ЗМІСТ

ВСТУП

Високі темпи розвитку промисловості, значний ріст хімічної промисловості вимагають удосконалення систем промислового водопостачання, у першу чергу збільшення частки оборотного водопостачання, розробки технології, що забезпечує скорочення скидання стічних вод при продувці оборотних систем і зменшення їхнього забруднення, скорочення питомого споживання свіжої води.

До води використовуваної в оборотному водопостачанні для відводу надлишкового тепла від апаратури, пред'являються визначені вимоги, дотримання яких зменшує корозію матеріалів, усуває в більшому або меншому ступені заілюваня й обростання труб, арматури, інструкцію теплообмінників. В оборотній воді обмежується зміст суспензій, не допускається присутність сірководню і тривалентного заліза, її тимчасова карбонатна жорсткість не повинна перевищувати 3-4 мг екв/л. Але навіть при дотриманні цих умов у процесі нагрівання і розпарювання води з неї виділяються гази (вуглекислота, розчинений кисень) і відкладаються нерозчинні солі на поверхнях теплообміну і трубопроводів [1].

В залежності від якості вихідної води та вимог, які ставляться до якості води, що споживається, частка витрати оборотної води може підлягати обробці (корекційна обробка, пом’якшення, знесолення, видалення взвесей та т.д.). Оборотна вода, яка використовується у виробництві, та вода, що використовується на власні потреби водоочисних установок, не завжди можуть повертатись у циркуляційну систему та частково скидається у стічні води. У таких випадках ці витрати води слід враховувати у загальному балансі системи.

Метою роботи є розглядання та вивчення існуючою системи оборотного водопостачання на ВАТ „АКХЗ”

На підприємствах хімічної промисловості основну роль у водопостачанні відіграють системи оборотного водопостачання. Нагріта в теплообмінних апаратах оборотна вода знов охолоджується у градирнях або іншими пристроями та циркуляційними насосами повертається в теплообмінники. Оборотне водопостачання дозволяє використовувати води технологічного процесу, після очищення, багато разів, додаючи лише 10-15% чистої води (стічна вода після очищення), що сприяє збереженню чистої води на підприємстві.

Основним споживачем оборотної води циклу № 1 є цехи „Сіркоочищення - 1”, „Уловлення - 1”, цех фталевого ангідриду, смолоперегінний цех.

Системи оборотного водопостачання не займають великої площі, що дозволяє розміщувати цю систему біля споживачів оборотної води, що також веде до зниження витрат електроенергії, бо більша кількість оборотної води подається на градирні під залишковим тиском.

З метою зменшення діаметрів та довжиною труб комунікацій, на підприємстві передбачені окремі системи оборотного водопостачання різних виробництв, цехів або установок при максимально можливому приближенні споруд оборотного водопостачання до споживачів води.

При обробці води з використанням реагентів водоочисних споруд значно менше за об’ємом, компактніше та дешевше в будівництві, але складніше при експлуатації, ніж споруди безреагентного методу. Через те, що підприємство збудовано на великій відстані від інших підприємство та віддалена від теплоелектростанцій, на підприємстві було збудовано власну теплоелектростанцію. Особа технологія тушіння коксу дозволяє не тільки вирішити проблему забезпечення технологічного пару, але й виробляти 39-41 МВт / годину електроенергії, що сягає майже 100% потреби заводу. Тому підприємство забезпечено електроенергією, якої вистачає на всі технологічні процеси.

Для експлуатації оборотної системи водопостачання не потрібна велика кількість обслуговуючого персоналу. Кожного року на завод приходять молоді спеціалісти з ДонНТУ, хіміко-технологічного технікуму та професіональних училищ, які можуть працювати на цій ділянці.

1. ПРЯМОТОЧНА СХЕМА СИСТЕМ ВОДОПОСТАЧАННЯ

В крупних промислових районах світу ріки у значному ступені представляє собою суміш оборотних вод різноманітного ступеню очищення, а деякі з них не придатні до подальшого використання.

По ефекту освітлення розрізняють технологічні схеми для повного або глибокого освітлення води і для неповного або грубого освітлення. В першому випадку очищена вода відповідає вимогам питної води (ГОСТ 2874-82). У другому випадку вміст завислих речовин в очищеній воді в багато разів більше -50..100 мг/л. Звичайно грубоосвітлену воду використовують для охолодження різноманітного технологічного обладнання.

Технологічні схеми для грубого освітлення використовують як для питного, так і для багатьох виробничих водопроводів, де до якості технічної води ставляться високі вимоги. Схеми для неповного освітлення води звичайно використовуються для підготовки технічної води. Тому для нас це не підходить.

По числу технологічних процесів і числу ступенів кожного з них технологічних схем поділяють на одно-, двох-, та ті, що складаються з багатьох процесів. Число технологічних процесів та кількість ступенів кожного з них залежить від вимог до води які ставляться споживачем, та залежить від якості початкової води. Так для грубого освітлення води можна обмежитися процесами осадження центрифугування або тільки фільтрування, в той час як при обробці високо мутних для питного споживання використовують осадження в дві ступені з наступним фільтруванням в одну ступень або використовують технологічну схему яка передбачає освітлення води в гідроциклонах з наступним очищенням по технологічним схемам зображених на рисунках 1.2 и 1.4. [2]

Прямоточна система (рис 2.1) передбачає забір все більшої кількості води при збільшенні виробництва. Отримати необхідну кількість води не є можливим або потребує великих капітальних витрат. Для зменшення впливу стічних вод необхідно використовувати доочищення, що теж багато коштує. Тому більш перспективним є шлях зменшення скиду стічних вод у водоймища.

У більшості випадків для технологічних операцій не потрібна вода питної якості, а необхідно лише визначати компоненти, яки негативно впливають на якість отриманого продукту, їх допустиму концентрацію в воді, що використовується. Це й дозволяє здійснювати її повторне використання [3].

Рисунок 1 – Прямоточна схема виробничих трубопроводів:

1 – водозабірна споруда; 2 – очисна водозабірна споруда; 3 – насосна станція другого підйому; 4 – водопроводи; 5 – промислове підприємство; 6 – скид відробленої води; 7 – станція очищення стічних вод; 8 – скид води в річку.

2 СХЕМА СИСТЕМ ВОДОПОСТАЧАННЯ З ПОВТОРНИМ ВИКОРИСТАННЯМ ВОДИ

Система повторного використання води (рис 2.2) - це система водного господарства, в якій свіжа вода, яка пройшла технологічний цикл на одному виробництві, використовується в технологічному процесі іншого виробництва. Для здійснення цієї системи необхідно, щоб якість води після використання на першому підприємстві влаштовувало вимоги технологічного процесу другого виробництва. Інакше необхідна її попередня обробка на очисних спорудах або охолоджувачах [3].

Рисунок 2 – Схема виробничого водопроводу з повторним використанням води:

1 – водозабірна споруда; 2 – очисна водопровідна споруда; 3 – насосна станція другого підйому; 4 – водопроводи; 5 – промислове підприємство; 6 – скид відробленої води; 7 – станція очищення стічних вод; 8 – скид води в річку.

Використання цієї системи дозволяє зменшити сумарні витрати прісної води. Ця система може бути розглянута, як вдосконалена прямоточна система, коли джерело водопостачання не може повністю забезпечити необхідні витрати води або далеко розмішений. При встановлені цієї системи розширюються можливості використання прямоточної системи для споживачів, які вимагають воду більш низьких температур [3].

3 ОБОРОТНА СХЕМА ВОДОПОСТАЧАННЯ

З метою зменшення забору чистої води з джерела водопостачання та захисту їх від забруднення широке використання знаходять оборотні системи водопостачання [3].

Рисунок 3 – Оборотна схема виробничого водопроводу:

1 – водозабірна споруда; 2 – очисна водопровідна споруда; 3 – насосна станція; 4 – водопроводі; 5 – промислове підприємство; 6 –пристрій для охолодження води; 7 - збірний резервуар; 8 – насосна станція оборотної води.

5. ОБОРОТНЕ ВОДОПОСТАЧАННЯ КОКСОХІМІЧНИХ ПІДПРИЄМСТВ

На підприємствах хімічної промисловості основну роль у водопостачанні відіграють системи оборотного водопостачання. Нагріта в теплообмінних апаратах оборотна вода знов охолоджується у градирнях або іншими пристроями та циркуляційними насосами повертається в теплообмінники. При цьому вона багаторазово та послідовно піддається фізико – хімічній дії - випарюється, нагрівається, охолоджується, аерується, багаторазово торкається поверхні, що охолоджує та в результаті цього частково втрачається при випаровуванні, крапельному носі в атмосферу та поступово стає більш мінералізованою.

Часто при цьому стабільність води порушується, вона стає корозійною або дійсна до відкладення мінеральних солей, поступово у ній накопичується пил та продукти корозії. Тому для поповнення втрат оборотної води та відновлювання її якості системи оборотного водопостачання отримують воду, що підпитує. Вода, що підпитує та оборотна вода розрізнюється за якістю [1].

Оборотне водопостачання може бути здійснено у виді єдиної системи для всього промислового підприємства або у виді окремих циклів для одного або групи цехів. Кількість систем оборотного водопостачання на підприємстві встановлюється з урахування особливостей та характеру виробництва, призначення води, вимоги до її якості, температурі, тиску. При рішенні цього питання приймається до уваги генеральний план підприємства, розміщення споживачів води на генплані, а також зіставлення техніко – економічних показників різноманітних варіантів.

З метою зменшення діаметрів та довжиною труб комунікацій, при відповідним обґрунтуванні, слід переважно передбачати на підприємстві окремі системи оборотного водопостачання окремих виробництв, цехів або установок при максимально можливому приближенні споруд оборотного водопостачання до споживачів води. Послідовне або прямоточне використання води для виробничих потреб або скид відроблених стічних вод у водоймище можливо допускати лише у випадках достатньо надійної технології очищення їх або при явній недоцільності систем оборотного водопостачання.

Конструктивне оформлення технологічної схеми визначається потужністю і складом споруд, що проектуються, рельєфом і гідрогеологічними особливостями місцевості, кліматичними умовами, можливістю створення поясів зони санітарної охорони, а також техніко-економічними розрахунками [4].

За принципом переміщення мас води в очисних спорудах виділяють самопливні і напірні системи. В перших використовують споруди відкритого типу, очищена вода протікає завдяки різниці гідростатичного рівня як в різних частинах споруд, так і між окремими спорудами. Різниця рівнів визначає напір, необхідний для подолання гідравлічного опору усередині пристрою до якого і в комунікаціях від однієї споруди до іншої.

При напірній технологічній схемі рух води, яку обробляють від споруди до споруди відбувається під тиском вище атмосферно, тому окремі споруди можна розмістити на одній мітці. Напірні очисні споруди повинні бути герметично закриті та розраховані на тиск, який забезпечується насосами. При використанні технологічних схем резервуари чистої води та насосна станція другого підйому іноді можуть не встановлюватися. В окремих випадках очищена вода під напором насосів першого під’йому передається у мережу споживача. Навпаки, при самопливному русі води по очисним спорудам необхідно дві насосні станції та резервуари чистої води [4].

У звичайних системах оборотного водопостачання, які не мають специфічних забруднень технологічними продуктами, запобігти підвищення мінералізацію в оборотній воді можливо шляхом продувки (скиду складу зворотної води) та поповнення системи водою, що підпитує. На хімічних підприємствах це ускладнюється наступними обставинами: через попадання в систему оборотного водопостачання продуктом виробітки підприємства води, що скидаються при продувці системи, виявляються суттєво забрудненими, у зв’язку з чим скид навіть після очисних споруд жорстко обмежується. Крім корозійної стійкості теплообмінного обладнання та комунікацій забезпечується лише при дотриманні оптимально вузького інтервалу рН та при незначному вмісті солей у воді. Для таких систем рекомендується використовувати коректировку рН оборотної води шляхом підкислення, а також здійснювати заходи, снижуючі інтенсивність зростання вмісту солі у воді [1].

В обороті можуть використовуватися три категорії води, які відповідають трьом основним схемам оборотного водоспоживання. Перша схема використовується, якщо вода у виробництві не забруднюється , а лише нагрівається та змінюється її термостабільність. У цьому випадку відроблена вода охолоджується, частково виводиться з системи (продувка) та знов подається на теж виробництво, поповнення вихідної води джерела водопостачання (рис.2.4)

Друга схема використовується, коли вода у виробництві не нагрівається, але забруднюється. У цьому випадку вода піддається лише очищенню (відставання, фільтрування) та знов подається на теж виробництво (рис. 2.5)

Рисунок 4 – Схема оборотного водоспоживання з охолодженням оборотної води

1 – виробництво; 2 – охолоджувач води; 3 – водоочисні споруди; 4 – камери обробки додаткової води; 5 – насосна станція.

Рисунок 5 – Схема оборотного водопостачання з очищенням оборотної води:

1 – виробництво; 2 - охолоджувач води; 3 – водоочисна споруда; 4 – камера обробки додаткової води; 5 – насосна станція.

Рисунок .6 – Схема оборотного водопостачання з очищенням та охолодженням оборотної води:

1 – виробництво; 2 – охолодження води; 3 – водоочисна споруда; 4 – камера обробки додаткової води; 5 – насосна станція.

Найбільш складний випадок зображує схема, коли вода у виробництві нагрівається та забруднюється. Така відроблена вода перед поверненням на виробництво охолоджується, частково виводиться з системи, піддається очищенню та поповнюється водою джерела постачання ( рис. 2.6).

Зараз для поповнення системи оборотного водопостачання використовуються очищені стічні води. На ВАТ „АКХЗ” використовується оборотна схема водопостачання з охолодженням та очищенням оборотної води. Охолодження води в градирнях відбувається в результаті взаємної дії процесів тепло- та масообміну при безпосереднім контакті вільної поверхні рідини з атмосферним повітрям, при цьому рідина та газ обмінюються теплом. Крім цього, відбувається поверхневе випаровування рідини [3].

Способи та ступень очищення води, склад та конструкція очисних споруд у кожному окремому випадку залежить від вимог, які ставляться до якості води, та від якості природної води. Основними процесами покращення води для питного водоспоживання є освітлення, позбавлення води кольоровості та заліза, обеззаражування та фторування.

Освітлення води, тобто вилучення з неї завислих домішок, в залежності від потрібного ступеню освітлення можуть бути досягнуто: одстоюванням води у відстійниках; центріфугува6нням в гідроциклонах; шляхом пропускання її крізь шар раніше утвореного завислого осаду у освітлювачах; фільтруванням крізь шар фільтруючого порошку на намивних фільтрах або крізь шар зернистого фільтруючого матеріалу в скорих фільтрах; фільтруванням крізь сітки на мікрофільтрах, барабанних ситах, акустичних фільтрах. Процес обробки води з використанням реагентів відбуваються значно ефективніше. Так, для осадження основної маси завислих речовин в першому випадку необхідно 2..4 години, а в другому – декілька діб. З використанням реагентів фільтрування здійснюється з і швидкістю 5..12 м/год та більше, а без реагентів (повільне фільтрування) – 0,1..0,3 м/год [2].

При обробці води з використанням реагентів водоочисних споруд значно менше за об’ємом, компактніше та дешевше в будівництві, але складніше при експлуатації, ніж споруди безреагентного методу. Тому безреагентні технологічні схеми (з гідроциклонами, акустичними, намивними та повільними фільтрами), як правило, використовують для водопостачання невеликих споживачів при кольоровості початковій води до 50 град. Безреагентні схеми широко використовуються для неглибокого освітлення води при водопостачанні промислових об’єктів. В ряді випадків для цієї мети використовують лише відстоювання або одне фільтрування на грубозернистих фільтрах або мікрофільтрах.

Якщо освітлення води здійснюється за рахунок коагуляції та флокуляції, то до води додають приготовані розчини коагулянту та флокулянту. В результаті чого починається утворення пластівців та поступове їх осадження при повільній течії води. Рекомендований режим відстоювання 4-5 годин. По закінченню часу відстоювання освітлена вода переливається крізь кромку лотку відстійника, скидається по трубопроводу у прийомні камери насосів оборотного циклу. Згідно графіку проводиться продувка усіх секцій чотирьох блоків, візуально визначається кількість осаду, що скидається [4].

Процес очищення води осадженням проводять у горизонтальних та радикальних відстійниках. Горизонтальні відстійники - це прямокутний в плані резервуар, який складається з декількох відділень. Горизонтальні відстійники встановлюють на станціях для видалення з води коагульованих завислих речовин. Висоту відстійника звичайно приймають 3-5 м, а довжину та ширину визначають за розрахунками. Однак відношення довжини до висоти відстійника повинна бути не менш 10.

По ширині відстійник поділяється на декілька коридорів шириною 3-6 м. Тому, що осад не рівномірно розподіляється по дну відстійника та накопичується у першій половині, її розмір більше ніж другої частини. Це забезпечується кутом нахилу дна відстійника в бік, протилежний нахилу води. Для рівномірного розподілення та відбору води використовують звичайно дирчати перегородки та жолоби, а для зменшення зони підвищення турбулентності потоку, який утворюється за дирчатими перегородками в началі відстійника, екранують вихід з відтворив перегородки сферичним або конічним зменшувачем бурхливості води [5].

Радіальний відстійник представляє собою круглий в плані резервуар, вода у якому рухається радіально від центру до периферії. Дну радіального відстійника придають кут нахилу, який дорівнює 0,02-0,04% до центру. Швидкість руху води змінюється від максимального значення в центрі відстійника до мінімального у периферії. Радіальні відстійники використовуються в якості первинних та вторинних відстійників.

Основною частиною відстійника, у якій відбувається утворення та осадження пластівців, має назву камера утворення пластівців. Камери утворення пластівців необхідні у тому випадку, якщо для наступного освітлення води використовують відстійники. Якщо ж освітлення води проводять у освітлювачах зі завислим шаром осаду, то камери утворення пластівців не використовують, через те, що пластівці достатньо ефективно утворюються у завислому шарі.

Для інтенсифікації процесу утворення пластівців воду у камерах перемішують. Однак інтенсивність перемішування повинна бути такою, щоб пластівці, які утворились не були зруйновані. Найчастіше використовують гідравлічне перемішування, ніж механічне. Час перебування води у камері утворення пластівців від 6 до 30 хвилин. Щоб попередити руйнування пластівців при переході суспензії з камери утворення пластівців до відстійника, камери звичайно прилягають до відстійника або роблять вбудованими у середині нього[5].

На ВАТ „АКХЗ” використовується оборотна схема водопостачання з охолодженням та очищенням оборотної води. Охолодження води в градирнях відбувається в результаті взаємної дії процесів тепло- та масообміну при безпосереднім контакті вільної поверхні рідини з атмосферним повітрям, при цьому рідина та газ обмінюються теплом. Крім цього, відбувається поверхневе випаровування рідини [3].

ВИСНОВКИ ТА НАПРЯМКИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

На ВАТ„АКХЗ” використовується оборотна схема водопостачання з охолодженням та очищенням оборотної води. Вода у виробництві нагрівається та забруднюється.

Така відроблена вода перед поверненням на виробництво охолоджується, частково виводиться з системи, піддається очищенню та поповнюється водою джерела постачання. Охолодження води відбувається на градирнях, а очищення проводять шляхом додавання коагулянтів та флокулянтів.

Вода, яка використовується для охолодження продуктів або сировини крізь стінки теплообмінної температури, повинна бути звільнена від надлишку завислих речовин. Охолоджуюча вода не повинна мати сірководень та залізо. Промислова вода не повинна викликати корозії вуглеводистої сталі або інших металів, відповідаючи ІІІ та ІV групи стійкості.

Вимоги до якості оборотної води, яка використовується на ОАО„АКХЗ” регламентовані згідно „Правил технічної експлуатації водного господарства, підприємств Чорної металургії”.

Якість води оборотного циклу по хімічному складу контролюється за графіком контролю зональної лабораторії захисту водного та повітряного басейну. Кожного місяця проводиться контроль якості оборотної води апаратником хімічної очистки води, з записом результатів до робочого журналу. Работа не закінчена, ведуться дослідження по впливу температурі на кількість води, що відводиться на продувку.