Глава одиннадцатая Стабилизационная обработка воды

11.1. Общие положения

Охлаждающие контуры с небольшим подогревом водного теплоносителя (система охлаждения конденсаторов, промежуточные контуры охлаждения) выполняются обычно по открытой схеме, в которой нагретая оборотная вода охлаждается методом испарительного охлаждения при контакте ее с воздухом в градирнях или брызгальных бассейнах и вновь подается в теплообменные аппараты (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Принципиальная схема оборотного охлаждения с градирней:

1 – градирня; 2 – циркуляционный насос; 3 – конденсатор; Р_исп, Р_ун – потеря воды на испарение и унос; Р_доб – добавок свежей воды; Р_прод – продувка оборотной воды.

В градирнях часть оборотной (охлаждающей) воды теряется за счет капельного, уноса P_ун (0,5–2,5 %) и испарения P_исп (1–1,5 %), что приводит к повышению ее солесодержания. Регулирование солесодержания осуществляется с помощью продувки из системы P_прод (% часового расхода охлаждающей воды), а отмеченные потери компенсируются добавлением воды в систему:

.

(11.1)

При длительном установившемся режиме баланс солей, не образующих труднорастворимые соединения в циркуляционном контуре, записывается в виде:

(11.2)

где С_доб и С_цирк – концентрация соли (иона) в добавочной и циркуляционной воде, соответственно.

Концентрация солей в системе охлаждения (С_цирк/С_доб) зависит от значения продувки (рис. 11.2).

С_цирк/С_доб

, ч

Рис. 11.2. Концентрирование легкорастворимых солей в охлаждающей воде

при различных значениях продувки:

1–5 – P_ун + P_прод, равное соответственно 1, 2, 3, 5 и 10 %

Наряду с концентрированием легкорастворимых солей в системах охлаждения увеличивается также концентрация солей жесткости и бикарбонат-ионов при одновременной интенсификации их гидролиза в нагреваемой охлаждающей воде, что характеризуется уравнением вида:



(11.3)

Кроме того, распаду бикарбонатов способствует потеря образующегося пpи гидролизе диоксида углерода при разбрызгивании воды и в градирнях. Эти факторы приводят к выделению на теплообменных поверхностях отложений СаСО₃ в тех случаях, когда произведение активностей взаимодействующих компонентов превысит . Сульфат кальция обладает сравнительно большой растворимостью (около 1800 мг/дм³) и поэтому редко встречается в составе низкотемпературных накипей, за исключением случаев, когда обработка охлаждающей воды производится большим количеством серной кислоты без соблюдения определенного режима продувки системы.

Так как теплопроводность кальциевых отложений на порядок меньше теплопроводности металла конденсаторных трубок, с ростом толщины накипи повышается температура конденсации пара, ухудшается вакуум в конденсаторе, а его снижение на 1 % вызывает увеличение расхода пара на 1,4 % для поддержания номинальной мощности энергоустановки.

Для предупреждения накипных отложений в конденсаторах и регулирования состава охлаждающей воды применяют в первую очередь продувку системы охлаждения, которую оценивают исходя из затрат на перекачку воды, дебита и стоимости добавочной воды, а также предельно допустимой карбонатной жесткости охлаждающей воды Ж_к.пр.. Расчет Ж_к.пр проводится по эмпирической формуле Крушеля, применяемой для природных вод с окисляемостью до 25 мг О₂/дм³ в температурном интервале 30–65 °С:

(11.4)

где О_к – окисляемость воды, мг О₂/дм³; t – максимальная температура воды в системе, °С: при t < 40 °С в уравнение следует подставить t = 40 °С.

Наиболее правильно оценивать Ж_к.пр.можно экспериментально на лабораторной установке в реальных условиях, а в технологических расчетах нужно уменьшать ее значение коэффициентом 0,9 для повышения надежности.

Используя уравнение баланса солей жесткости в системе

(11.5)

определяют продувку, необходимую для поддержания в воде системы охлаждения Ж_{к. цирк} = Ж_{к. пр}:

(11.6)

где Ж_{к. доб} – карбонатная жесткость.

Если по технико-экономическим соображениям нельзя поддерживать продувку в соответствии с расчетным уровнем, то надо использовать в дополнение к продувке специальные методы стабилизационной обработки охлаждающей воды подкислением или фосфатированием. В ряде случаев для снижения щелочности или жесткости добавочной воды системы охлаждения могут применяться такие известные технологические процессы, как известкование или ионообменное умягчение. Они относятся к эффективным, но дорогостоящим средствам водоподготовки, поэтому при решении вопроса об их использовании требуется детальное технико-экономическое обоснование.