства и архитектуры (310002 г.Харьков, ул. Сумская, 40).

Автореферат разослан " 2.4 " ОкМ^р&Ц^» 1996 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета канд. техн. наук, доцент

Н.И.Колотило

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАГОТН

Актуальность работы. Использование воды в системах оборотного водоснабжения является наиболее надежным средством защиты водоемов от загрязнения. Однако полностью замкнутые системы оборотного водоснабжения, в которых используются очищенные и охлажденные воды, не получили еще распространения на заводах черной металлургии Украины. Практически из всех находящихся в эксплуатации систем оборотного водоснабжения производится сброс воды в виде продувки для поддержания солевого состава оборотной воды на определенном уровне.

Одной из основных причин, препятствующих полному использованию загрязненных или нагретых сточных вод в обороте, является образование плотных солевых отложений по тракту движения воды в одних случаях и коррозионные процессы - в других. Процессы коррозии и зарастания солевыми отложениями трубопроводов и оборудования неразрывно связаны и протекают зачастую одновременно.

Образование плотных солевых (карбонатных, гипсовых и др.) отложений нарушает нормальную эксплуатацию технологического оборудования и систем водоснабжения, приводит к необходимости трудоемких работ по очистке трубопроводов и аппаратов, а в некоторых случаях к выходу их из строя и потребности замены. Особенно серьезные затруднения из-за образования плотных отложений возникают при эксплуатации теп-лообменного оборудования (конденсаторы паровых турбин, компрессоры и др.), а также газоочисток металлургического оборудования (доменные, сталеплавильные печи и агрегаты и др.).

Особую актуальность затронутые вше вопросы приобре-

тают в связи с необходимостью перевода систем водоснабжени на полностью замкнутый (беспродувочный) режим работы, что обеспечивает исключение сброса сточных вод в водоемы.

Целью диссертационной работы является разработка и внедрение нового метода предотвращения плотных солевых отл жений в полностью замкнутых системах оборотного водоснабже ния металлургических агрегатов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Научно обосновано применение нового метода предотвращения карбонатных отложений , основанного на использове нии композиции четвертичных аммониевых солей (например, ВПК-402) с триполифосфатом натрия (ТШ5Н), обладающей синер гическим действием.

2. Определены эффективные дозы рекомендуемых реагенте и оборудование для реализации разработанного метода стабилизационной обработки воды в условиях работы замкнутых сис

тем оборотного водоснабжения.

3. Разработана технология применения предложенного ме тода в системе оборотного водоснабжения холодильников коксового газа коксохимического производства Новолипецкого ме таллургического комбината (НЛМ).

Практическая ценность работы состоит в:

1) разработке и внедрении нового метода стабилизацией ной обработки вода в системе оборотного водоснабжения холе дильников коксового газа коксохимического производства НШ

2) разработке технологии приготовления ингибирущей смеси (композиции) и ее дозирования в систему водяного охлаждения коксового газа коксохимического производства НЛМ

3) обосновании перевода системы водоснабжения холоди ников коксового газа коксохимического производства НЛШ ш

замкнутый (беспродувочный) режим работы;

4) внедрении нового метода стабилизационной обработки воды смесью ВПК-402 с ТПФН в отраслевые нормы проектирования объектов водного хозяйства предприятий черной металлургии Украины.

Методология исследований. Использовано современное оборудование, стран СНГ и .других стран (Германия, Венгрия, Россия и др.) для исследования микроструктуры, химического состава и Физико-химических свойств кристаллов малорастворимых солей, в частности карбоната кальция.

Разработаны и апробированы методики определения массовой концентрации фосфатов, поли(!осфатов, диметилдиаллиламмо-нийхлоридов в промышленных и сточных водах.

Точность инструментальных замеров некоторыми приборами составляет + 0,5-1,0 %, точность интерполяции экспериментальных данных - 5-10 %, что достаточно для инженерных расчетов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Научное обоснование применения нового метода предотвращения карбонатных отложений, основанного на использовании композиции четвертичных аммониевых солей с триполигоос-йатом натрия, обладающей синергическим действием.

2. Технология применения новой композиции реагентов в системе оборотного водоснабжения холодильников коксового газа коксохимического производства НЛШ.

3. Обоснование перевода системы водоснабжения холодильников коксового газа коксохш/ического производства НЛМК на замкнутый (беспродувочный) режим работы.

4. Технология приготовления ингибируицей смеси (композиции) и ее дозирования в систему водяного охлаждения коксо-

- 4 -

вого газа коксохимического производства НЛМК.

Апробация работы. Основные результаты исследований и главные положения диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры в 1993, 1995 и 1996 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано б работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и содержит 160 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 21 рисунок и приложения. Список литературы включает 104 источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

Во введении обоснована актуальность работы, сфорадированы цель и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость, положения, защищаемые автором.

В первом разделе рассмотрены причины и химизм образования плотных солевых (карбонатных и гипсовых) отложений в различных системах оборотного водоснабжения. В системах водяного охлаждения разнообразных тепловых технологических агрегатов образуются в основном отложения карбоната кальция в результате сдвига углекислотного равновесия, который интенсифицируется с повышением температуры. Максимальная интенсивность отложений наблюдается в зонах высоких температур теплопере-дающих поверхностей, особенно в зонах местного кипения воды.

Выполнен анализ существующих методов предотвращения солевых отложений. Анализ литературных и патентных материалов, обобщение опыта исследований и учет опыта эксплуатации систем оборотного водоснабжения с применением стабилизационной обработки воды показал, что дальнейшее совершенствование ме-

тодов предотвращения солевых отложений связано с поиском, опробованием и внедрением новых композиций ингибируюаих веществ, обладающих синергическими свойствами.

Во втором разделе дана оценка предложенных ранее различными учеными (Кучеренко Д.И., Фергюссон Р. и др.) зависимостей для определения количества и интенсивности карбонатных отложений в системах водяного охлаждения теплообмен-ной аппаратуры и оборудования.

Д.И.Кучеренко предложил определять количество карбоната кальция, выделяющегося при распаде бикарбонатов, по формуле:

(I)

Ж (Р, Ф2 - (Р2 ) 140Е ] -о- Г 50-102

где } ~ потеРи В0'11Ы в оборотной системе на испаре-

ние, капельный, унос и продувку, щелочность оборотной и добавочной воды, г-экв/л;

- расход циркулирующей в системе воды, у3/ч;

С - продолжительность работы системы оборотного водоснабжения, ч;

50

- эквивалентный вес карбоната кальция, г;

X ~ количество карбоната кальция, г.

Формула Кучеренко позволяет достаточно точно вычислить количество вьдаедящегося из воды карбоната кальция, но не решает задачи определения той его части, которая осаждается в виде накипи на стенках теплообменников или другого оборудования.

Весьма привлекательным и имеющим солидную теоретическую и экспериментальную базу является выражение, предложен-

ное Фергюссоном для расчета количества карбонатных отложений, | осаждающихся в теплообменниках:

где ^ - скорость вьщеления карбоната кальция из воды,

моль/л/с, определяемая по формуле (3); гу '

I - средняя продолжительность пребывания воды в теплообменниках, с.

- VI

у- А • е и • [ X ]

(3)

где С| - скорость выделения карбоната кальция, моль/л/с; д - 6,92«л/моль-с, фактор частоты;

Е- 14,49-9,8 Дк/моль, энергия активации; ^ - 1,987-4,2 Дж/град/моль, универсальная газовая постоянная; - температура воды, °К; ^ - мгновенный избыток карбоната кальция, юль/л; л - порядок реакции.

Если поверхность теплообменников чистая, то = I, для теплообменников с существенным слоем накипи П. = 2,0-2,2.

Автором диссертационной работы предложены зависимости для определения количества отложений карбоната кальция, образующегося в системах оборотного водоснабжения газоочисток доменных печей (4) и теплообменниках (5).

х Члс-а+ ж*-о 1-е ,««

где ^ - количество образовавшегося карбоната кальция, г/ч;

дС - прирост временной жесткости (щелочшсти) в газоочистке, моль/мэ;

- расход воды в системе оборотного водоснабжения газоочистки, м3/ч;

- временная жесткость (щелочность) подпиточной воды, мэль/м3;

Q - расход подпиточной воды, соответствующий румгарнш» потерям воды на испарение и каплеушс на градирне, • м3/ч;

Г - вес одного моля карбоната кальция, ¡г/моль. Например, для системы водоснабжения газоотасток дохгенных печей Р 1-4 Мариупольского металлургического язмбината им. Ильича: дС = I ммоль/л, Q. = 5000 м3/ч, ^Хьр^ 2.июль/*, CL 100 м3/ч,Е = 100 г.

X в [1,0-5000 t Z • jooj-joo - 52.0000 г/ч -

= 520 кг/ц

Для систем водяного охлаждения тегаообмешиков:

X r (Q АОб ' ЩлОб" " Чын ' ЦрАВН ) * 2^4-1000 (5)

где Qaoe - расход подпиточной воды, м3/ч;

QyH - расход воды на капельный унос на гр^ирне, гР/ч; [Длоь ~ щелочность добавочной (подпиточной) эоды, мг-экв/л;

(Драэд - равновесная щелочность оборотной водз^ мг-экз/л. Например, для системы водоснабжения конденсаторов паровых турбин ТЭЦ комбината им. Ильича: Qaoö = I0C5 н3/ч, Qy^ = 250 к3/ч, Цдов = 5 мг-экв/л, = 3 мг-экв/л.

X = (i ООО - 5,0 - 2 50 • Z>) • 24 - iOOO -- 4250 - 2k • iOOO = юг кг/ч

Зависиуости (4) и (5) позволяют с достаточной для практических целей точностью определить количество отложений, образующихся в газоочистном и теплообменном оборудовании.

В третьем разделе приведены результаты лабораторных исследований по опробованию различных ингибиторов и их смесей (композиций) для снижения интенсивности плотных солевых (карбонатных) отложений.

Лабораторные исследования по определению эффективности ингибиторов отложений проводили в статических и динамических условиях на водяных банях и экспериментальной установке, представляющей собой циркуляционный контур, моделирующий работу системы водяного охлаждения. Контур состоит из нагревательного элемента (трубчатой электрической печи), имитирующего работу теплообменного оборудования, контрольной стеклянной трубки для определения количества солевых отложений, градирни, стеклянных и металлических образцов, контактного термометра, насоса, трубопроводов и лабораторного автотрансформатора. Контрольная стеклянная трубка изготовлена из жаропрочного кварцевого стекла и размещена внутри (в полости) трубчатой нагревательной печи. Стеклянные образцы для контроля солевых отложений и металлические образцы для контроля скорости коррозии размещали в зоне орошения градирни, а также в резервуаре для охлажденной воды. Конструкция градирни позволяла исключить капельный унос воды. Диаметр контрольной трубки составлял 21,4 мм, емкость контура - 3,5 л, расход оборотной воды в контуре - 120 л/ч, скорость движения воды в контрольной трубке контура - 0,5 м/с.

Испытания в лабораторных условиях проводили при температуре воды до 50 °С, щелочности 3,7-4,5 мг-экв/л, концентрации кальция 3,5-4,0 мг-экв/л.

Воду на водяных банях и в циркуляционном контуре обрабатывали различным* ингибиторами и их смесями: комплексная Цинковая кислота ЮпСКШ. комплексная соль цинка НИМз!, основной сульфат цинка соединения цин-

ка с четвертичными аммониевыми солями, например, дохямер ди-метиддиалжвдаммонийхлоряд (ВПК-402), триполифосфат натрия (ТШ) с ВПК-402 н др.

Установлено, что смесь (композиция) ШШ с ШП5-402 обладает синергяческим действием и позволяет получить максимальный ингибирухщий эф^хт - 97-98 % (табл. I).

Изучены свойства и механизм действия солей цинга, четвертичных аммониевых солей, смеси ТЛЕН с ВПК-402.

Четвертичные аммониевые соли (ВПК-402) взаимодействуют с полвфосфатом. Щя этом свободные валентности связываются через кгслорАвый мостик с фосфорной группой и обрадуется комплексное соединение, превышагщее по своему ингибирулцецу действию суммарное действие отдельных компонентов.

О

о )

0 = Р-0 : СНГСН-СИ-СН2: о-р = 0

НО

(

н2с сн2 \ / N

ОН

(6)

нон

Таблица I

Результаты опробования ингибиторов отложений на экспериментальной установке

Щ :Ингибирущий :Веоовое:Доза,:Продол п/п:соотав для •.обработки. :воды

Химичеокий состав воды:

:шение : :кость Щелочность1 Лесткость5 Кальций

гкоыпо- гнентов • » : :експе-: :римен-: :та, ч •§по фенол- •фталеину • общая • • • «

- 6 0/0,8 4,1/5,1 5,5/6,0 4,0/4,0

12 0/1,1 4,0/4,9 5,5/5,7 4,0/4,1

1:10 1,0 6 (по Т1Ш) 12 0/0,6 4,5/5,9 5,1/6,0 3,6/4,1

0/Ц2 4,5/6,5 5,5/6,5 4,1/4,5

0,7 6 (по Т1Ш) 12 0/0,9 4,5/5,6 5,2/6,1 3,7/4,2

0/1,4 4,5/7,0 5,3/6,2 3,9/4,7

0,6 6 (по ТПФН) 12 0/1,0 4,5/5,7 4,9/6,1 3,7/5,0

0/1,1 4,5/6,1 5,0/6,5 4,5/6,7

0,5 6 (по ТШЮ 12 0/1,2 0/1,5 4,0/6,0 3,6/6,5 5,5/7,0 5,6/7,1 4,1/6,0 4,2/6,9

:КОличеот-:Эффек-:во отло- :тив-:кений на :нооть, {контроле,; %

I кг Са

I. Без обработки

Смеоь: 0,1 %-ный раствор ВПК-402 готовится на 1,0 %-ном растворе ТШ

62,0 1,46 1,0 2,0 10,0

96 98 96 80

0

1

Перечисленные соединения (цинксодержащие ингибэторы и полученный в результате взаимодействия ВПК-402 с ИЕН полимер хлорида диметилдиаллиламмонийфосфата) сорбируются на поверхности зародышей кристаллов карбоната кальция, препятствуют их росту и тормозят сдвиг углекислотного равновесия.

Механизм действия перечисленных ингибиторов аналогичен действию применяющихся в настоящее время эффективных ингибиторов отложений, например ЮМСа (ингибитора отложений минеральных солей), представляющего собой органический фосфатсо-держащий комплексон.

Установлено также, что смесь ВПК-402 с ТШН наряду с предотвращением карбонатных отложений способствует снижению интенсивности коррозионного износа металлов (табл. 2).

Проведены физико-химические исследования образушихся солевых отложений при обработке различными ингибиторами. Определены размеры и форма образующихся кристаллов карбоната кальция, полученных при применении различных ингибиторов и их смесей (рис. I).

На рис. 2 приведены данные дифференциального термографического исследования образцов отложений карбонатз кальция, полученных в различных условиях: без обработки воды и при обработке смесью ТПФН с ВПК-402. Во всех исследованных образцах отложений наблюдается потеря веса образцов в области температур 470-500 °С. При этих температурах имеет место выделение связанной воды из гидроксидов кальция и магния, что свидетельствует о наличии в отложениях соединений с группой 0К~. При этом образование различных модификаций карбонатов и переход одной кодификации в другую не обнаружены.

В четвертом разделе приведены результаты промышленных испытаний метода предотвращения отложений в системе водяного

Таблииэ 2

Зависимость скорости коррозии образцов из Ст.З

: Разновидность :Текпе-: Перепад :Продолжи-:Общее со-:Хлори-п/п: исходной воды :ратура:температу-:тельность:лесодер- :ды, : своды, :рн воды, :экспери- :жание, : мг/л

°С ; : °С :«енте, ч : иг/л

1. Оборотная вода бея обработки

2. Оборотная вода без обработки

3. Оборотная вода с обработкой смесью

ВПК-402 с ТИН позой 0,75 мг/л (по ТШН)

4. Оборотная вода с обработкой смесью ВПК-402 с ТПФН дозой 1,75 мг/л (по Т®НГ

5. Оборотная вода с обработкой смесью ВПК-402 с ТПФН дозой 1,75 мг/л (по ТГШО*

43 42

42

41

41

10 10

10

10

10

Сульйа-: ты, : мг/л :

672 1620 354 490 672 1650 365 520

672 1700 400 550

672 2050 450 600

672 1620 405 480

Скорость:Балл: Группа корро- : :стойкости зии, : : мм/год : :

Пониженно 0,12 6 стойкие

0,14 6 Пониженно стойкие

0,07 5 Стойкие ^

I

0,04 4 Стойкие

0,048 4 Стойкие

Примечание. * Данные, приведенные в строчках 4 и 5, получены при одинаковых дозах ингибируг-шей смеси для оборотной воды, имеющей различный химический состав.

б

Рис. I. Кристаллы карбоната кальция, полученные из:

а) необработанной воды, содержащей соли жесткости;

б) воды, обработанной смесью ТПФН с ВПК-402.

Увеличение х4000

ТЕГАПЕ-РаТ^РЛ,"^ '

а

б

Рис. 2. Дериватограммы солевых отложений, полученных:

а) без обработки воды;

б) при обработке воды смесью ТШН с ВПК-402.

охлаждения цеха очистки коксового газа № 2 КХП ШШК.

Смеси реагентов подавали в систему оборотного водоснабжения вместе с подпиточной технической водой один раз в сутки. Для равномерного распределения реагентов во всем объеме системы водоснабжения смеси дозировали в течение одного часа небольшими порциями с интервалом в 5 мицут. Количество вводимого в систему раствора смеси варьировало в зависимости от разновидности ингибирущей смеси и колебалось в пределах 3,5-5,8 л. Учитывая небольшой расход растворов реагентов, их готовили в заводской лаборатории. Для контроля за интенсивностью образования отложений использовали металлические пластины, установленные в трубопроводе горячей воды (температура 41-45 °С) перед градирней.

Для оценки эффективности метода определяли интенсивность образования отложений в период до подачи реагентов и при их дозировании в систему. Для этого контрольные пластины устанавливали в тех же точках системы водоснабжения. Периодичность определения количества карбонатных отложений на контрольных образцах (пластинах) составляла один раз в трое суток. По удельному количеству отложений на поверхности исследуемой пластины и продолжительности эксперимента вычисляли

р

интенсивность образования отложений в г/(м -ч).

Математическая обработка полученных экспериментальных данных выполнена путем разбивки их на две группы с описанием каждой показательными функциями вида О.-О, на примере

промышленных испытаний (рис. 3).

Первый участок: О ^ ^

£ = 0,25 Э = "> с • = 42.

е,к6= 2,5381 . Т1 = о. а? Э = р* • с • е = 98.2

Ь= ¿/0,82 - Ы £,3534 = ¿,5699

Э4,3699-Л)

= 2- е '

Второй участок: О, ^

^ Э ~ 50 • с-гл' = 50

6 = 1/5,13 - Ы 4,964 =

С = ¿¿8,46 ^

г\ . , „ -О.г^Б-ЛЗ (8)

Э = • е '

Рис. 3. Ингибирование карбонатных отложений

на промышленной установке Эффективность реагентной обработки воды в системе водоснабжения оценивали по относительному количеству карбонатных

отложений, высадившихся из обработанной и необработанной воды.

Пятый раздел по священ анализу опыта эксплуатации системы оборотного водоснабжения коксохимического производства НЛМК с применением новых ингибирущих смесей.

После освоения и внедрения метода предотвращения карбонатных отложений с помощью ингибирущей смеси реагентов ВПК-402 и ТЩ>Н система оборотного водоснабжения переведена на замкнутый режим работы с исключением продувки. Это изменило водно-химический режим работы системы водоснабжения, привело к увеличению Кк и соответственно к росту общего солесодержа-ния оборотной воды и его компонентов: хлоридов, сульфатов, щелочности, жесткости.и др. (табл. 3).

Разработана технология обработки оборотной воды смесью ВПК-402 с ТГЭН. Эффективная доза ингибирущей смеси составляет 0,87 мг/л (по ТПФН). Весовое соотношение компонентов в смеси 1:10 ( одна часть ВПК-402, десять частей Т10Н).

Незначительные дозы реагентов существенно упростили технологию реагентной обработки воды: нет необходимости в строительстве и эксплуатации реагентного хозяйства, смесь реагентов готовится в лабораторных условиях. Подача ингмби-рующей смеси в систему производится два раза в сутки в приемник охлажденной воды, т.е. перед насосами, подающими воду потребителям. Смесь готовят путем ввода товарного ВПК-402 в раствор ТШН. Общее количество раствора смеси реагентов для разового ввода в систему водоснабжения составляет 5-6 л.

Разработана инструкция по эксплуатации реагентной обработки воды смесью ВПК-402 с ТШН, методики определения массовой концентрации фосфатов, полифосйатов и диметилдиаллил-аммонийхлоридов в промышленных сточных водах.

В этом же разделе определена технико-экономическая эф-

Таблица 3

Химический состав подпиточной и оборотной воды

№ п/п

рН '.Жесткость,: Кальций, : мг-экв/л : мг-экв/л

Магний, :Щелочность мг-экв/л : общая,

: мг-экв/л

Хлориды, мг/л

Сульфаты, мг/л

Общее соле-содержание, мг/л

1. 7,3

2. 7,2

5,5 5,7

3,0 3,2

Подпиточная вода 2,5 4,6

2,5 4,8

Оборотная вода

6,0 8,0

40,6 45,1

610,0 655,0

3. 7,4 И.З 6,3 5,0 8,6 20,0 140,0 1850,0

4. 7,3 11,2 6,1 5,1 8,2 23,0 135,0 1900,0

5. 7,2 11,2 6,2 5,0 8,3 25,0 128,0 1870,0

6. 7,4 11,4 6,4 5,0 8,8 23,0 145,0 1920,0

7. 7,3 11,5 6,4 5,1 8,9 24,0 142,0 1910,0

8. 7,4 11,3 6,3 5,0 8,7 24,0 142,0 2005,0

9. 7,3 11,3 6,5 4,8 8,7 24,0 150,0 2010,0

I

м

аз

фективность применения ингибирукхцих составов и область применения разработанного метода предотвращения карбонатных отложений на промышленных предприятиях Украины, сформулированы направления дальнейших исследований.

Установлено, что годовой экономический эффект от внедрения ингибирущих составов в системе водяного охлаждения цеха очистки коксового газа № 2 коксохимического производства НЛШ составит 102,0 тыс. руб. в ценах 1984 года. Выполнено также сравнение стоимости обработки воды различивши методами. Определено, что удельная стоимость обработки воды смесью ВПК-402 с Т1Ш существенно ниже, чем при других прогрессивных методах стабилизационной обработки воды.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенного исследования дана оценка предложенных ранее различными учеными зависимостей для определения количества и интенсивности карбонатных отложений в системах водяного охлаждения теплообменной аппаратуры и оборудования. Предложены новые зависимости, позволяющие определить количество карбоната кальция в системах оборотного водоснабжения газоочисток доменных печей и в теплообменном оборудовании. На основе полученных зависимостей выполнено сопоставление количества отложений карбоната кальция, образующихся в замкнутых и частично замкнутых системах оборотного водоснабжения. Установлено, что в замкнутых системах количество отложений в 4-5 раз меньше, чем в незамкнутых системах водоснабжения.

2. Показано, что рост солесодержания оборотной воды (при нейтральной среде) не вызывает интенсификации коррозионных процессов и не препятствует переводу систем водоснаб-

жения на замкнутый режим работы, исключающий сброс сточных вод в водоемы.

3. Проведены исследования в лабораторных условиях на циркуляционном контуре, имитирующем работу замкнутой системы водяного охлаждения и на водяных банях. Опробован ряд ингибиторов плотных солевых отложений: простые неорганические фосфаты, триполифосфат натрия (ТИН), комплексная цинковая кислота, комплексная соль цинка, соединения цинка с ВПК-402, смесь ВПК-402 с ТПФН и др. Установлено, что смесь (композиция) ТПФН с ВПК-402 обладает синергическим действием и позволяет получить максимальный ингибирукхций эффект - 97-98 %.

4. Изучены свойства и механизм действия солей цинка, четвертичных аммониевых солей, смеси ВПК-402 с ТШ>Н.

5. Проведены физико-химические исследования образующихся солевых отложений при обработке воды различными ингибиторами. Определены размеры и форма образующихся кристаллов карбоната кальция, получены дериватограммы солевых отложений.

6. Объяснен механизм влияния различных ингибиторов солевых отложений на кристаллизацию малорастворимых солей.

7. Изучены особенности работы системы оборотного водоснабжения цеха № 2 очистки коксового газа коксохимического производства НЛШ. Определен водный и солевой (материальный) балансы системы водоснабжения. Установлено, что величина^коэффициента концентрирования (Кк) хорошо растворил?ых солей до внедрения разработанного в объеме настоящей работы нового метода предотвращения карбонатных отложений находилась на уровне 1,30-1,35, после внедрения - 3,3-3,4.

8. В промышленных условиях испытан ряд ингибиторов солевых отложений и смесей (композиций) этих веществ:

- комплексные соединения галидов и сульфатов цинка;

- соединения цинка с четвертичными аммониевыми солями;

- соединения цинка с продуктом обработки ВГШ-402 аммиаком;

- смесь ВПК-402 с ТПШ.

Максимальная эффективность получена при обработке воды смесью хлорида цинка с серной кислотой (94,5 %) и смесью ВПК-402 с ТШН (98,15 %). Установлено, что обработка оборотной воды должна производиться два раза в сутки. При этом раствор смеси ингибиторов рекомендуется подавать в резервуар охлажденной воды перед ее подачей потребителям.

9. Обработка оборотной воды смесью ВПК-402 с ТПФН отличается высокой эффективностью по предотвращению карбонатных отложений. Эта технология внедрена в системе водяного охлаждения оборудования цеха очистки коксового газа № 2 коксохимического производства HBJK.

10. Внедрение разработанной,в объеме диссертационной работы технологии позволило перевести систему водоснабжения на замкнутый (беспродувочный) режим работы. Исключен сброс в общезаводской шламонакопитель 250 м3/ч (2,0 млн. м3/год) сточных вод с соответствующим сокращением количества свежей воды, забираемой из водоема.

11. Экономический эффект от внедрения разработанного метода составляет 102,0 тыс. руб. в ценах 1984 года.

12. Сравнение обработки воды различными методами предотвращения карбонатных отложений показало, что удельная стоимость обработки воды смесью ВПК-402 с ТШН существенно ниже.

13. Разработанный метод рекомендован для применения в системах водяного охлаждения практически всех отраслей промышленности Украины: черная и цветная металлургия, теплоэнергетика, машиностроение, пищевая, текстильная и др. Наи-

более целесообразно использование метода в регионах, где природная вода отличается высокой жесткостью и повышенным соле-содержанием (Донбасс, Крым, Юг и Юго-Залад Украины). Метод включен в отраслевые нормы технологического проектирования объектов водного хозяйства предприятий черной металлургии Украины. Нормы разработаны в 1995 году институтами НИПИ "Энергосталь" (г.Харьков) и Укргипромез (г.Днепропетровск) при участии автора диссертации.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Совершенствование методов предотвращения плотных солевых (карбонатных) отложений: Информ. листок 86-95. - Харьков: ХЦНТИ, 1995 (соавт. Пантелят Г.С.).

2. Новый метод предотвращения карбонатных отложений в системах водяного охлаждения: Информ. листок 66-95. - Харьков: ХЦНГИ, 1995 (соавт. Пантелят Г.С.).

3. Направления совершенствования методов предотвращения плотных солевых (карбонатных) отложений // Водоснабжение и санитарная техника. - 1996. - ?? 3. - С. 17-18 (соавт. Пантелят Г.С.).

4. Предотвращение карбонатных отложений в системах водяного охлаждения: Информ. листок 149-95. - Харьков: ХЦНТИ, 1995 (соавт. Пантелят Г.С.).

5. Технические решения по переводу системы водяного охлаждения на замкнутый режим работы // Тез. докл. 50-й науч.-техн. конф. ХГГУСА. - Харьков, 1995. - С. 97 (соавт. Пантелят Г.С.).

6. Новая технология стабилизационной обработки воды в системах водяного охлаждения // Тез. докл. 50-й науч.-техн. конф. ХГГУСА. - Харьков, 1995. - С. 102 (соавт. Пантелят Г.С.).

- 23 -

Andronov V.A. Preventing of salt sedimentation in the systems of water cooling of metallurgical units. Manuscript of Philosophy Doctor Thesis on specialized field 05.23.04 - water supply, sewage systems, Kharkov State Technical University of Building and Architecture, Kharkov, 1996. Thesis contains experimental data that were obtained on laboratory and industrial conditions. These data permit to propose and inculcate new method of preventing of carbonate sedimentation. It was done with the help of the mixture (composition) of TPFN and VPK-4-02 reagents which doses 0,75 mg/1 and 0,08 mg/1 correspondingly. Effectiveness of this method makes 95-98 %.

Андронов В.А. Предотвращение солевых отложений в системах водяного охлаждения металлургических агрегатов. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация, Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 1996. Диссертация содержит экспериментальные данные, полученные е лабораторных и промышленных условиях, которые позволили предложить и внедрить новый метод предотвращения карбонатных отложений с помощью смеси (композиции) реагентов ТПФН и ВПК-402 дозами соответственно 0,75 мг/л и 0,08 мг/л. Эффективность способа 95-98 %.

Ключов1 слова: система водяного охолодження, сильовий склад, р1вноважна лужн1сть, сильов! в1дкладення.