КАКИМИ ДОЛЖНЫ БЫТЬ НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОДООЧИСТКИ? 

Общепринятые схемы эксплуатации водоподготовительных установок и их водно-химический режим должны обеспечивать работу электростанций и тепловых сетей согласно существующим нормативно-техническим документам без повреждений и снижения экономичности. Обычно причинами повреждения энергооборудования являются коррозионные явления внутренних поверхностей конструкционных материалов, применяемых в различных объектах промышленной энергетики (ТЭС, АЭС, ГЭС), образование накипи и отложений на теплопередающих поверхностях, отложений в проточной части турбин и трубопроводах. Вот почему практика эксплуатации электростанций и тепловых сетей всегда сопряжена с постоянным поиском и применением эффективных средств и систем соответствующей водоподготовки на этих предприятиях. Именно такие проблемы была призвана решить выставка «Водоподготовка и водно-химические режимы ТЭС», которая проходила в Москве на ВВЦ в павильоне «Электрификация» при поддержке РАО энергетики и электрификации «ЕЭС России». И хотя по масштабам это мероприятие можно назвать «камерным», интерес к выставке был неподдельный, а посетителей было более чем достаточно. Самый большой раздел выставки был посвящен водоочистке. Технологии очистки воды: фильтры, сорбенты, мембраны В воде, которую надлежит переработать, довести до промышленных или еще более жестких питьевых кондиций, как известно, всегда присутствует множество разнообразных примесей и загрязнений. Природная вода представляет собой сложную многокомпонентную систему, составные части которой находятся в различном физико-химическом состоянии. В ней имеются частицы грунта и пыль из природных осадков (дождь, снег), продукты жизнедеятельности растительных и животных организмов и огромное количество разнообразных веществ, попадающих в водоемы вместе с бытовыми и промышленными стоками. При этом для каждого источника воды, для каждого вида промстоков приходится разрабатывать свои, часто специфические, методы* очистки воды. Как отмечалось выше, самая значительная часть выставочных площадей была занята экспозициями фирм, специализирующихся в области разработки и продвижения на российский рынок технологических схем очистки воды. Пожалуй, наиболее полное комплексное решение представила московская Группа компаний «Национальные водные ресурсы» (НВР). НВР впервые в России (с 1996 г.) начала самостоятельную сборку оборудования для очистки воды из комплектующих ведущих мировых производителей. В настоящее время компания широко использует практику разработки технологических схем и поставки оборудования для очистки воды в нестандартной конфигурации с учетом требований заказчика, показателей качества воды и особенностей объекта водоснабжения. Первым каскадом любого устройства или станции водоподготовки являются осадочные фильтры. Они предотвращают проникновение в последующие ступени фильтрации поступающих из водозаборов песка, ржавчины, взвешенных веществ. НВР, в частности, предложила для очистки воды и химических растворов от взвешенных частиц патронные фильтры серии «Хиф» и «Ураган». Исходная вода, входя внутрь корпуса фильтра, сначала освобождается от крупной взвеси, оседающей в его нижней части. Процесс осуществляется с помощью дренажного патрубка в периодическом и непрерывном режимах. В центре аппарата находится фильтрующий элемент, на котором затем происходит удаление из воды тонкодисперсной взвеси. Такая конструкция обеспечивает высокое качество очищенной воды с одновременным увеличением продолжительности фильтроцикла. Как отмечают представители НВР, с помощью этих фильтров можно избавиться от свободного хлора, ряда тяжелых металлов и удалить микроорганизмы. Производственная база НВР обеспечивает также выпуск разнообразных установок осветления, умягчения, химического и безреагентного обессоливания и опреснения воды, комплексов дозирования химических реагентов (удаление примесей 3-й и 4-й групп). Большой интерес у посетителей стендов НВР вызвали универсальные установки очистки воды серии СR. Основным их элементом является уникальный фильтрующий материал Chrystal-Right — искусственный кристаллический цеолит. Этот материал обладает всеми положительными свойствами катионообменных смол, широко используемых для умягчения воды, и в то же время лишен их недостатков. Он умягчает воду, одновременно удаляя из нее железо и марганец, и после каждого цикла регенерации полностью восстанавливает обменную емкость по этим веществам. Кроме того, наряду с железом, марганцем и солями жесткости он удалает из воды аммоний и небольшие количества сероводорода, уменьшает ее коррозионность за счет смещения величины водородного показателя рН в щелочную область. Установки очистки воды этой серии позволяют предотвратить образование накипи в системах горячего водоснабжения и отопления, существенно замедлить коррозию металлических трубопроводов. НВР является эксклюзивным поставщиком оборудования для очистки воды, использующим материал Chrystal-Right на территории СНГ. Очистные установки НВР с использованием деталей и узлов оборудования ведущих европейских и американских фирм, таких как Water Group, Prominent, Clack Corp., Euraqua, Dorot эксплуатируют более чем 150 российских предприятий, среди постоянных клиентов — котельные и коммунальные водопроводы Подольской теплосети, жилого поселка Оршанского льнокомбината, коммунальные хозяйства подмосковных поселков Барвиха, Чигасово, дом отдыха «Снегири» и др. Многие вещества третьей группы удаляются из воды при помощи активированных углей. Растворенные в воде примеси вступают в молекулярное взаимодействие с высокоразвитой поверхностью углей и закрепляются на ней. Обычно на углях сорбируются малорастворимые в воде соединения. Интересные разработки в этом направлении были представлены на стендах АО «ЭНИН им. Г. М. Кржижановского». Основным направлением деятельности этого предприятия является производство углеродных сорбентов в энергетике (для целей водоподготовки, очистки возвратных конденсатов, сорбционной доочистке сточных вод ТЭС), а также разработка технологий очистки исходной воды ТЭС. Предприятием разработана технология получения углеродных сорбентов на основе пиролиза угля и парогазовой активации с применением пылеугольного плазмотрона. Преимуществом этого метода является использование дешевых энергетических углей в качестве сырья, эффективная утилизация химического и физического тепла отходящих газов, сжигаемых в топке без предварительного обеспыливания. Сорбенты применяются в водоподготовке на предочистке, обеспечивая удаление из природных вод кислых органических веществ, вызывающих коррозию оборудования энергоблоков. Их использование при сорбционной доочистке сточных вод позволяет реализовать нормативную глубину очистки от нефтепродуктов сточных вод ТЭС, сбрасываемых в природные водоемы, возможность возврата и использования в топливном цикле ТЭС извлеченных из стоков нефтепродуктов, масел и других органических загрязнений. Свежий взгляд на эту проблему продемонстрировало НПО «Унихимтек» (г. Москва), предложившее использовать сорбенты на основе пенографита. Как показала практика, подобные сорбенты особенно эффективны при очистке промышленных сточных вод. Их успешно начали применять и для ликвидации последствий разлива нефтепродуктов при авариях. Особенностью этого материала является его высокая поглощающая способность по отношению к нефтепродуктам и другим гидрофобным органическим соединениям, таким как масла, жироподобные вещества, толуол, ксилол и др. Так, 1 г пенографита способен поглотить до 50 г органических веществ. Сегодня в мире происходит постепенное вытеснение ионно-обменных установок более совершенными на основе технологии обратного осмоса. Последние позволяют снизить эксплуатационные затраты на 70%, уменьшить производственные площади более чем в 2 раза, а расход дорогостоящих химических реагентов на 100%. При этом возможен отказ от содержания кислотного и щелочного хозяйства. Очистка промышленных сточных вод с использованием мембранной технологии обычно заменяет две ступени ионного обмена. Обратноосмотические установки ЗАО «Мембраны» Всероссийского теплотехнического института, представленные на выставочных стендах «Национальных водных ресурсов», позволили более четко определить позиционирование вышеуказанных технологий и оборудования в области обессоливания воды при водоочистке. При частичном обессоливании воды электродиализным методом или с помощью обратного осмоса в ряде случаев необходимо предварительно умягчить воду. Умягчение как этап предварительной очистки при обессоливании обычно проводят ионно-обменным способом. При этом крайне важным расходным материалом является наличие специальной таблетированной соли, позволяющей регенерировать ионообменник. Эта соль должна быть высокого качества и чистоты, каковой является Vialta. Она производится на отечественном оборудовании по немецким технологиям из сырья «Уральская экстра» со степенью чистоты 99,94%. Своим клиентам компания «Виалта Иннотекс» (г. Москва) поставляет таблетированный калий-хлор (KCl) и натрий-хлор (NaCl). Качество этой продукции уже по достоинству оценили такие известные предприятия, как «Ост-Алко» (пос. Черноголовка), «Вимм-Билль-Данн», завод «Химреактив комплект», Калужская пивоваренная компания и другие. Оригинальные специализированные химические программы обработки и стабилизации котловой и охлаждающей воды на основе реагентов Nalco Chemical (деминерализация, умягчение, коррекция различных параметров воды) были предложены и Центром водных технологий «КФ Центр». Одним из важнейших методов опреснения воды является электродиализ. В его основе лежит способность некоторых диафрагм пропускать преимущественно ионы только одного знака заряда и затруднять диффузию одного раствора в другой, если они разделены такой полупроницаемой диафрагмой (мембраной). Химически неактивные мембраны обычно отличаются низкой селективностью, а комбинирование ионно-обменных и мембранных методов (внедрение ионно-обменных мембран) открывает новые перспективы в этом направлении. Контрольно-аналитическое оборудование для определения состава воды Чтобы правильно использовать воду, необходимо знать ее состав. При близком знакомстве с экспозиционными материалами различных компаний, посвященных контрольно-аналитическому оборудованию, становится ясно, что данный сектор рынка сейчас находится в стадии активного развития. Более 50% компаний, представленных на выставке, объявили о новых разработках в этом направлении. Порадовали новыми решениями в этой области НПП «Техноприбор», НПФ «Биоаналитические системы и сенсоры», ПК «Кварц» и др. 10 лет НПП «Техноприбор» (г. Москва) разрабатывает и производит аналитические приборы для контроля физико-химических параметров воды и водных растворов, являясь крупнейшим в России разработчиком и производителем приборов для теплоэнергетики. Приборами этого предприятия оснащены практически все крупные ТЭС России. Клиентами «Техноприбора» являются многие электростанции Алжира, Китая, Бангладеша, Ирана, стран ближнего зарубежья — Казахстана, Кыргызстана и др. Продукция предприятия достаточно разнообразна и включает в себя кондуктометры, потенциометры, гранулометры, амперметры, жесткомеры, фотокалориметры и проч. Номенклатура приборов НПП «Техноприбор» позволяет обеспечить весь комплекс измерений в системе водно-химического режима оборудования современной электростанции. Примером тому служит деятельность ТЭЦ № 27 по г. Москве, оснащенной только приборами этого предприятия, которая признана базовой по РАО «ЕЭС России» по организации автоматизированной системы химического контроля водно-химических режимов ТЭС. Представители НПП «Техноприбор» считают свое участие в выставке достаточно успешным. Их новая продукция, в частности, автоматические проточные анализаторы кремнемер ИКА-111 и фосфатомер ИФА-112, гранулометрический анализатор состава механических примесей, взвешенных в жидкостях под торговыми марками «Гран-152» и «Гран-152.1», имели особенный успех у посетителей. Кремнемер ИКА-111 и фосфатомер ИФА-112 созданы для автоматического измерения содержания SiO2 и PO4 в технологических водах ТЭЦ. Диапазоны измеряемых концентраций от 2 до 1000 мкг/л по кремнию и от 100 до 5000 мкг/л по фосфатам. Гранулометрический анализатор «Гран-152» («Гран-152.1») позволяет осуществлять подсчет в жидкости количества частиц механических примесей (проводится в автоматическом режиме), а далее позволяет классифицировать их по размерам и группам. С помощью этого прибора можно контролировать загрязненность механическими примесями жидкостей различной химической природы, например, турбинных и изоляционных масел, водоликероспиртовых растворов, деионизованной и артезианской воды и др. К его основным достоинствам относится автоматизация процессов отбора, дозирования и размешивания проб, системы калибровки и оценки погрешностей измерения. Данные анализаторы выпускаются в двух исполнениях: а) «Гран-152» с перистальтическим насосом для анализа жидкостей нейтральных к силиконовым трубкам (например, спиртов, турбинных масел и проч.); б) «Гран-152.1» с поршневым дозатором для анализа агрессивных сред. Известная компания «Альфа Бассенс», один из крупнейших разработчиков и поставщиков аналитических приборов, сенсоров и биосенсоров, предназначенных для решения разнообразных задач аналитического контроля, в частности, в теплоэнергетике, заявила в этот раз о существенном расширении номенклатуры своих анализаторов кислорода (АКПМ) и водорода (АВП), предназначенных для оперативного и производственного контроля водно-химических режимов на ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, в теплосетях и котельных. Следует отметить, что спрос на анализаторы кислорода устойчиво растет вот уже в течение нескольких последних лет. Поэтому «Альфа Бассенс» постоянно расширяет спектр своей продукции. На выставке компанией были представлены многофункциональные анализаторы кислорода серий АКПМ 02-01 (портативный) и АКПМ 02-02 (промышленный) для измерения процентного содержания кислорода и температуры в газовых средах, в т. ч. в топочных газах ТЭС. Для аналитического контроля и управления химико-технологическими процессами подготовки воды на ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, в тепловых сетях, котельных, на станциях аэрации существуют модели АКПМ 02-03 (портативный) и АКПМ 02-04 (стационарный) — анализаторы растворенного кислорода в жидкостях (определение микрограммовых количеств О2). Серия АКПМ-02-04Б предназначена для контроля за биотехнологическими процессами, а АКПМ-02-05 (портативный) — для измерений концентраций, процента насыщения, биохимического потребления кислорода. К серийному выпуску анализаторов водорода компания приступила всего несколько месяцев назад и пока представлена всего четырьмя торговыми марками, на которые уже существует устойчивый спрос. Эти анализаторы предназначены для оперативного и производственного контроля микрограммовых количеств растворенного водорода, образующегося в процессах высокотемпературной коррозии технологического оборудования ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, а также для отслеживания утечек водорода в системах охлаждения генераторов. Широкий ассортимент газоанализаторов компании «Альфа Бассенс», разработанных с учетом особенностей и специфики измерений в теплоэнергетике, обеспечивает разрешение всех задач аналитического контроля, присущих этой области современной промышленности. Поэтому приборами компании оснащены все ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», ТЭЦ и ГРЭС АО «Тюменьэнерго», Сургутская ГРЭС и ряд других. Но компания не останавливается на достигнутом и уверенно смотрит в будущее, регулярно проводя маркетинговые исследования, участвуя в выставках и развивая продажи в регионах. Неизменный интерес у посетителей вызывали стенды ПК «Кварц», специализирующегося на разработке оборудования для автоматического контроля водно-химических режимов. В экспозиции были представлены две линейки приборов: для круглосуточного контроля солесодержания (кондуктометры) и рН-метры. Кондуктометры-концентратомеры «Кварц-2» (промышленный) и «Агат-2» (портативный) используются для непрерывного измерения удельной электропроводности или условного солесодержания по NaCl и автоматического приведения результатов измерения к температуре 25 °С. Соответствующие рН-метры «Кварц-рН/2» и «Агат-рН/2» — для непрерывного измерения показателя рН любых водных растворов и автоматического приведения результатов измерения к температуре 25 °С. Выпускаемые ПК «Кварц» приборы по своим метрологическим и эксплуатационным характеристикам находятся на уровне лучших зарубежных образцов. Промышленные варианты предназначены для использования в цеховых условиях, поэтому они выполнены в пылебрызгозащитном настенном исполнении. Приборы оснащены специально разработанным символьным дисплеем, служащим для одновременной индикации результатов измерения контролируемого параметра и температуры контролируемой среды. В промышленном и лабораторном рН-метрах реализован метод измерения, являющийся ноу-хау компании. Метод основан на применении трехэлектродного проточного датчика, что позволило получить повышенную помехозащищенность прибора от электростатических и электромагнитных помех и наводок, а также дало возможность отказаться от добавления в пробу буферных примесей, как это делается в приборах данного типа. Последнее обстоятельство значительно повысило точность производимых измерений. Приборы от «Кварца» охотно используют крупнейшие российские предприятия, такие как ОАО «Тюменьэнерго», ОАО «Пермьэнерго», ОАО «Костромская ГРЭС», ОАО «Рязанская ГРЭС» и многие другие, т. к. знают, что эта продукция обязательно высокого качества. АСУ — необходимость, продиктованная временем Оснащение электростанций автоматизированными системами контроля и управления водно-химическими режимами — один из основных путей обеспечения надежной безаварийной работы оборудования. Очень часто от внедрения подобных систем предприятия останавливает достаточно высокая стоимость этой продукции. А ведь это направление, безусловно, является наиболее перспективным. Помимо снижения трудозатрат на поддержание заданных водно-химических режимов и на управление установками водоприготовления внедрение АСУ позволяет оптимизировать химико-технологические процессы, значительно снизить повреждаемость оборудования и сократить потери при восстановительных работах. Значительную часть настоящей выставочной экспозиции занимали стенды компаний, оказывающих услуги по внедрению подобных систем. Наиболее крупные стенды имели ООО «НПЦ “Элемент”» (г. Москва) совместно с Московским энергетическим институтом (МЭИ), Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ), ООО «Инэкотех», ЗАО «Интеравтоматика». Так, на совместных стендах НПЦ «Элемент» с МЭИ особенно наглядно были представлены цели и задачи, а также полученные выгоды от внедрения систем химико-технологического мониторинга (СХТМ) на предприятиях тепловой и атомной энергетики на основе уже реализованных проектов. При этом следует отметить, что таких проектов уже более десятка, и среди них Камчатская ТЭЦ-1, Казанская ТЭЦ-1, Петрозаводская ТЭЦ, «Союзтехэнерго», Череповецкая ГРЭС и др. Внедрение СХТМ на этих предприятиях дает следующие преимущества: – снижение повреждаемости оборудования на 30%; – уменьшение расхода корректирующих реагентов на 30%; – уменьшение количества нарушений водно-химических режимов в 5-10 раз; – снижение количества вредных выбросов на 30%. ООО «Инэкотех» (г. Санкт-Петербург) также накоплен большой опыт создания и эксплуатации СХТМ. Системами производства ООО «Инэкотех» оснащены 9 блоков Костромской ГРЭС, 2 блока Невинномысской ГРЭС и 1 очередь ХВО Новосалаватинской ТЭЦ (в эксплуатации 4 года). Ведутся работы по проектированию и созданию СХТМ еще более чем на 10 ТЭС. Преимуществами СХТМ этой фирмы являются, прежде всего, их высокая надежность работы, достигнутая за счет применения полностью дублированной структуры на базе ЭВМ в промышленном исполнении. Кроме того, системы «Инэкотех» позволяют осуществлять контроль обслуживаемого оборудования не только в стационарных, но и в пусковых режимах его работы с автоматическим изменением номенклатуры и границ полей допусков контролируемых параметров в зависимости от режима работы оборудования. Антикоррозионная защита: проблемы и решения Основными факторами, определяющими степень развития коррозии технологического оборудования ТЭС, являются состав и структура используемых конструкционных материалов, температура и состав теплоносителя. Так, однородные сплавы типа твердых растворов более предпочтительны, чем сплавы с гетерогенной структурой. Состав среды, зависящий от водно-режимных мероприятий, является важным фактором, определяющим интенсивность проистекания коррозионных процессов. Существенной характеристикой среды является значение рН, характеризующее величину активности водородных ионов в теплоносителе. От значения рН зависит скорость и тип коррозии. Присутствие в теплоносителе растворимых солей, не являющихся химическими корректорами водного режима или ингибиторами коррозии, интенсифицирует коррозионные процессы, повышая электропроводность. Увеличение температуры теплоносителя также приводит к усилению коррозионных процессов. Борьба с коррозионно-эрозионными явлениями осуществляется комплексом воздействий на конструкционные материалы и рабочую среду. Пожалуй, самым популярным решением в этом направлении является использование покрытий Steelpaint от компании Steelpaint GmbH (Германия) на основе однокомпонентных полиуретанов. Эти высокоэффективные лакокрасочные антикоррозионные покрытия стали широко применять для защиты металлических конструкций и железобетонных изделий от коррозионного воздействия атмосферного воздуха, пресной и морской воды, растворов щелочей и кислот со сроком службы не менее 10-15 лет. На российском рынке покрытия Steelpaint доступны через представительство самой компании Steelpaint GmbH в Москве или через ее дилера ЗАО «ИнТТра-С». Эти покрытия уже эффективно применяются на объектах ОАО «Тюменьэнерго», Сургутской ГРЭС, Нижневартовской ГРЭС, Уренгойской ГРЭС. Периодические осмотры объектов подтверждают стойкость системы защиты на полиуретановой основе. Наиболее целенаправленно в плане разработки антикоррозионных мероприятий в настоящее время работает отделение водно-химических процессов Всероссийского теплотехнического института (ВТИ). В институте можно сделать комплексный анализ условий эксплуатации теплотехнического оборудования, провести определения причин разрушений его металлоконструкций (с учетом изучения состава и структуры металла). Далее специалистами отделения разрабатываются соответствующие технологические мероприятия, предупреждающие эти разрушения. При желании заказчика организуется наладка рекомендованных антикоррозионных режимов. Безусловно, важным моментом в предотвращении коррозионных процессов является их своевременная диагностика. На выставочных стендах ВТИ была представлена информация и о разработанной в институте программе диагностики коррозии экранных труб барабанных котлов высокого давления для персонального компьютера. Е. А. Зайцева, фото Александра Ануфриенко * При решении вопроса о выборе методов очистки воды всегда необходимо учитывать фазово-дисперсное состояние загрязняющих агентов. Загрязняющие примеси по отношению к дисперсионной среде обычно делят на 4 группы с общей для каждой из них физико-химической характеристикой: – вещества, образующие с водой взвеси, суспензии, эмульсии; – коллоидные системы (глинистые частицы, гидрооксиды железа, кремнекислота, гуминовые вещества и др.); – молекулярные растворы (растворенные в воде газы и летучие органические вещества); – ионные растворы (растворенные минеральные соли).