CC BY
9
УДК 004.9: 303.732.4: 628.16: 661.11
Радецкая А.С., Трохин В.Е., Дикарева Ю.М., Бессарабов А.М.
ДЕКОМПОЗИЦИЯ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА ПРЕДПРИЯТИЯ МАЛОТОННАЖНОЙ ХИМИИ
Радецкая Анна Сергеевна - инженер.
Трохин Василий Евгеньевич - к.х.н., директор.
Дикарева Юлия Михайловна - к.т.н., заведующий отделом.
Бессарабов Аркадий Маркович - д.т.н., профессор, заместитель директора по науке, [email protected]; АО Научный центр «Малотоннажная химия», Россия, Москва, 107564, ул. Краснобогатырская, д. 42.
Проведена декомпозиция задачи обеспечения водными ресурсами промышленного предприятия. На основе CALS-технологии разработана типовая интегрированная система водного хозяйства предприятия малотоннажной химии, включающая в себя 7 локальных подсистем: оборотного водоснабжения; генерации пара, сбора и обработки конденсата; получения обессоленной воды; получения высокочистой воды; сбора и обработки загрязненных вод; очистки технической воды; горячего водоснабжения
Ключевые слова: малотоннажная химия, водное хозяйство, техническая документация, декомпозиция, CALS-технология
DECOMPOSITION OF THE WATER SECTOR OF THE ENTERPRISE OF FINE CHEMISTRY
Radetskaya A.S., Trokhin V.E., Dikareva Ju.M., Bessarabov A.M. R&D Centre "Fine Chemicals", Moscow, Russian Federation
The decomposition of the problem ofproviding an industrial enterprise with water resources has been carried out. On the basis of CALS-technology, a typical integrated water management system of a fine chemistry enterprise has been developed, which includes 7 local subsystems: circulating water supply; steam generation, collection and processing of condensate; obtaining demineralized water; obtaining high-purity water; collection and treatment of contaminated waters; purification of industrial water; hot water supply
Keywords: fine chemistry, water management, technical documentation, decomposition, CALS-technology
Декомпозиция водного хозяйства страны позволяет выделить следующие 6 задач: водообеспечение населения - обеспечение населения водными ресурсами в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей; водообеспечение экономики, в т.ч. промышленных предприятий; защита населения от водных катастроф и их регулирование; изучение, учёт и охрана водных ресурсов от истощения и загрязнения; борьба и предотвращение негативного воздействия вод; восстановление водных объектов до состояния, обеспечивающего экологически благоприятные условия жизни населения [1].
Обеспечение водой промышленных предприятий (ПП) является одной из важнейших народнохозяйственных задач. При этом вопросы оптимизации водообеспечения, энерго- и ресурсосбережения решаются по следующим 5 направлениям [2]:
1. Системы водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод должны рассматриваться в совокупности как единая система водного хозяйства ПП, направленная на подготовку воды до норм оборотного водоснабжения.
2. Создание замкнутых и бессточных систем водного хозяйства предприятий с заменой прямоточного водоснабжения и сложных многостадийных схем очистки на локальные (которые будут являться основными звеньями оборотных систем водного хозяйства ПП) с утилизацией ценных веществ и доведением образующихся отходов до
товарного продукта или до вторичного сырья при минимизации материальных и энергетических затрат.
3. Для технического водоснабжения ПП нужно использовать только очищенные производственные и доочищенные городские (бытовые) сточные воды, а также поверхностный сток с территории предприятий. Вода питьевого качества и из подземных источников должна применяться только для особых целей и восполнения безвозвратных ее потерь в системах оборотного водоснабжения.
4. Создание замкнутых систем водного хозяйства не отдельных предприятий, а промышленных районов или территориально-производственных комплексов с последовательным использованием очищенных стоков в различных технологических процессах одного предприятия или передачей их для систем промводоснабжения соседей.
5. Технология обработки промстоков на локальных сооружениях (в зависимости от требований, предъявляемых к технической воде) в большинстве случаев, вероятно, должна основываться на различных комбинациях физико-химических методов очистки: тонкослойного отстаивания; электрофлотокоагуляции; коалесцирующего фильтрования; фильтрования через плавающие загрузки; сорбции; мембранного фильтрования (ультро-, нано- и гиперфильтрации); ионного обмена; корректирования рН; нейтрализации диоксидом углерода и др.
На промышленных предприятиях вода используется в технологических процессах производства и от качества работы систем водного
хозяйства зависит не только качество и себестоимость конечной продукции, но и сроки эксплуатации оборудования, и уровень промышленной безопасности. Причем, количество воды, непосредственно поступающей в технологию в качестве действующего вещества (реагента) существенно меньше, чем используемой в различных вспомогательных процессах [3].
Большинство систем водного хозяйства промышленных предприятий к настоящему времени существенно изношены. Перед организациями, эксплуатирующими такие системы, встает ряд вопросов: стоит ли ремонтировать существующую инфраструктуру, как сделать работу водооборотных систем, систем водоподготовки и очистных сооружений наиболее эффективной с минимальными затратами. Технический аудит водного хозяйства позволяет определить фактическое состояние водного хозяйства предприятия, оценить максимально возможную эффективность его работы и разработать концепцию реконструкции водного хозяйства [4].
Показано, что в целях оптимизации водного хозяйства предприятий требуется создание на них замкнутых и бессточных систем с заменой прямоточного водоснабжения и сложных многостадийных схем очистки на локальные схемы с утилизацией ценных веществ и доведением образующихся отходов до товарного продукта или до вторичного сырья при минимизации материальных и энергетических затрат [2]. Этим подходам соответствует разработанная для завода малотоннажной химии АО «ЭКОС-1» (Ст. Купавна, Московская область) энерго- и ресурсосберегающая интегрированная система водного хозяйства предприятия (ИСВХП). Она охватывает все технологические и вспомогательные процессы предприятия, в которых используются водные ресурсы. В структуру разработанной на модульном принципе типовой ИСВХП входят 7 локальных подсистем [5]: оборотного водоснабжения; генерации пара, получения обессоленной воды; получения высокочистой воды; сбора и обработки конденсата; сбора и очистки загрязненных вод; очистки технической воды; горячего водоснабжения:
• подсистема оборотного водоснабжения состоит из емкостей (бассейнов) исходной воды, охладителей (градирен), насосных станций, емкостей теплой воды, оборудования для очистки, коррекции состава и химической обработки воды;
• подсистема генерации пара, сбора и обработки конденсата включает в себя генерирующее оборудование (котельные, парогенераторы), подсистемы подготовки питающей воды, сбора, коррекции, химической обработки и возврата конденсата;
• подсистема получения обессоленной воды для нужд производства (технологии, систем генерации пара, обеспечения дальнейшей очистки воды) включает обратноосмотические, ионно-обменные, дистилляционные установки, комплексы накопления и
распределения воды, установки химической обработки воды, очистки и регенерации оборудования;
• подсистема получения высокочистой воды для нужд технологии и обеспечения лаборатории включает оборотно-осмотические установки, сорбционные, ионообменные, фильтрационные и дистилляционные установки, емкости накопления и распределения воды, накопления дренажных и других стоков, химической обработки и регенерации оборудования;
• подсистема сбора и обработки загрязненных вод (промышленный сток) включает промежуточные накопительные емкости, насосные станции, локальные очистные сооружения для химической обработки, отстаивания, очистки, перекачивания к внешним приемникам или использования на предприятии;
• подсистема получения технической воды для приема и подготовки сторонней или артезианской воды включает в себя приемные, магистральные, распределительные трубопроводы, насосные станции, специализированное оборудование для водоподготовки (усреднения, умягчения, обессоливания, обезжелезивания, дезинфекции и др.);
• подсистема горячего водоснабжения для обеспечения производственных и вспомогательных помещений горячей водой включает систему бойлеров, накопительных емкостей и перекачивающих станций, предназначенных для удовлетворения бытовых нужд предприятия и обогрева горячей водой теплообменного и вспомогательного технологического оборудования.
Разработка системы водного хозяйства предприятия осуществлялась на базе наиболее современной и перспективной системы компьютерной поддержки - CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта) [6]. В основе концепции CALS лежит комплекс единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации. Это позволило повысить качество исследовательских и конструкторских работ, а также обеспечило полное компьютерное сопровождение всех этапов жизненного цикла.
При разработке интегрированной модульной системы на основе информационного CALS-стандарта ISO 10303 STEP был создан типовой протокол применения для постоянного технологического регламента (рис. 1). В основе информационной структуры лежит «Положение о технологических регламентах производства продукции на предприятиях химического комплекса» [7].
В типовую схему CALS-проекта технологического регламента интегрированной системы водного хозяйства занесены следующие 14 основных категорий верхнего уровня (рис. 1): общая характеристика производств; характеристика производимой продукции; характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов; описание технологического процесса и схемы; материальный баланс; нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов; нормы
образования отходов производства; контроль производства и управление технологическим процессом; возможные неполадки в работе и способы их ликвидации; охрана окружающей среды;
у система водного хозяйства - PSM
безопасная эксплуатация производства; перечень обязательных инструкций; чертеж технологической схемы производства (рис. 1а); спецификация основного технологического оборудования.
Файл Правка Вид Настройки ?
В & Категории
jp- Й Техн ол оги ч ески й р е гл а м е нт ES -«feu 01. Общая характеристика п Œi ¡fil 02. Характеристика произво, 03. Характеристика исходно! В§ &1 04. Описание технологическ ■ЕВ- а 05. Материальный баланс Е& !Й Об. Нормы расхода основны> В§&1 07. Нормы образования отхо ■ЕВ- а 08. Контроль производства i Щ-te 09. Возможные неполадки в ^h Ю - Охрана окружающей сре, Sl to 11. Безопасная зксплуатаци ES--ÎÈ1 12. Перечень обязательных
И§|Й1 ЩКшЗГ
S 1. Система оборотного во Й 2. Система генерации па( fil 3. Система получения о6е ëS 4. Система получения вы< а 5. Система сбора и обраби fil б. Система обработки уел 7. Система ГВС Ш È1 14. Спецификация основног
:+]■■■ ЕВ :+]■■■ :+]■■■
ЕВ
1
J-U ILU-
Рис. 1 CALS-проект технологического регламента интегрированной СВХП (а - блок-схема системы)
Проведены исследования и в раздел № 5 (материальный баланс) технологического регламента занесены результаты по основным 12 видам потоков воды: магистральная вода, концентрат, оборотная вода (прямая), оборотная вода (возвратная), обессоленная вода, насыщенный пар, конденсат с технических аппаратов, бытовые стоки, промышленные стоки, высокочистая вода, горячая вода.
Сбалансированная работа всех подсистем водного хозяйства предприятия позволяет добиться снижения потребления воды предприятием в целом до 20%, а энергии до 15%. Созданная на АО «ЭКОС-1» типовая интегрированная система характеризуется: уменьшением потери воды, промышленных и условно-жестких стоков, а также негативного воздействия предприятия на окружающую среду; повышением эффективности и безопасности производства.
Работа проводилась при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) по проекту № 20-03-00515 «Системные исследования жизненного цикла разработки и производства в технологии материалов особой чистоты».
Список литературы
1. Данилов-Данильян В.И. Водные ресурсы России: состояние, использование, охрана, проблемы управления // Экономика. Налоги. Право. — 2019. — Т. 12, № 5. — С. 18-31.
2. Прохоров Е.И., Нечаев И.А. Совершенствование водного хозяйства промышленных предприятий // Водоснабжение и санитарная техника. — 2009. — № 1.
— С. 11-17.
3. Прохоров Е.И., Нечаев И.А. Совершенствование водного хозяйства промышленных предприятий // Водоснабжение и санитарная техника. — 2009. — . 1.
— С. 11-17.
4. Семенихин В.И., Догадина Л.М. Технический аудит водного хозяйства промышленных предприятий // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. — 2013. — № 8 (68). — С. 4-7.
5. Bessarabov A., Trokhin V., Stepanova T. Energy-and resource-saving system of water management for fine chemistry // Chemical Engineering Transactions. — 2018.
— V. 70. — P. 523-528.
6. Гродзенский С.Я., Гродзенский Я.С., Калачева Е.А. CALS-технологии - ресурс повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции // Стандарты и качество. — 2014. — № 5 (923). — С. 9093.
7. Трохин В.Е., Бессарабов А.М., Щендрякова А.В., Вендило А.Г., Стоянов О.В. Интегрированная система водного хозяйства в малотоннажной химии // Ремонт, восстановление, модернизация. — 2016. — № 8. — С. 26-36.
