Оборотное водоснабжение

Содержание статьи

Что такое оборотное водоснабжение

Оборотное водоснабжение – это система обеспечения водой нужд производственного предприятия, при которой использованная вода после соответствующей подготовки подаётся повторно. Оборотное водоснабжение или водооборотный цикл представляет собой замкнутую систему, состоящую из различного технологического оборудования, соединённого трубопроводами.

Вода достаточно дорогой ресурс, её доставка на предприятие также требует определённых затрат. Поэтому для экономии средств предприятия имеет смысл использовать воду повторно. После использования и прохождение через оборудование вода, как правило, меняет свои свойства, может загрязняется продуктами производства. Сброс такой воды негативно влияет на окружающую среду, что в свою очередь может повлечь санкции со стороны контролирующих органов в области экологии.

Использование системы оборотного водоснабжения

Чаще всего вода используется как теплоноситель для нагрева или охлаждения оборудования. Также оборотное водоснабжение используется в гальванике, в горнодобывающей промышленности, ТЭЦ, в пищевом производстве и др.

Как указывалось выше, после прохождения воды через оборудование, она, как правило, загрязняется продуктами производства, поэтому перед повторным использование воду необходимо подготовить (произвести водоподготовку). В зависимости от характера загрязнений используют различные способы водоподготовки — отстаивание, фильтрация, добавление реагентов, охлаждение, продувка.

Фильтрация используется для очистки воды от механических загрязнений. Очень часто используется боковая фильтрация, когда фильтруется не весь поток воды, а его часть, при этом поддерживается допустимая концентрация примесей. В случае выхода из строя фильтра такая система позволяет какое-то время продолжать рабочий процесс, до замены фильтрующего элемента. Также для механической очистки воды применяются резервуары-отстойники.

Для очистки воды от растворённых примесей используется химическая очистка воды. Так, для декарбонизации жёсткой воды во избежание соляных отложений используют различные кислоты, для уменьшения коррозии трубопроводов и оборудования добавляют ингибиторы коррозии. Если вода подвергается аэрации и в ней содержится большое количество биологических веществ, то оборудование и трубопроводы могут быть подвержены биологическим обрастаниям. Для предотвращения этого воду хлорируют.

Также для снижения концентрации растворённых загрязнений применяют продувку. Продувка — это добавление в систему оборотного водоснабжения чистой воды. В зависимости от технологических процессов, например, при гальванике воду очищают выпариванием и осмосом.

Во время технологического процесса часть воды может теряться в результате испарений и капельного уноса; для компенсации этих потерь в схеме оборотного водоснабжения предусматривается подпитка.

Все перечисленные способы водоподготовки направлены на достижения воды нужного качества. Таким образом, система оборотного водоснабжения позволяет поддерживать длительное время состав циркулирующей воды.

Проектирование систем оборотного водоснабжения

Проектирование систем оборотного водоснабжения

Схема оборотного водоснабжения с применением вентиляторной градирни приведена на рис. 1. При открытых вентилях 1, 2 к 3 и закрытых вентилях 5 и 6 вода из поддона градирни I забирается циркуляционным насосом III, про­ходит через конденсатор II, где нагревается с tвд1 до tвд2 и под остаточным напором направляется в градирню. Там тепло конденсации QK отдается воздуху, проходя­щему через градирню (большая часть – за счет испарения воды, а меньшая – вследствие разности температур между водой и воздухом). В результате тепло­обмена с разбрызгиваемой водой удельная энтальпия воздуха увеличивается с hв1 до hв2. Таким образом, уравнение теплового баланса имеет вид:

QK = GВД × (tвд2 – tвд1) × СВД × rВД = LГРАД × rВ × (hв2 – hв1),

где QK – тепло конденсации, кВт; GВД – количество циркулирующей воды, м3/с; tвд1 и tвд2 – температуры, соответственно, на выходе и входе из градирни (на входе и выходе в конденсатор), °С; СВД – удельная теплоемкость воды, кДж/кг; LГРАД – производительность вентилятора градирни, м3/с; rВД и rВ – плотности, соответственно, воды и воздуха, кг/м3; hв1 и hв2 – удельные энтальпии воздуха, соответственно, на входе и выходе из градирни, кДж/кг.

В данной формуле не учтено тепло, уносимое из градирни с испарившейся водой и мелкими каплями. Унос воды из градирни небольшой (3 – 10 % от количест­ва воды, циркулирующей в системе), однако в проекте сле­дует предусмотреть подпитку градирни от сети водопровода для компенсации этого уноса.

Рис. 1 – Схема оборотного водоснабжения с применением градирни:

I – градирня; II – конденсатор; III – центробежный насос; 1 – 8 – запорные вентили; 9 – манометр; 10 – расходомер; 11 – водорегулируемый вентиль

Присоединение к сети водоп­ровода и канализации предус­матривают также для заполне­ния и опорожнения оборотной системы, а в установках малой и средней производительности – для охлаждения конденсаторов водопроводной водой, в слу­чае если оборотная система выш­ла из строя. В последнем случае вентили 5 и 6 открыты, а вентили 1, 2, 3 закрыты. Вентили 4, 7 и 8 служат для спуска воды из системы.

Количество циркулирующей воды VВД определяют по формуле:

VВД = QK / (СВД × rВД × Dtвд) = QK / [4190 × (tвд2 – tвд1)], м3/с (1)

Охлаждение воды в вентиляторных градирнях обычно лежит в пределах Dtвд = 3.5 ¸ 4.5 °С.

При определении параметров воздуха и воды температуру воды на выходе из градирни tвд1 нельзя принимать произвольно. Она зависит прежде всего от со­вершенства конструкции градирни как теплообменного аппарата. Самая низкая температура воды tвд1, которую можно получить в градирне с бесконечно большой поверхностью теплообмена, равна температуре воздуха по мокрому термометру. Однако в реальной градирне поверхность не может быть развита бесконечно, поэтому вода охладится до температуры немного более высокой (на 3 – 4 °С), чем температура мокрого термометра.

Отношение действительного охлаждения воды к теоретически возможному называют коэффициентом эффективности градирни h:

h = (tвд2 – tвд1) / (tвд2 – tв1м)

Ориентировочные значения этого коэффициента для охладителей различного типа приведены в таблице 1.

Удельная тепловая нагрузка qF, кВт/м2

Удельная гидравлическая нагрузка 103нм3/(м2×с)

Применяемые схемы оборотного водоснабжения

В системах водяного охлаждения технологического оборудования с применением вентиляторных градирен ЕВРОМАШ существует два варианта использования градирен.

1. Одноконтурная схема системы охлаждения.

Для номинального режима работы, а также для режимов с разностью температур входа-выхода воды до 12. 15 o C и температурой нагретой в охлаждаемом оборудовании воды до 45 o C может быть использована одноконтурная схема оборотного водоснабжения, изображенная на рисунке справа.

2. Двухконтурная схема системы охлаждения.

Для объектов, из которых вода выходит, нагретой до температуры выше 45 o C, или при разности температур входа-выхода охлаждаемой воды больше 12. 15 o C, а также для достижения минимально возможных температур охлажденной воды необходимо использовать двухконтурную схему оборотного водоснабжения, изображенную на рисунке справа.

Двухконтурная схема обеспечивает минимально возможную с использованием градирни ЕВРОМАШ температуру охлаждаемой воды за счет того, что в процессе охлаждения оборотной воды в бак 2 подмешивается холодная вода. В результате на градирню попадает не вода от объекта охлаждения, а смесь в которой перемешаны вода от объекта и свежая холодная вода. Эта смесь имеет более низкую температуру, нежели вода, вышедшая из объекта охлаждения и в результате на выходе из градирни также будет вода более низкой температуры.

Использование двухконтурной схемы оборотного цикла водоохлаждения позволяет разделить процессы приготовления охлажденной воды и потребление ее технологическим оборудованием.

При этом надо отметить, что в процессе потребления охлажденной воды при использовании двухконтурной схемы оборотного цикла количество воды, забираемой в охлаждаемое оборудование, может меняться в достаточно широком диапазоне: от 5% до 100% от количества приготовленной охлажденной воды. Решить эту задачу исключительно с помощью регулирования расхода воды через градирню не получится, потому что величина регулирования расхода ограничена минимальным значением в 35% от расхода номинального. При применении двухконтурной схемы эта задача решается за счет внутреннего саморегулирования системы в виде перелива излишней воды из бака охлажденной воды в бак воды теплой.

Оборотное водоснабжение – это экономия природных ресурсов и ваших денег

Примитивная схема – оборотное водоснабжение

И в быту, и на производстве люди расходуют очень много воды. Причем большая её часть загрязняется и сбрасывается назад в водные источники после очистки. Значительно уменьшить её потребление позволяет оборотное водоснабжение на производстве. Что это такое, как работают подобные системы и какая от них польза – расскажем в этой статье.

Что это такое

Чтобы понять, что такое оборотное водоснабжение, вспомните, как охлаждается двигатель автомобиля. Правильно: водой, которая циркулирует между ним и радиатором. В радиаторе она охлаждается и вновь поступает к двигателю.

На многих предприятиях тоже требуется охлаждение машин и механизмов, причем воды на это расходуется огромное количество.

Возьмем для примера нефтеперерабатывающий завод:

• На переработку одного кубометра сырой нефти он тратит до 2,5 кубометров воды;
• В сутки он производит около около 20 тысяч кубометров нефтепродуктов;
• Нетрудно подсчитать, что на это потребуется 50 тысяч кубов воды, ежедневно сбрасываемой в канализацию и попадающей в очистные сооружения.

Оборотное водоснабжение НПЗ позволяет уменьшить это количество в десятки раз путем многократного использования отработанной воды. Перед повторным использованием она остужается и проходит грубую очистку на локальных очистных сооружениях.

Похожим образом работает оборотное водоснабжение на ТЭЦ и АЭС: горячий пар от турбин подается в градирни (охлаждающие башни), где конденсируется, превращаясь в воду и остывая. А затем снова перекачивается насосом для охлаждения турбин. Получается замкнутое кольцо.

Охлаждающее оборотное водоснабжение – градирни и конденсаторы

• 1 – конденсатор;
• 2 – насос циркуляционный;
• 3 – охлаждающая башня (градирня);
• 4 – подача воздуха в градирню;
• 5 – водовод;
• 6 – отвод конденсата;
• 7 – бассейн для сбора охлажденной воды;
• 8 – пар из турбины.

На фото – градирни на территории электростанции

Это довольно простая схема, не включающая в себя очистные установки и прочие сооружения. На крупных производствах она гораздо сложнее.

Простому обывателю вряд ли интересны эти технологии. Но многие из нас являются владельцами предприятий, рентабельность которых можно повысить с их помощью. Это автомойки, прачечные, бассейны, компании по переработке пищевых продуктов и т.д. Оборотное водоснабжение в производствах такого типа используется довольно часто.

Основные схемы

Схема подобной системы и её комплектация зависит от вида производственного процесса. От того, что нужно сделать с отработанной водой: охладить, подогреть, отфильтровать, очистить от химических соединений и т.д.

Поэтому, если вы решили организовать на своем производстве оборотное водоснабжение – проектирование станет первым шагом к реализации планов. Существует две основных схемы: без промежуточной обработки использованной воды и с обработкой.

Без промежуточной обработки

Такую схему применяют в тех случаях, когда использованная в каком-либо технологическом процессе вода сохраняет приемлемые качественные показатели и может быть использована повторно. Например, мыть тару для пищевых продуктов (бутылки, фляги, контейнеры) можно отработанной водой после ополаскивания предыдущей партии питьевой водой из водопровода.

Так же ею можно мыть полы, автотранспорт, поливать территорию предприятия и применять для других бытовых нужд.

Оборотное водоснабжение на мойке пищевой тары

• 1 – оборудование, подключенное к водопроводу, для ополаскивания тары;
• 2 – оборудование, использующее отработанную воду для первичного мытья;
• 3 – накопительная емкость;
• 4 – насос;
• 5 – питьевой водопровод;
• 6 – трубопровод для сбора отработанной воды и направления её в накопитель;
• 7 – трубопровод подачи воды из накопителя на повторное использование;
• 8 – сброс лишней отработанной воды;
• 9 – сброс дважды использованной воды в канализацию.

Такую элементарную схему можно собрать своими руками и применять в личном подсобном хозяйстве.

С промежуточной обработкой

Если подвергать воду очистке или другим необходимым видам обработки, её можно будет использовать многократно. В системе оборотное водоснабжение обработка может состоять как из одного, так и из нескольких этапов.

Простейшая схема с одним этапом выглядит примерно так:

Оборотное водоснабжение в промышленности для промывки сырья

• 1 – емкость для промывки на оборотной воде;
• 2 – перемещение промываемого вещества;
• 3 – емкость для промывки на свежей воде;
• 4 – перемещение промытого вещества;
• 5 – отстойник или фильтр;
• 6 – циркуляционный насос;
• 7 – трубопровод для очищенной воды;
• 8 – трубопровод для грязной воды;
• 9 – подача водопроводной воды;
• 10 – сброс в канализацию.

На большинстве промышленных предприятий водооборотное водоснабжение включает в себя несколько видов обработки.

Вот лишь несколько примеров:

Где и для чего применяется

Повторное и оборотное водоснабжение применяется во многих сферах деятельности:

• На предприятиях машиностроения оно позволяет сократить водопотребление на 90%, используя повторную воду после гальванизации металлических поверхностей для приготовления электролитных растворов и промывки деталей.
• В энергетике – на тепловых и атомных электростанциях – вода нужна для охлаждения турбин и генераторов. Образующийся при этом пар конденсируется, вода охлаждается и вновь поступает в систему.
• Оборотное водоснабжение в металлургии применяется для газоочистки. Для повторного использования её отстаивают, фильтруют и охлаждают.
• В пищевой промышленности такие системы вообще используются повсеместно. В первую очередь в холодильных установках, а также в технологических процессах промывки сырья, полуфабрикатов и упаковочной тары.

Предприятие по розливу минеральной воды с оборотной системой

• О нефтеперерабатывающих заводах здесь уже упоминалось. Стоит добавить, что современные технологии позволяют возвращать в систему до 98% отработанной воды.
• Переработанная вода после очистки и охлаждения используется повторно и на предприятиях целлюлозно-бумажной, химической, горнопромышленной сферы для снижения температуры рабочих механизмов.
• Смонтировав прямоточное и оборотное водоснабжение на прачечном комбинате, воду после последнего полоскания белья можно использовать для предварительной стирки.
• Не обойтись без такой нужной системы и на автомобильных мойках, станциях техобслуживания автомобилей.

Техническое помещение оборотного водоснабжения на автомойке

Такая система может нуждаться в целом комплексе различного оборудования. Какого – зависит от технологии производства и опасности сбросов для окружающей среды. А также от удаленности предприятия от источника водоснабжения.

Обратите внимание. Если сточные воды на предприятии разделяются на потоки по типу загрязняющих веществ, то для каждого потока нужна отдельная линия обработки и возврата в систему.

Если взять для примера автомойку, то на оборотное водоснабжение описание оборудования будет примерно следующим:

• Накопительная емкость для сточных вод с датчиком уровня;
• Насос для их перекачивания;
• Реактор для смешивания стоков с коагулянтом в комплекте с компрессором и насосом-дозатором;
• Флотатор с мембранным фильтром для улавливания нефтепродуктов;
• Отстойник для шлама;
• Накопительная емкость с фильтром грубой очистки;
• Насос для перекачивания очищенной жидкости;
• Емкость для очищенной воды.

Преимущества оборотных систем

Теперь давайте поговорим о том, дает ли оборотное водоснабжение преимущество владельцам предприятий, и в чем оно заключается. Судя по приведенному выше списку оборудования, затраты на монтаж и обслуживание подобных систем весьма высоки. Так стоит ли овчинка выделки?

Практика показывает, что стоит. Особенно если учесть стоимость чистой воды и цены на очистку стоков, сбрасываемых в общую канализацию. В нашем случае они сокращаются на 80-90%.

Вода – самый ценный природный ресурс

Обратите внимание. Существует инструкция, регламентирующая нормы выброса вредных веществ в окружающую среду, за превышение которых придется платить большие штрафы.

Огромную пользу дает оборотное водоснабжение в экологии. Только представьте, какое количество стоков не выбрасывается в водоемы после однократного использования, а возвращается после очистки в систему. И сколько питьевой воды при этом экономится.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое оборотное водоснабжение – определение и описание подобных систем были даны в статье достаточно развернуто. Вы можете судить о том, насколько они выгодны в экономическом и природоохранном отношении.

Конечно, их рентабельность должна определяться в каждом конкретном случае после проведения проектных расчетов, но польза для экологии сомнений не вызывает. Если вам интересна эта тема, посмотрите дополнительно видео в этой статье.