Требования к качеству воды

Требования к оборотной воде устанавливают экспериментальным путем с предварительной оценкой стабильности воды по методу Ланжелье, а к добавочной -расчетным путем, делением предельно допустимого содержания каждого вещества в оборотной воде на коэффициент упаривания:

C_id = C _{i об} / K_y

Эта формула неприменима для летучих примесей, а также для тех, которые выпадают в осадок в течение времени исследования.

Требования к качеству оборотной и добавочной вод систем охлаждения

Показатели качества воды	Оборотная вода	Добавочная вода систем охлаждения
Температура охлаждающей воды, °С	25-30	До 25
Запах, баллы	До З	До З
Цветность, град	Не нормируется	-
Жесткость, ммоль/л
Общая	До 7	1-2
Карбонатная	До З	0,5-0,8
Щелочность, ммоль/л	2-4	0,5-1,0
Общее солесодержание, мг/л	800-1200	150-250
Окисляемость перманганатная, мг 0₂/л	До ю	1-5
БПК, мг 0₂/л	5-10	1-5
ХПК, мг 0₂/л	До 70	15-30
Содержание, мг/л
взвешенных веществ	10-20	2-4 (желательно отсутствие)
масел и смолообразующих веществ	Отсутствие	Отсутствие
хлоридов	150-300	30-70
сульфатов	350-500	70-120
фосфора (в пересчете на Р₂0₅)	До 5	До 1
азота (общ.)	До 150	До 30-35
ПАВ	Отсутствие	Отсутствие
ионов тяжелых металлов	«	«
рас торенного кислорода	6-8	-
остаточного активного хлора	1	1
рН	6,5-8,5	6,5-8,5

Данные таблицы показывают, что в качестве добавочной охлаждающей воды могут быть использованы слабоминерализованные ультрапресные или пресные мягкие воды. Остальные, в том числе сточные, перед добавлением в систему охлаждения должны умягчаться или обессоливаться до остаточных концентраций солей, соответствующих требованиям к добавочной воде. Оборотная охлаждающая вода не должна вызывать выделения карбонатных отложений со скоростью более 0,3 г/(м² ч); коррозии углеродистой стали и других металлов со скоростью более 0,09 г/(м² ч) - т.е. глубина коррозии должна быть не более 0,1 мм/год, а также биологического обрастания оборудования со скоростью более 0,07 г/(м² ч) по сухой массе - толщина слоя не более 0,05 мм/мес.

Соли, присутствующие в оборотной воде, подразделяются на хорошо растворимые, не выпадающие в осадок и не создающие отложений, и на соли, которые из-за недостаточной растворимости или вследствие физико-химических процессов, происходящих в охлаждающих системах оборотного водоснабжения, могут выпадать в осадок и создавать отложения.

Основными ионами, которые могут приводить к отложениям минеральных солей, являются: анионы бикарбонаты, карбонаты, гидроксиды, фосфаты, сульфаты, силикаты; катионы кальций, магний, алюминий, железо, цинк.

Большинство этих ионов находится в подпиточной (добавочной) воде. Однако железо и в меньшей степени алюминий и цинк, из которых изготовлены конструктивные элементы сооружений, могут появляться в оборотной воде лишь в основном в результате их коррозии. Фосфаты и цинк и изредка силикаты могут попасть в системы оборотного водоснабжения в составе ингибиторов коррозии металлов.

Карбонат кальция - наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений в системах - выпадает на стенки труб теплообменных аппаратов в результате нарушения углекислотного равновесия. Этот вид отложений является типичным для систем, пользующих в качестве добавочной воду со значительной бикарбонатной жесткое щелочностью. Отложения образуются в результате распада бикарбоната при дефиците углекислоты в растворе. Соли магния встречаются реже, хотя они иногда и образуются либо в виде гидроксида магния (при pH > 10), либо (в редких случаях при болит держании силикатов) в виде силиката магния. Сульфат кальция, если не принимать мер ограничивающих его концентрацию до предела ниже его растворимости, также может явиться причиной отложений.

Фосфаты могут образовывать нерастворимые соли со всеми перечисленными катионами, и, чтобы избежать их выпадения, иногда (в редких случаях) необходимо регулировать величину pH.

Гидроксиды металлов встречаются в отложениях редко, однако их можно найти в системах охлаждения с высокими значениями pH. Гидроксиды железа образуются в результате коррозии и превращаются в гидратированный оксид железа или в ржавчину.

Многие факторы как физического, так и химического свойства влияют на интенсивность, с которой происходит отложение солей. Это прежде всего величина pН концентрация ионов, температура воды и особенно температура поверхности труб, находящейся в контакте с водой, интенсивность теплообмена между водой и поверхности контакта, состав воды, способ ее обработки, конструкция теплообменного оборудования, продолжительность пребывания воды в системе.

Величина pH влияет на растворимость всех упомянутых выше солей. От величины pH зависит тенденция кальция образовывать карбонаты, характеризуемая индексом Ланжелье.

Характеристика воды по индексу Ланжелье

+2 - Накипеобразование и практически отсутствие коррозии;
+0,5 - Возможно незначительное накипеобразование или коррозия;
0 - Равновесное состояние, но возможна питтинговая коррозия;
0,5 - Возможны незначительная коррозия и отсутствие накипеобразования;
-2 - Коррозионная активность.

У многих выпадающих из растворов солей, особенно у карбоната кальция, растворимость снижается с увеличением температуры. При этом температура поверхности металла (поверхности контакта воды с трубами) играет главную роль в скорости отложения. Высокие скорости воды в трубах способствуют предотвращению отложений солей на поверхности контакта. Скорости движения воды в трубках теплообменных аппаратов не рекомендуется принимать меньше 1 м/с.

В большинстве оборотных систем теплообменного водоснабжения карбонатная жесткость воды должна составлять 2,8 - 3 ммоль/л. Для оценки термостабильности оборотной воды применяют шестибалльную шкалу. Вода не должна вызывать коррозии углеродистой стали и других-металлов, используемых в теплообменной аппаратуре и коммуникациях. Для оценки коррозионной стойкости металлов применяют десятибальную шкалу.

Шестибальная шкала термостабильности воды

Группа термостабильности	Скорость карбонатных отложений		Балл термостабильности
Группа термостабильности	г/м²*ч	мм/мес	Балл термостабильности
I - совершенно термостабильная	0	0	1
II - термостабильная	<0,3	<0,1	2
II - термостабильная	0,3-1,5	0,1-0,5	3
III - ограниченно термостабильная	1,5-3	0,5-1	4
IV - нетермостабильная	3-15	1-5	5
IV - нетермостабильная	>15	>5	6

Десятибальная шкала термостабильности воды

Группа стойкости металла в воде	Скорость коррозии, г/м²* ч	Проницаемость коррозии, мм/год	Балл коррозионной стойкости
I - совершенно стойкие	<0,0009	<0,001	1
II - весьма стойкие	0,0009-0,0045	0,001-0,005	2
II - весьма стойкие	0,0045-0,009	0,005-0,01	3
III - стойкие	0,009-0,045	0,01-0,05	4
III - стойкие	0,045-0,09	0,05-0,1	5
IV - относительно стойкие	0,09-0,45	0,1-0,5	6
IV - относительно стойкие	0,45-0,9	0,5-1	7
V - малостойкие	0,9-4 5	4-5	8
V - малостойкие	4,5-9,1	5-10	9
VI - нестойкие	>9,1	>10	10

Данные для оценки агрессивности (коррозионности) оборотной охлаждающей воды по отношению к углеродистой стали

Наименование показателей	Единица измерения	Показатели для слабоагрессивной воды (коррозионная стойкость металла 5-6 баллов)	Условия увеличения агрессивности
Суммарное содержание Cl и SО₄	мг/л	<100	>100
Общее содержание растворенных солей (сухой остаток)	мг/л	<500	>500
Карбонатная жесткой	ммоль/л	>2,5	<2,5
рН	ммоль/л	6 9	<6 или >9
Содержание расширенного кислорода	мг О₂/л	4-6	>6

Общие требования к качеству воды, применяемой для охлаждения различных и агрегатов на промышленных предприятиях, приведены в таблице. Однако в некоторых технологических схемах используется вода, отвечающая по отдельным показателям гораздо более жестким требованиям. Так, содержание взвешенных веществ в воде, подаваемой в конденсаторы, переохладители и компрессоры, должно составлять менее 2 мг/л. В воде, поступающей в холодильники на заводах азотной промышленности, содержание взвесей может находиться в пределах 10-50 мг/л, но при этом строго ограничивается щелочность, которая не должна превышать 2-3 ммоль/л, так как в противном случае начнется интенсивная инкрустация теплообменных поверхностей. В этой воде также не должны содержаться биогенные элементы (азот, фосфор), способствующие интенсивному развитию биологических обрастаний.

Требования к качеству воды, применяемой для охлаждения агрегатов промышленных предприятий

Наименование показателей	Единица измерения	Допустимые показатели	Особые условия
Мутность	мг/л	50-200	В зависимости от типа холодильники!
Содержание сероводорода	->>-	0,5	->>-
гипса	->>-	1500-2000	В зависимости от общего содержания в воде сульфатов MgS0₄и Na₂SО₄
Карбонатная жесткость	ммоль/л	2-7	При температуре нагрева охлаждаю! воды 20-50 °С и содержании в ней свободной С0₂ от 10 до 100 мг/л

Высокие требования предъявляются к питательной энергетической воде, и они тем жестче, чем выше давление в парогенераторе .

Типичные схемы обращения воды в рабочих циклах конденсационных тепловых электростанций (КЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) приведены на рисунке. Продувочная вода (Q_np) выводится из котла, парогенератора или реактора на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданной концентрации примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной водах одинаковы.Подпиточная вода (Q_e_n) подается в тепловые сети для восполнения потерь циркулирующей в них воды.

При эксплуатации ТЭС и АЭС возникают внутристанционные потери пара и конденсата: а) в котлах при непрерывной и периодической продувке, при открытии предохранительных клапанов, при обдувке водой или паром наружных поверхностей на привод вспомогательных от золы и шлака, на распыливание жидкого топлива в форсунках, на привод вспомогательных механизмов; б) в турбогенераторах через лабиринтные уплотнения и паровоздушные эжекторы; в) в пробоотборных точках; г) в баках, насосах, трубопроводах при переливе, испарении горячей воды, просачивании через сальники, фланцы и т.п. Обычно внутристанционные потери пара и конденсата, восполняемые добавочной питательной водой, не превышают в различные периоды эксплуатации на ТЭС 2 3%, на АЭС 0,5 1% их общей паропроизводительности.

Принципиальная схема обращения воды в тракте КЭС

1 - котел, кипящий реактор; парогенератор; 2 - конденсационная турбина; 3 - электрогенератор; 4 - ВПУ; 5 - конденсатор турбины; 6 - конденсатный насос; 7 - конденсатоочистка (БОУ); 8 - подогреватель; 9 - деаэратор; 10 - питательный насос; 11 - подогреватель добавочной воды; Q_ucx- исходная природная вода используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке (ВПУ), а также для других целей на ТЭС и АЭС; Q_doб- добавочная вода направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки; Q_m.к- турбинный конденсат, содержащий незначительное количество растворенных и взвешенных примесей, - основная составляющая питательной воды; Q_n.в- питательная вода, подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах, представляет собой главным образом смесь D_m.к, D_de, D_В.Ки конденсата регенеративных подогревателей; Q_K.В- котловая вода, вода парогенератора, реактора - вода, находящаяся в элементах указанных агрегатов; Q_o.в- охлаждающая или циркуляционная вода используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.

Принципиальная схема движения воды в цикле ТЭЦ

1 - котел; 2 - турбина с отборами пара для нужд производства и теплофикации; 3 - электрогенератор; 4 - конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - установка очистки возвратного загрязненного производственного конденсата; 7 - деаэратор; 9 - питательный насос; S- подогреватель добавочной воды; 10 - ВПУ; 11 - насосы возвратного конденсата; 12 - баки возвратного конденсата; 13 - теплофикационный потребитель пара; 14 - производственный потребитель пара; Q_{ucx -} исходная природная вода используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке (ВПУ), а также для других целей на ТЭС и АЭС; Q_т.к. - турбинный конденсат, содержащий незначительное количество растворенных и взвешенных примесей, - основная составляющая питательной воды; Q_В._K- возвратный конденсат от внешних потребителей пара, используется после очистки от внесенных загрязнений. Он является составной частью питательной воды; Q_n.в.- питательная вода, подаваемая в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах, представляет собой главным образом смесь D_m.к,D_д.в, D_в.ки конденсата регенеративных подогревателей; Q_K.В- котловая вода, иода парогенератора, реактора - вода, находящаяся в элементах указанных агрегатов; Q_o.в -охлаждающая или циркуляционная иода используется и конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.

На промышленных ТЭЦ. отпускающих пар на различные технологические нужды предприятий, существуют также внешние потери пара и конденсата, поэтому количество добавочной воды для таких ТЭЦ может достигать 10-50% количества генерируемого пара. Как правило, только вода, используемая для технологических целей, непосредственно контактирует с сырьем, продукцией, отходящими газами и другими материальными потоками производства. Поэтому к технологической воде каждое производство предъявляет свои специфические требования. Лишь немногие производства потребляют технологическую воду из источников без предварительной очистки, в большинстве же требования к качеству технологической воды очень высоки. К числу производств, в которых высокое качество технологической воды может быть обеспечено путем пред ТЭЦ подготовки (частичное или полное обессоливание, умягчение, обезжелезивания и т.д.), относятся химическая промышленность, в том числе производства технических фосфатов, аммиачной воды, пигментов, хлорорганических продуктов, лаком и красок, синтетических жирных кислот, органических красителей, химических волокон и пластмасс, а также химико-фотографическая, целлюлозно-бумажная, легкая, машиностроительная, электронная и электротехническая промышленности.

Нормативные требования к качеству энергетической воды

Показатели качества воды	Для испа- рите- лей	Для питания барабанных котлов с давлением пара, МПа			Для питания прямоточных парогенераторов с параметрами пара
Показатели качества воды	Для испа- рите- лей	<4	4-10	>10	докритическими	сверхкритическими
Содержание эфирорастворимых веществ, мг/л	1	1	0,3	0,3	0,3	0,3
Запах, баллы	0	0	0	0	0	0
pH	6,5- 9,5	9,1	9,1	9,1	9,5*/9,5	9,5*/9,5
Жесткость общая, ммоль/л	30	10	5	3	0,5	0,2
Содержание, мкг/л
SiO₂	-	-	80	40**/120	15	15
SO₄	-	2000	-	2000	2000	-
NH₃	0	1000	1000	1000	800*/3000	800*/3000
N₂H₄(своб.)	0	60	60	60	60	60
_NO2	0	20	20	20	0	0
Fe (общ.)	0	100- 200	50- 100	20-30	20	10
Cu²⁺	0	10-20	10- 20	5	5	5
Na⁺	-	-	-	-	-	15
О₂	30	30	30	20	10	10

* В числителе - при наличии в пароводяной смеси медьсодержащих сплавов, в знаменателе - при их отсутствии; ** В числителе - для КЭС и отопительных ТЭЦ, в знаменателе - для ТЭЦ с производственным отбором пара.

Наиболее глубокой очистке (практически полное обессоливание) подвергается технологическая вода, используемая для промывки деталей в электронной промышленности, в гальванотехнике, для промывки продуктов и приготовления растворов в производствах пластических масс (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, ионообменные материалы, производные винилацетата и др.).

Вернуться к списку