CC BY
49
Таблица 1 - Состав оборудования для отопления и вентиляции
Функция Оборудование для отопления Тепловая мощность , кВт Устройство получения низкопотенциального тепла Количест во Общая тепловая мощность, кВт
Отопление Тепловой насос (вода-вода) с грунтовым коллектором 50 Длина грунтового коллектора для одного ТН: 6x400 м = 2400 м 5 250
Электрокотел - догреватель 90 отсутствует 2 180
Вентиляция Тепловой насос (воздух-вода) на вытяжном воздухе 9 Максимальный объем вытяжного воздуха, прогоняемого через ТН: 500 м3 5 45
Тепловой насос (воздух-вода), использующий наружный воздух 36 2 72
На рисунке 1 показана принципиальная схема рекуперационной теплонасосной установки, работающей на отработанном воздухе. В состав установки входит накопительный водонагреватель, что делает возможным использовать ее не только для нужд вентиляции, но также для производства горячей воды для бытовых нужд. Поэтому часть теплонасосных установок такого типа целесообразно установить в столовой и других помещениях, в которых есть потребность в бытовой горячей воде.
Произведенные расчеты потребляемой электрической мощности показывают, что максимальная экономия электрической мощности предлагаемого теплового пункта составляют 245 кВт, что не только позволит получить значительную экономию, но и снизит нагрузку на электрические сети.
В заключение следует отметить, что экономически оправданными альтернативами тепловых насосов для отопления и вентиляции рассматриваемого здания являются газовая и угольная котельные.
Литература
1. Крылов, Э. Г. Парокомпрессионные тепловые насосы // Интеллектуальные системы в производстве. Научно-практический журнал. 2006, № 1(7) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2006. - С. 173 - 180.
2. Крылов, Э. Г. Об экономической эффективности использования теплового насоса для автономного отопления // Вестник ИжГТУ. Вып. 3(39) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008. - С. 22-25.
References
1. Krylov, E. G. Parokompressionnye teplovye nasosy // Intellektual'nye sistemy v proizvodstve. Nauchno-prakticheskij zhurnal. 2006, № 1(7) - Izhevsk: Izd-vo IzhGTU, 2006. - S. 173 - 180.
2. Krylov, Je. G. Ob jekonomicheskoj jeffektivnosti ispol'zovanija teplovogo nasosa dlja avtonomnogo otoplenija // Vestnik IzhGTU. Vyp. 3(39) - Izhevsk: Izd-vo IzhGTU, 2008. - S. 22-25.
Середкина О.Р.1, Куликов М.А.2, Козлов С.Г.3
1 Ассистент, 2 кандидат химических наук, 3 кандидат технических наук Березниковский филиал Пермского национального
исследовательского политехнического университета
РЕАГЕНТНАЯ ОБРАБОТКА ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ВОДЫ НА ХИМИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Аннотация
Приводятся результаты опытно-промышленных испытаний реагента «ОПТИОН-313» для обработки теплофикационной воды в условиях предприятия по производству азотных удобрений.
Ключевые слова: солеотложение и накипеобразование, реагентная обработка воды, Zn-ОЭДФ.
Seredkina O.R.1, Kulikov M.A.2, Kozlov S.G.3
1 Assistant, 2 Candidate of Chemical Science, 3 Candidate of Technical Science State National Research Politechnical University of
Perm, Berezniki branch
REAGENT TREATMENT OF HEATING WATER AT A CHEMICAL PLANT
80
Abstract
The results of pilot testing reagent «OPTION-313» for the treatment of heating water in an enterprise for the production of nitrogen fertilizers have been presented.
Keywords: scaling and scale formation, reagent treatment of water, Zn-OEDF
Металлическая поверхность, находящаяся в контакте с горячей водой, через некоторое время покрывается слоем накипи, представляющей собой сложную смесь нерастворимых в воде солей. Причиной данного процесса являются растворённые соли кальция и магния, содержащиеся в значительных количествах в воде. Для промышленных теплотехнических систем защита от накипеобразования - одна из главных задач увеличения срока службы трубопроводов и повышения энергетической эффективности теплообменников. Кроме этого, при отложениях накипи сокращается внутреннее сечение трубчатых элементов, что приводит к увеличению общего гидравлического сопротивления системы. За счёт различия в значениях коэффициентов теплопроводности металла и образующихся отложений увеличение толщины их слоя приводит к снижению коэффициента теплопередачи. Поддержание заданного температурного режима достигается путём увеличения расхода теплоносителя, что вызывает перерасход тепла и электроэнергии. Загрязнение теплообменного оборудования солеотложениями не только снижает эффективность его работы и требует периодической остановки для проведения очистки, но и, что самое важное, приводит к экономическим потерям при производстве, транспортировке и потреблении тепла.
В настоящее время известны разнообразные способы снижения скорости нежелательных инкрустационных процессов.
Обработка воды магнитным способом заключается в воздействии магнитных полей на поток воды [1]. Источниками магнитного поля в аппаратах магнитной обработки воды могут быть постоянные магниты и электромагниты. Данный метод предотвращает образование накипи посредством формирования из накипеобразующих солей шлама, удаляемого при продувках и межсезонных чистках. Противонакипной эффект в этом случае определяется как параметрами работы самого аппарата, так и качественными показателями обрабатываемой воды.
Для снижения солеотложений используется ультразвуковая обработка воды [2]. Наведение на поток воды слабых ультразвуковых колебаний приводит к образованию множества постоянно движущихся центров кристаллизации. Это затрудняет образование твёрдой фазы на поверхностях теплообмена. Кроме этого, ультразвук приводит к интенсивному образованию центров кристаллизации в объёме воды. При воздействии ультразвука происходит разрушение образующихся в воде кристаллов солей, что не позволяет им достичь размеров, необходимых для образования осадка.
Наибольшее распространение получили реагентные способы снижения солеотложений и накипеобразования [3-7]. В теплоэнергетике чаще других используются фосфоновые соединения - «фосфонаты». К таким соединениям относится 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) и её комплексы с металлами (комплексонаты). Из производных ОЭДФ большое внимание уделяется комплексу с цинком Zn-ОЭДФ - реагент «ОПТИОН-313» [8]. Он используется в качестве антинакипина и ингибитора коррозии в теплотехнических системах, в качестве ингибитора солеотложений в установках обратного осмоса. Сравнительные испытания показали, что данный реагент по своим характеристикам не уступает импортным аналогам [9].
Принцип действия комплексонов заключается в образовании устойчивых водорастворимых хелатов с ионами кальция и магния. Также комплексоны способны сорбироваться в процессе зародышеобразования солей жёсткости, вызывая их шламовую кристаллизацию. Малые концентрации комплексонов и комплексонатов в воде способствуют и разрушению уже образовавшихся отложений, обеспечивая высокую степень очистки теплообменных поверхностей.
Объём воды в системе теплоснабжения химического предприятия по производству азотных удобрений составляет около 3000 м3, подпитка системы осуществляется осветлённой водой в количестве ~ 25 м3/ч.
Ввод в теплофикационную воду реагента ОПТИОН-313 проходил в два этапа. На первом этапе в деаэратор был загружен 1 м3 раствора ингибитора с массовой долей основного вещества 15 % с последующим включением циркуляции воды.
Для контроля концентрации реагента в системе и ряда показателей качества воды был проведён отбор проб в нескольких точках через 3, 23, 51 час после начала циркуляции (таблица 1).
Таблица 1 - Результаты анализа проб на первом этапе обработки
Наименование показателей Время отбора пробы Номер точки отбора
1 2 3 4 5 7
Р2О5, мг/дм3 через 3 часа 12,3 17,9 8,1 20,3 - -
через 23 часа - - - - 4,3 4,2
через 51 час 1,2 1,2 1,1 1,2 - -
Железо общее, мг/дм3 через 3 часа 1,4 1,7 1,1 2,3 - -
через 23 часа - - - - 1,8 3,1
через 51 час 0,9 1,0 1,0 1,1 - -
Мутность, мг/дм3 через 3 часа 9,2 9,8 12,8 14,9 - -
через 23 часа - - - - 11,9 20,7
через 51 час 4,7 4,8 4,4 5,5 - -
Жёсткость, ммоль/дм3 через 3 часа 1,6 1,8 1,8 1,8 - -
через 23 часа - - - - 2,2 2,0
через 51 час 1,9 1,8 1,8 1,9 - -
81
Солесодержа-ние, мг/дм3 через 3 часа 141 148 132 143 - -
через 23 часа - - - - 149 156
через 51 час 171 165 170 173 - -
Анализ проб показал, что концентрация ингибитора в пересчете на Р2О5 в пробах теплофикационной воды, отобранных через 3 часа, составила от 8 до 20 мг/дм3. Разброс значений объясняется неравномерностью перемешивания воды в системе. В пробах, отобранных на следующий день в наиболее удалённых от места ввода точках системы, концентрация ингибитора была уже практически одинаковой и составила около 4 мг/дм3 Р2О5.
В пробах, отобранных через двое суток, концентрация реагента уменьшилась до значений 1,1-1,2 мг/дм3 Р2О5. Сопоставимые значения концентрации фосфатов свидетельствует о равномерном распределении ингибитора во всей системе. Причиной же снижения концентрации фосфатов является разрушение отложений с образованием комплексов в виде шлама, который периодически выводится из системы.
Повторная обработка теплофикационной воды ингибитором коррозии и накипеобразования проведена через месяц после первой, осуществлен слив 1 м3 раствора реагента такой же концентрации в деаэратор.
Отбор проб теплофикационной воды проведён в тех же точках через 2, 26, 47 часов после окончания слива реагента (таблица
2).
Анализ проб показал, что значения концентрации Р2О5 в трёх пробах воды, отобранных через 2 часа после слива реагента, различались между собой и составили 9,6-12,1 мг/дм3, через 26 и 47 часов концентрации были практически одинаковыми - 4,1-4,2 и 2,8-2,9 мг/дм3 соответственно.
Сравнительный анализ полученных результатов показал, что повторная обработка системы раствором реагента привела к изменению показателей качества теплофикационной воды. Концентрация общего железа снизилась с 1,1-3,3 мг/дм3 до 0,2-0,4 мг/дм3, мутность уменьшилась с 9,2-20,7 мг/дм3 до 0-0,4 мг/дм3, увеличилось содержание солей с 132-156 мг/дм3 до 257-266 мг/дм3, возросла жёсткость до значений 2,3-2,6 ммоль/дм3. Несмотря на увеличение жёсткости воды, толщина солевого слоя на внутренней поверхности трубопроводов и оборудования сократилась. Периодическая дозировка реагента в систему на протяжении шести месяцев позволила практически полностью удалить накипь и снизить скорость инкрустационных процессов.
Таблица 2 - Результаты анализа проб на втором этапе обработки
Наименование показателей Время отбора пробы Номер точки отбора
1 2 3 4
Р2О5, мг/дм3 через 2 часа 9,6 10,7 12,1 0,2
через 26 часов 4,2 4,1 4,1 0,5
через 47 часов 2,8 2,8 2,8 2,8
Железо общее, мг/дм3 через 2 часа 0,5 0,4 0,5 0,4
через 26 часов 0,5 0,3 0,3 0,3
через 47 часов 0,4 0,3 0,3 0,2
Мутность, мг/дм3 через 2 часа 1,4 2,5 2,6 3,0
через 26 часов 1,2 0,8 0,7 1,7
через 47 часов 0,4 0 0 0
Жёсткость, ммоль/дм3 через 2 часа 2,6 2,3 2,3 2,4
через 26 часов 2,4 2,3 2,3 2,4
через 47 часов 2,3 2,3 2,3 2,4
Солесодержа-ние, мг/дм3 через 2 часа 266 267 265 266
через 26 часов 263 265 262 263
через 47 часов 257 261 260 261
рН, ед. рН через 2 часа 7,8 7,9 8,0 8,0
через 26 часов 8,0 8,1 7,9 8,0
через 47 часов 8,1 8,1 8,1 8,1
На основании полученных результатов сделан вывод об эффективности обработки теплофикационной воды ингибитором накипеобразования и коррозии «ОПТИОН-313».
Литература
1. Федоров С. А. Магнитные и электронные ингибиторы накипи // Водоочистка. - 2009. - № 8. - С. 44 - 47.
2. Николаевский Н.Н. Ультразвуковой метод предотвращения накипе-образования // Новости теплоснабжения. - 2002. - № 10 (26). - С. 44 - 45.
3. Потапов С.А. Комплексонный водно-химический режим систем теплоснабжения. Проблемы и решения // Современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования: Сборник материалов конференции (доклады, тезисы). - Москва, 2003. - С.20.
4. Куликов М.А., Козлов С.Г., Середкина О.Р. Отложение нерастворимых солей на технологическом оборудовании производства хлорида калия // Научно-технический вестник Поволжья. - 2014. - № 1. - С. 100 - 103.
5. Нисина О.Е., Козлов С.Г., Лановецкий С.В., Косвинцев О.К. Исследование процесса отложения солей на технологическом оборудовании // Научно-технический вестник Поволжья. - 2012. - № 4. - С. 164-168.
6. Шеина А.И., Середкина О.Р., Куликов М.А. Реагентная обработка воды водооборотного цикла производства синтетического аммиака // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: Материалы IX Международной научнопрактической конференции. - Санкт-Петербург, 2015. - Т.1 - С. 96.
7. Куликов М.А., Козлов С.Г., Булатов М.А., Зюков Е.А. Предотвращение образования солеотложения в водооборотных циклах // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. - № 4 (22). - Т. 3. - С. 50 - 62.
8. ТУ-2439-005-24210860-2007. Комплексонат ОПТИОН-313 (OPTION-313). Технические условия. - Введ. 29.06.2007. -Ростов-на-Дону: ООО «Экоэнерго», 2007. - 15 с.
9. Чаусов Ф.Ф. Сравнение эффективности ингибиторов солеотложения «ОПТИОН-313» и «ГИЛУФЕР-422» // Экология и промышленность России. - 2009. - № 4. - С.16 - 18.
82
References
1. Fedorov S. A. Magnitnye i jelektronnye ingibitory nakipi // Vodoochistka. - 2009. - № 8. - S. 44 - 47.
2. Nikolaevskij N.N. Ul'trazvukovoj metod predotvrashhenija nakipe-obrazovanija // Novosti teplosnabzhenija. - 2002. - № 10 (26). -S. 44 - 45.
3. Potapov S.A. Kompleksonnyj vodno-himicheskij rezhim sistem teplosnabzhenija. Problemy i reshenija // Sovremennye tehnologii vodopodgotovki i zashhity oborudovanija ot korrozii i nakipeobrazovanija: Sbornik materialov konferencii (doklady, tezisy). - Moskva, 2003. - S.20.
4. Kulikov M.A., Kozlov S.G., Seredkina O.R. Otlozhenie nerastvorimyh solej na tehnologicheskom oborudovanii proizvodstva hlorida kalija // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. - 2014. - № 1. - S. 100 - 103.
5. Nisina О.Е., Kozlov S.G., Lanovetskiy S.V., Kosvintsev O.K. Issledovanie protsessa otlozhenija soleij na tehnolodicheskom oborudovanii // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. - 2012. - № 4. - S. 164-168.
6. Sheina A.I., Seredkina O.R., Kulikov M.A. Reagentnaja obrabotka vody vodooborotnogo cikla proizvodstva sinteticheskogo ammiaka // Fundamental'nye i prikladnye issledovanija v sovremennom mire: Materialy IX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Sankt-Peterburg, 2015. - T1. - S. 96.
7. Kulikov M.A., Kozlov S.G., Bulatov M.A., Zjukov E.A. Predotvrashhenie obrazovanija soleotlozhenija v vodooborotnyh ciklah // Izvestija MGTU «MAMI». - 2014. - № 4 (22). - T. 3. - S. 50 - 62.
8. TU-2439-005-24210860-2007. Kompleksonat OPTION-313 (OPTION-313). Tehnicheskie uslovija. - Vved. 29.06.2007. - Rostov-na-Donu: OOO «Jekojenergo», 2007. - 15 s.
9. Chausov F.F. Sravnenie jeffektivnosti ingibitorov soleotlozhenija «OPTION-313» i «GILUFER-422» // Jekologija i promyshlennost' Rossii. - 2009. - № 4. - S.16 - 18.
Середкина О.Р.1, Тихонов В.А.2, Куликов М.А.3
1 Ассистент, 2старший преподаватель, 3кандидат химических наук, Березниковский филиал Пермского национального
исследовательского политехнического университета
РЕАГЕНТНАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ ВОДООБОРОТНОГО ЦИКЛА НА ХИМИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Аннотация
Приводятся результаты реагентной обработки воды водооборотного цикла гипохлоритом натрия и антинакипинном Zn-ОЭДФ. Показана положительная роль реагентной обработки на эффективность водооборотного цикла.
Ключевые слова: накипеобразование, реагентная обработка воды, Zn-ОЭДФ.
SeredkinaO.R.1, TikhonovV.A.2, KulikovM.A.3
1Assistant, 2Senior Lecturer, 3 Candidate of Chemical Science, State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki
branch
REAGENT WATER TREATMENT WATER ROTATION CYCLE AT A CHEMICAL PLANT
Abstract
The results of chemical treatment of water with sodium hypochlorite water cycle and descaler Zn-OEDF have been presented. The positive role of chemical treatment on the efficiency of water cycle was shown.
Keywords: scale formation, reagent treatment of water, Zn-OEDF
Водооборотные циклы (ВОЦ) предназначены для снабжения цехов химического предприятия охлаждённой оборотной водой, которая используется для утилизации низкопотенциального тепла технологических потоков. Также оборотная вода применяется в качестве хладагента для охлаждения технологического оборудования, для конденсации и охлаждения газообразных и жидких продуктов в теплообменных аппаратах. Охлаждение оборотной воды происходит в градирнях вентиляторного типа с плёночным орошением. Вода, стекая в виде тонкой плёнки, охлаждается путём отдачи тепла воздуху, проходящему через оросители снизу вверх, и за счёт испарения части воды. Охлаждённая вода собирается в резервуарах градирен и по самотечным водоводам поступает на всас насосов.
Солеотложения, коррозия и биопоражения являются основными проблемами, которые возникают в работе водооборотных циклов химических предприятий [1]. Это приводит к частому выходу из строя теплотехнического оборудования, выпуску некачественной продукции, повышенному потреблению энергии. Проблемы, возникающие в процессе эксплуатации водооборотных циклов взаимосвязаны между собой.
Для улучшения качества оборотной воды и повышения эффективности ВОЦ предложено множество способов, которые можно сгруппировать в две большие группы - химические и нехимические.
Нехимические способы водообработки заключаются в физических воздействиях, чаще всего это магнитная и ультразвуковая обработка [2,3]. Их использование ограничивается многими факторами и оправдано, когда применение химических реагентов не приводит к желаемому эффекту.
Химическая или реагентная обработка [4-8] имеет сравнительно невысокую стоимость, позволяет уменьшить затраты на эксплуатацию ВОЦ, в том числе сократить энергопотребление. Снижаются расходы на обслуживание и ремонт оборудования, снижается потребление свежей воды и увеличивается надёжность и срок эксплуатации теплотехнических агрегатов, а также сокращается сброс загрязнённых вод в природные водоёмы и очистные сооружения. Это оказывает положительное влияние на экологическую обстановку, как в районе промышленной площадки, так и региона в целом.
Данная статья продолжает серию работ, касающихся обработки воды ВОЦ предприятия по производству синтетического аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений [9,10].
Оборотная вода рассматриваемого ВОЦ используется в работе воздухоохладителей и маслохолодильников в производстве неконцентрированной азотной кислоты, а также теплообменников в отделении аргона цеха переработки газов. Общая производительность ВОЦ составляет 345 м3/час, подпитка цикла осуществляется промышленной водой в количестве 240 м3/час, то есть большая часть воды сбрасывается при продувках. Однако, не смотря на высокие объёмы подпитки, ВОЦ не обеспечивает необходимый уровень охлаждения воздуха и масла. И основной причиной этого, по нашему мнению, являются отложения солей жёсткости, снижающие теплопроводность материала оборудования.
Для повышения эффективности работы ВОЦ принято решение о проведении обработки оборотной воды ВОЦ реагентами: гипохлоритом натрия и ингибитором накипеобразования и коррозии - цинковым комплексом 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (Zn-ОЭДФ).
Гипохлорит натрия является эффективным реагентом для борьбы с биологическими обрастаниями, а введение в систему охлаждения раствора Zn-ОЭДФ позволяет стабилизировать воду, то есть предотвратить процессы коррозии и накипеобразования.
На первом этапе обработки оборотной воды в чашу градирни ВОЦ был загружен раствор гипохлорита натрия в количестве 1 тонны из расчёта содержания активного хлора 85 мг/дм3. Через 30 минут фактическая концентрация активного хлора в воде составила 81,9 мг/дм3. Для контроля содержания остаточного активного хлора в воде и эффективности обработки отобраны пробы
83
