способ технологического анализа стабильности воды для систем оборотного и горячего водоснабжения

Формула изобретения

Способ технологического анализа стабильности воды для систем оборотного и горячего водоснабжения, включающий отбор ее пробы, отличающийся тем, что исходную воду анализируют на общую жесткость, подвергают кипячению и вновь анализируют на общую жесткость, причем пробы кипящей воды отбирают последовательно 5 раз через каждые 2 - 3 мин на протяжении 10 мин кипячения, по разнице значений жесткости для исходной и кипящей воды определяют величины глубины распада жесткости в указанные моменты кипячения, рассчитывают частное от деления величины прироста глубины распада жесткости на длительность соответствующего ему предшествующего интервала времени кипячения как показатель стабильности воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам технологического анализа стабильности воды и может быть применено для охлаждающей воды систем оборотного водоснабжения (СОВ) в нефтехимпереработке и других отраслях промышленности, а также для систем горячего водоснабжения и водяного отопления населенных мест и промпредприятий.

Известен способ технологического анализа стабильности воды, основанный на определении этого показателя (индекса Ланжелье) по разнице величин pH воды до и после ее насыщения карбонатом кальция расчетом, исходя из общего солесодержания, щелочности и температуры /СНИП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., Стройиздат, 1985/. К недостаткам способа относится то, что он дает только качественную, а не количественную оценку стабильности воды как ее склонности к выделению или растворению карбонатных отложений, не учитывает стабилизирующего влияния органических примесей.

Наиболее близким к изобретению является способ технологического анализа стабильности воды, включающий ее отбор и определение отношения величины pH до и после встряхивания с карбонатом кальция, приготовленным из хлористого кальция и углекислого аммония /ГОСТ 3313-46 "Методы технологического анализа. Определение стабильности"/. Недостатком данного способа также является невозможность количественной оценки стабильности воды. Кроме того, он применим для воды с температурой не более 60^oC. Однако в промышленных сточных СОВ оборотная вода нередко нагревается до 100^oC.

Это обусловлено тем, что значительная часть охлаждаемых технологических сред имеет температуру до 100-200^oC и выше. Способ недостаточен и в том, что он направлен на оценку стабильности воды только в отношении карбоната кальция. Реальный же процесс выделения накипи, наряду с отложениями CaCO₃, сопровождается также выпадением таких малорастворимых соединений некарбонатной жесткости, как CaSO₄, Mg(OH)₂ и др. Последние способствуют осаждению CaCO₃ и практически всегда обнаруживаются в составе накипи. Следует также указать на косвенный характер оценки стабильности воды по прототипу, где в качестве эталона для сравнения берется исследуемая же вода, искусственно насыщенная CaCO₃ в условиях, имеющих мало общего с условиями формирования солевого состава оборотной воды. Это насыщение лишено смысла и потому, что природные воды, как правило, уже пересыщены по CaCO₃ в 2-3 раза и более (до 10 раз) / Справочник по гидрохимии. Л., Гидрометеоиздат. 1989, с. 228/.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков и предназначено для количественного анализа стабильности воды с температурой 100^oC. Это достигается тем, что в способе технологического анализа стабильности воды, включающем отбор ее пробы, исследуемую воду анализируют на общую жесткость, подвергают кипячению и вновь анализируют на общую жесткость, причем пробы кипящей воды отбирают последовательно 5 раз в течение 10 минут кипячения.

Использование заявляемого способа технологического анализа стабильности воды позволит получить количественные значения и показатели стабильности при любой ее температуре.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемая вода анализируется на общую жесткость, затем нагревается до 100^oC и вновь анализируется на общую жесткость 5 раз через каждые 2-3 мин на протяжении 10 мин кипячения.

Пример 1. По предлагаемому способу исследовали воду из р. Белой. По классификации вод Алекина она относится к гидрокарбонатному классу, кальциевой группе и II типу вод. Химсостав воды был следующим:

Хлориды - 6 мг/л

Сульфаты - 124 мг/л

Общее солесодержание - 525 мг/л

Жесткость общая (Ж_об) - 6,65 мг-экв/л

Жесткость карбонатная (Ж_к) - 2,95 мг-экв/л

Жесткость некарбонатная (Ж_нк) - 3,70 мг-экв/л

Жесткость кальциевая - 4,90 мг-экв/л

Жесткость магниевая - 1,75 мл-экв/л

Щелочность - 3,3 мг-экв/л

pH - 8,0

Эту воду нагрели до 100^oC и затем отобрали пробы кипящей воды через 1; 3; 5; 7 и 10 мин после начала кипения и определили в них общую жесткость и среднее значение этого показателя (табл. 1). Затем по разнице значений жесткости для исходной и кипящей воды нашли величины глубины распада жесткости (Н_ж) в указанные моменты кипячения. Этот показатель характеризует также величину распавшейся части Ж_к, а в случае Н_ж>Ж_к - и величину распавшейся части Ж_нк. Последнее наблюдается при пересыщении воды не только по CaCO₃, но и по CaSO₄.

Как видно из табл. 1, распад жесткости - это непрерывный процесс увеличения Н_ж, каждый этап которого характеризуется ее приростом (H_ж), т.е. разницей значений Н_ж в конце и в начале этапа. Величину скорости распада жесткости определяли как частное от деления величины прироста глубины распада жесткости на ширину предшествующего этапа (интервала) кипячения в минутах. Полученные величины в мг-экв/(л мин) и их средние значения приведены в табл. 1. Для этапа шириной 1 мин численные значения скорости и глубины распада жесткости воды совпадают.

Дополнительно определяли величину pH кипящей воды и в качестве вспомогательного, второстепенного показателя рассчитывали значения индекса pH_кип/pH_исх. Полученные данные и их средние значения указаны в табл. 1.

Пример 2. По предлагаемому способу исследовали биологически очищенную сточную воду (БОСВ) ПО "Салаватнефтеоргсинтез", которая по классификации вод относится к сульфатному классу, кальциевой группе 1 и I типу вод. Ее химсостав приведен в табл. 2. БОСВ подвергли кипячению, отобрали пробы кипящей воды через 1; 3; 5; 7 и 10 мин и проанализировали их на общую жесткость. По полученным данным рассчитали величины глубины и скорости распада жесткости. Результаты химанализов и расчетов показателей стабильности, а также их средние значения приведены в табл. 1.

Пример 3. По предлагаемому способу исследовали имитат оборотной воды СОВ-2 производства этилена ЭП-300 на Лисичанском нефтеперерабатывающем заводе. По классификации вод эта вода относится к хлоридному классу, кальциевой группе, II типу вод. Химсостав имитата указан в табл. 2, а результаты исследования стабильности - в табл. 1.

Пример 4. По прототипу исследовали воду из р. Белой. Определили величину общей щелочности исходной воды, она равнялась 3,3 мг-экв/л. Затем к пробе исследуемой воды добавили карбонат кальция и встряхивали в течение 1 ч с частотой качания платформы 135 раз/мин. После осветления и фильтрования пробы определили величину общей щелочности, оказавшуюся равной 3,14 мг-экв/л. Индекс стабильности равен 3,3:3,14 = 1,05 (табл. 2).

Пример 5. Аналогично примеру 4 исследовали БОСВ. Величина индекса стабильности по прототипу указана в табл. 2.

Пример 6. Аналогично примеру 4 исследовали имитат оборотной воды ЛНПЗ. Величина индекса стабильности по прототипу указана в табл. 2.

Основные показатели стабильности сведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, чем больше жесткость воды, тем больше глубина и скорость ее распада и тем больше доля распавшейся части Ж_к. Наибольшая глубина (и численно совпадающая с ней скорость) распада наблюдаются в первую минуту кипячения, заметно влияя на их средние значения, после чего процесс распада жесткости резко замедляется, переходя в установившуюся фазу вплоть до 7-10-й минуты кипячения. В примере 3 глубина распада превысила Ж_к на величину 6,05 - 5,3 = 0,75 мг-экв/л, т. е. распад захватил и часть Ж_нк, что указывает на большую нестабильность воды вследствие пересыщения по CaCO₃ и CaSO₄. Об этом свидетельствует и скорость распада жесткости, которая была более чем в 2 и 5 раз выше, чем в примерах 1 и 2. Подобная разница свидетельствует о высокой чувствительности скорости распада жесткости как показателя стабильности воды к ее ионному составу по сравнению с показателем стабильности по прототипу, значения которого при любом химсостава воды не выходят за пределы 10,2.

В предлагаемом способе величина вспомогательного второстепенного индекса pH_кип/pH_исх качественно характеризует склонность воды к диссоциации ионов связанной углекислоты и согласуется для разных вод с величиной скорости распада жесткости в них. Величина же индекса стабильности pH_исх/pH_нас как единственного показателя стабильности воды по прототипу неинформативна и недостоверна. Так, по предлагаемому способу БОСВ оказалась самой стабильной, причем скорость распада жесткости в ней в 2,5 раза ниже, чем в речной воде, а величина pH-индекса - наибольшая (табл. 2). Этот результат полностью согласуется с современными научными представлениями и практикой эксплуатации СОВ НП3. По прототипному же показателю стабильности получается, что речная вода стабильнее, чем БОСВ.

На основании анализа и обобщения данных предлагается шкала классификации вод для оценки их стабильности, приведенная в табл. 3. В соответствии с табл. 3 исследуемые воды располагаются в порядке повышения уровня стабильности следующим образом: имитат оборотной воды (1 балл стабильности), речная вода (2 балла) и БОСВ (4 балла).

Кроме того, предлагаемый способ можно успешно применить для сравнительной оценки эффективности различных стабилизирующих (противонакипных) реагентов, подбора оптимальных доз их и др. Опыты с различными водами и реагентами (кислотой, фосфатами, комплексонами, ингибиторами) показали, что этот способ достаточно чувствителен для пробной реагентной обработки. При этом во всех случаях были подобраны оптимальные режимы обработки, обеспечившие 5-балльную стабильность этих вод.

Таким образом, предлагаемый способ технологического анализа стабильности воды позволяет определить количественные характеристики стабильности с высокой степенью надежности и достоверности; пригоден для вод с любой температурой и любым солевым составом; обеспечивает достаточно высокую чувствительность технологической оценки сравнительной эффективности различных стабилизаторов и успешно применим для подбора их оптимальной дозы путем пробной реагентной обработки воды; осуществим с минимальными затратами труда и времени в лабораторных условиях без использования стендовых или пилотных моделей СОВ и других водяных систем.