I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
Химводоочистка №1 (ХВО-1) предназначена для выработки обессоленной воды для восполнения потерь питательной воды и пара котлов высокого давления.
Приготовление обессоленной воды для подпитки котлов высокого давления осуществляется по схеме:
коагуляция в осветлителях
¯
осветление на механических фильтрах
¯
двухступанчатое Н-катионирование
¯
декарбонизация
¯
одноступенчатое анионирование
Производительность обессоливающей установки 166 т/час.
Подогретая исходная вода по трубопроводам на эстакаде поступает в воздухоотделитель, где за счет резкого изменения направления движения воды (на 180 º) происходит удаление воздуха.
Из воздухоотделителя за счет давления столба жидкости вода самотеком поступает в осветлитель. В осветлитель дозируются реагенты: сернокислый алюминий (коагулянт) и полиакриламид, за счет чего происходит коагуляция воды, т.е. удаление из нее грубодисперсных и коллоидных примесей.
Коагулированная вода из осветлителя поступает в бак коагулированной воды, откуда насосами коагулированной воды подается на механические фильтры, где происходит доосветление воды, т.е. освобождение ее от механических примесей.
Осветленная вода после механических фильтров за счет давления, создаваемого насосами коагулированной воды, поступает на водород-катионитовые фильтры I ступени (Н-кат. I ст.) и далее на водород катионитовые фильтры II ступени (Н-кат. II ст.).
В Н-катионитовых фильтрах I ступени происходит обмен катионов кальция (Са2+), магния (Mq2+) и натрия (Nа+) на катион водорода (Н+). В Н-катионитовых фильтрах II ступени происходит обмен незначительного количества катионов жесткости (Са2+, Mq2+) и главным образом катионов Nа+, проскочивших с Н-катионитовых фильтров I ступени. В процессе катионирования из карбонатных солей образуется углекислота.
Для удаления углекислоты воды после Н-катионитовых фильтров II ступени поступает в декарбонизаторы. Из декарбонизаторов декарбонизированная вода поступает в промежуточные емкости - баки декарбонизированной воды.
Из баков насосами декарбонизированной воды вода подается на анионитовые фильтры, где происходит обмен анионов сильных кислот (SO42-, Cl -, NO3 -) и аниона кремниевой кислоты SiO22- на гидроксильный ион ОН -, содержащийся в анионите.
Из анионитовых фильтров обессоленная вода поступает в баки обессоленной воды и оттуда насосами обессоленной воды подается в котлотурбинный цех.
На водоочистке имеются склады и оборудование для хранения, приготовления, подачи и дозирования реагентов, необходимых для водоприготовления.
На основном оборудовании и трубопроводах установлена различная арматура: задвижки, задвижки с гидроприводами, вентили, пробковые краны. Все задвижки, установленные на оборудовании ХВО, имеют соответствующую нумерацию.
Для указания среды, на которой установлена соответствующая арматура, ставится одна или несколько букв.
Для различия арматуры, установленной на одноименном оборудовании, она маркируется, кроме букв, дополнительными цифрами, индексами.
задвижками.
II. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ.
2.1.КОАГУЛЯЦИЯ В ОСВЕТЛИТЕЛЯХ.
Коагулированием называется технологический процесс обработки воды реагентами, приводящий к коагуляции ее коллоидных примесей, очистку воды от грубой и тонкой взвесей. Коагуляция –физико-химический процесс слипания (укрупнения) коллоидных частиц, завершающийся выпадением их в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием. Реагенты, применяемые для коагулирования, называют коагулянтами.
В качестве коагулянта применяется сернокислый алюминий. Последний подвергается гидролизу с образованием положительно заряженных коллоидных частиц гидрата окиси алюминия, которые взаимодействуют с отрицательно заряженными коллоидными частицами, находящимися в воде, укрупняются, адсорбируют из воды взвешенные коллоидные вещества и выпадают в осадок.
В процессе коагуляции снижается щелочность воды, содержание коллоидной кремниевой кислоты, органических веществ и железа.
При введении в воду раствора коагулянта протекают следующие реакции:
Al2(SO4)3 +6Н2О = 2Al(OH)3 + 3Н2SO4
Al2(SO4)3 = 2Al3++ 3(SO4)2-
Al3++ НОH = Al(OH) 2++ H+
Al(OH) 2+ + НОH = Al(OH)2++ H+
Al(OH)2++ НОH = Al(OH)3 + H+
Н2SO4 + Ca(НСО3)2 = СаSO4 + 2Н20 + 2СО2
Из вышеприведенных реакций видно, что щелочность воды понижается на величину, соответствующую дозировке коагулянта.
Необходимая доза может колебаться в довольно значительных пределах 0,6 - 1,2 мг-экв/л, в зависимости от качества исходной воды.
Оптимальная доза коагулянта зависит в основном от качества исходной воды: щелочности, содержания взвешенных и органических веществ, цветности и солевого состава и устанавливается опытным путем при проведении коагуляции в лабораторных условиях, а затем при проведении наладочных работ путем наблюдений за результатами обработки воды в осветлителях и равна 0,8 - 1,2 мг-экв/л.
Доза коагулянта может меняться в течение года из-за сезонного изменения качества воды. В период паводка она достигает наибольших значений.
Понижать щелочность коагулированной воды ниже 0,4 мг-экв/л при титровании по метилоранжу или смешанному индикатору недопустимо, т.к. внутренние поверхности насосов коагулированной воды и трубопроводы не имеют антикоррозийных покрытий. Поэтому в паводковый период необходимо дозировать в исходную воду едкий натр (щелочь) для поддержания необходимой щелочности коагулированной воды.Раствор коагулянта вводится в воздухоотделитель.
В период подщелачивания с ХВО-2 поступает исходная (сырая) вода, в которую добавляют щелочь.
Для улучшения процесса коагуляции в периоды ухудшения хлопьеобразования, а также при необходимости повышения нагрузки осветлителя, когда сравнительно мелкие хлопья начинают выноситься с коагулированной водой, применяется флокулянт - полиакриламид – высокомолекулярное соединение, образующее в воде истинные растворы.
Механизм действия полиакриламида (ППА) заключается в том, что он адсорбирует на своей поверхности различные микрочастицы, образующиеся при коагуляции. В результате образуются крупные структурные системы в виде хлопьев.
Полиакриламид вводится в конус осветлителя, несколько выше зоны ввода коагулянта. Доза ППА составляет 0,5 – 1,0 мг/л.
Для стабильного протекания процесса коагуляции необходимо поддержание постоянной температуры обрабатываемой воды. Колебания температуры не должны превышать + 1ºС. Оптимальная температура для процесса коагуляции равна (30 + 1)º С.
2.2. ОСВЕТЛЕНИЕ НА МЕХАНИЧЕСКИХ ФИЛЬТРАХ.
Из осветлителя с коагулированной водой происходит унос мелкодисперсных частиц шлама даже при налаженном режиме коагуляции. Особенно наблюдается значительный унос шлама при колебаниях температуры исходной воды, при отступлениях от оптимальных дозировок реагентов, при колебаниях нагрузки осветлителя.
В осенний и весенний паводок имеет место наиболее значительное нарушение режима коагуляции и ухудшение качества коагулированной воды.
Механические примеси, особенно органического происхождения, попадая на ионитовые фильтры, нарушают их гидродинамику и значительно ухудшают показатели работы фильтров.
Для глубокого удаления унесенных с коагулированной водой частиц шлама ее фильтруют на осветлительных (механических) фильтрах, загруженных дробленым антрацитом. При фильтровании воды частицы взвеси задерживаются на поверхности или в толще фильтрующего материала, в зависимости от скорости фильтрования.
При малой скорости фильтрования частицы взвеси в основном задерживаются в виде пленки на поверхности фильтрующего материала, образуя дополнительный фильтр, который задерживает даже мелкодисперсные частицы.
При больших скоростях фильтрования равномерная пленка на поверхности фильтрования не образуется. Осветление воды в этом случае происходит в основном в результате оседания загрязнений в толще фильтрующего слоя. Глубина проникновения загрязнений в толщу фильтрующего слоя будет тем большей, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильтрующего слоя и меньше размер частиц взвеси содержится в воде.
2.3.ИОНИТНАЯ ОБРАБОТКА.
Обработка воды методом ионного обмена осуществляется путем фильтрования воды через слой зернистого материала - ионита.
В процессе такого фильтрования, называемого ионированием, из воды удаляются ионы, препятствующие использованию воды для питания котлов. Эти ионы заменяются ионами, которыми был насыщен ионит. Ионит же постепенно насыщается поглощаемыми из воды ионами и прекращает их поглощение.
После этого производится восстановление рабочей способности ионита, так называемая РЕГЕНЕРАЦИЯ его.
Регенерация ионита, основанная на обратимости реакций ионного обмена, осуществляется путем пропускания через слой его зерен раствора реагента, содержащего необходимые для насыщения ионита ионы, которые перешли в ионированную воду. После отмывки водой ионитового слоя от избытка регенерирующего агента и продуктов регенерации, т.е. вытесненных из ионита ранее поглощенных им из воды ионов, ионит опять пригоден для обработки воды.
В качестве ионитов используются синтетические смолы, относящиеся к разряду пластических масс (полимеров).
Если в результате обработки воды методом ионного обмена происходит обмен катионов (положительно заряженных ионов), то такой процесс называется катионированием,
а ионообменный материал – катионитом. Если же происходит обмен анионов (отрицательно заряженных ионов), то такой процесс называется анионированием, а фильтрующий материал - анионитом.
В зависимости от иона, которым насыщают ионит в процессе его регенерации, процессы ионного обмена, а также фильтры, в которых они протекают и получаемая обрабатываемая вода имеет соответствующие названия, а именно: Н-катионирование и ОН-анионирование.
2.3.1. Н-катионирование.
При Н-катионировании воды обменными ионами служат катионы водорода. В процессе фильтрования воды через слой водород-катионита последний поглощает из нее все содержащиеся в ней катионы (Са2+, Mq2+, Na+ и др.), а в воду переходит эквивалентное количество Н+-ионов.
При этом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды (карбонатной жесткости) с образованием свободной углекислоты.
При Н-катионировании воды протекают следующие реакции:
Ca(HCO3) 2 + 2HR ® Ca R2+ H2CO3
Mq(HCO3) 2 + 2HR ® Mq R2 + H2CO3
H2CO3 ® 2H2O + CO2
CaCl2 + 2HR ® CaR2 + 2НСl
Mq Cl2 + 2HR ® Mq R2 + 2НСl
Ca SO4 + 2HR ® CaR2 + H2SO4
Mq SO4 + 2HR ® Mq R2 + H2SO4
Так как в исходной воде, кроме карбонатных солей, имеются и соли сильных минеральных кислот (HСl, Н2SO4, HNO3), то Н-катионированная вода имеет кислую реакцию из-за образования при Н-катионировании сильных минеральных кислот.
Истощение Н-катионита происходит послойно, т.к. ионы Са2+и Mq2+легче поглощаются, чем ионы Na+. В слое катионита образуются две зоны поглощения или два работающих слоя. Сверху (по ходу движения воды) образуется зона поглощения Са2+и Mq2+, а под нею находится зона поглощения Na+. Обе эти зоны по мере истощения Н-катионита передвигаются одна за другой по направлению к нижней границе слоя Н-катионита (Са2+, Mq2+ вытесняют Na+ в нижележащий слой).
В работе Н-катионитового фильтра можно наметить два основных периода:
а) полное поглощение всех катионов. Фильтрат мягкий и имеет кислотность, равную сумме всех анионов сильных кислот Cl -, (SO4)2-, (NO3) -,
б) появление все возрастающего проскока Na+ вследствие достижения зоной поглощения натрия нижней границы слоя Н-катионита. В течение этого периода концентрация натрия в фильтрате постепенно возрастает и кислотность фильтрата, следовательно, падает, что указывает на необходимость восстановления обменной способности Н-катионитого фильтра (регенерацию). Регенерация производится раствором серной кислоты.
В процессе регенерации происходит вытеснение из катионита ионов натрия, кальция и магния и насыщения его ионом водорода.
CaR2 + H2SO4 ® CaSO4 + 2HR
Mq R2 + H2SO4 ® Mq SO4 + 2HR
2NaR + H2SO4 ® Na 2SO4 + 2HR
Для наиболее полного вытеснения катионов из катионита, главным образом трудно удаляемых катионов натрия, на регенерацию фильтров подают кислоту в количестве, значительно превышающем расчетное.
2.4. ДЕКАРБОНИЗАЦИЯ.
При Н-катионировании образуется свободная углекислота и тем больше, чем больше щелочности осветленной воды. Подавать такую воду на анионитовые фильтры нецелесообразно из-за расходования их емкости поглощения на связывание свободной углекислоты.
Свободную углекислоту из Н-катионированной воды удаляют в декарбонизаторах. Сущность декарбонизации заключается в продувании воды воздухом (аэрации). Удаление свободной углекислоты достигается путем дробления общего потока воды на мелкие струйки и капли с одновременным продуванием воздуха навстречу потоку воды.
Эффективность декарбонизации обуславливается:
· распределением воздуха и воды по площади поперечного сечения;
· достаточной скорости движения воздуха в декарбонизаторе.
Полнота выделения СО2 находится в прямой зависимости от величины капель, времени их контакта с воздухом, а также количества подаваемого воздуха и температуры воды.
В хорошо работающем декарбонизаторе содержание свободной углекислоты снижается до 3-5 мг/л, независимо от ее начального содержания.
2.5. АНИОНИРОВАНИЕ ВОДЫ.
Анионирование кислой, Н-катионированной, воды производится с целью ее химического обессоливания. При этом в качестве обменных ионов в анионите используются такие анионы, которые с катионами водорода образуют воду, т.е. ионы ОН -.
При анионировании протекают следующие реакции:
Н2SO4 + 2ROH ® R2SO4 + H2O
2 HCl + 2ROH ® 2RCl + H2O
H2SiO3 + 2ROH ® R2SiO3 + H2O
Как видно из вышеприведенных реакций, все анионы поглощаются анионитом, в результате чего получается вода, лишенная анионов и катионов, т.е. обессоленная.
Различают сильноосновные и слабоосновные аниониты. Сильноосновные аниониты способны обменивать ионы ОН- на анионы как слабых, так и сильных кислот. Слабоосновные поглощают только анионы сильных кислот.
Механизм ионного обмена анионирования аналогичен механизму при катионировании.
Степень насыщения анионита поглощаемыми ионами по высоте фильтрующего слоя неодинакова. Верхние слои ионита, постоянно соприкасаются с более высокой концентрацией поглощаемого аниона, с большей степени насыщения анионами, чем расположенные ниже слои.
В течение первого периода работы анионитового фильтра происходит поглощение всех анионов. Затем наступает проскок наименее активных анионов, концентрация которых в фильтрате постепенно растет и может значительно превысить содержание его в исходном растворе вследствие вытеснения ранее поглощенных этих ионов другими, более активными анионами. После этого наступает проскок следующего по активности аниона. Так как анион кремнекислоты наименее активен, то первым по проскоку обнаруживают его, и фильтр отключают на регенерацию по достижении определенной концентрации кремнекислоты в фильтрате.
Регенерация фильтра производится 2-4% раствором едкого натрия. В процессе регенерации происходит насыщение анионита ионом ОН- согласно реакций:
R2SO4 + 2NaOH ® 2ROH + Na 2SO4
RCl + NaOH ® ROH + NaCl
R2SiO3 + 2NaOH ® 2ROH + H2SiO3
Для более полной регенерации щелочь дается в избытке.
III. ОБСЛУЖИВАНИЕ УСТАНОВКИ СИЛОВОЙ ВОДЫ
ГИДРОПРИВОДОВ.
Управление задвижками с гидроприводами производится силовой водой, подаваемой на гидроприводы насосами силовой воды.
Подача воды на гидроприводы арматуры производится поворотом рукоятки ручного крана, переключением которого силовая вода подается в нужном направлении.
Для включения установки в работу необходимо:
· заполнить бак гидроприводов обессоленной водой;
· проверить положение рукояток кранов (должны находиться в положении “закрыто”);
· открыть вентили на подводе и сбросе силовой воды к кранам гидроприводов;
· включить в работу насос силовой воды.
Для отключения установки необходимо:
· остановить насос силовой воды.
Периодически (примерно один раз в месяц) необходимо заменять воду в баке гидроприводов и промывать его.