Нормы по оборотному водоснабжению

В СНиП 2.04.02-84 присутствовал раздел 11 «Охлаждающие системы оборотного водоснабжения». В актуализированной редакции СП 31.13330.2012 данный раздел отсутствует.

Подскажите, на какую нормативную литературу можно сослаться при проектировании оборотных систем водоснабжения?

Второй абзац пункта 1 свода правил СП 31.13330.2012 «СНиП 2.04.02-84* Актуализированная редакция. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» гласит:

«При разработке проектов систем водоснабжения следует руководствоваться действующими на момент проектирования нормативно-правовыми и техническими документами».

Отмена СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», как документа по стандартизации, и замена его на свод правил СП 31.13330.2012, не означает, что этот документ не может быть использован в качестве технического документа для проектирования систем оборотного водоснабжения и их охлаждения (в части, не противоречащей действующим нормативно-правовым актам и документам по стандартизации), учитывая, что в СП 31.13330.2012 и других документах по стандартизации, требования по данному вопросу отсутствуют.

Кроме того, при проектировании целесообразно использовать и другие технические документы, например:

• Рекомендации для проектирования и эксплуатации охлаждающих систем оборотного водоснабжения производительностью до 1000 куб. м. в час с малогабаритными градирнями заводского изготовления», М., Изд-во ЗАО «ДАР/ НИИ ВОДГЕО», 2012 г.- 56 с.
• П 70.0010.021-91 «Пособие по проектированию систем оборотного водоснабжения с водоохладителями», 1991 г.
• «Промышленное водоснабжение» В.И.Аксёнов, Ю.А.Галкин, В.Н.Заслоновский, И.И. Ничкова, Екатеринбург: УрФУ, 2010, 221 с.
• Пономаренко В. С, Арефьев Ю. И. «Градирни промышленных и энергетических предприятий»: Справочное пособие/ Под общ. ред. В. С. Пономареико. — М.: Энергоатомиздат: 1998. — 376 с.
• «Выбор и оптимизация параметров систем оборотного водоснабжения». Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Комплексное использование водных ресурсов» СПбГАСУ; сост. Ю. А. Феофанов. — Спб., 2007 г.- 27 с.

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:

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

Добавочная вода систем охлаждения

Температура охлаждающей воды, °С

Общее солесодержание, мг/л

Окисляемость перманганатная, мг 0₂/л

2-4 (желательно отсутствие)

масел и смолообразующих веществ

фосфора (в пересчете на Р₂0₅)

ионов тяжелых металлов

рас торенного кислорода

остаточного активного хлора

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/(м 2 ч); коррозии углеродис­той стали и других металлов со скоростью более 0,09 г/(м 2 ч) — т.е. глубина коррозии должна быть не более 0,1 мм/год, а также биологического обрастания оборудования со скоростью более 0,07 г/(м 2 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

Скорость карбонатных отложений

I — совершенно термостабильная

III — ограниченно термостабильная

Десятибальная шкала термостабильности воды

Группа стойкости металла в воде

Скорость коррозии, г/м 2 * ч

Проницаемость коррозии, мм/год

Балл коррози­онной стойкости

I — совершенно стойкие

II — весьма стойкие

IV — относительно стойкие

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

Показатели для сла­боагрессивной воды (коррозионная стой­кость металла 5-6 баллов)

Условия уве­личения агрес­сивности

Суммарное содержание Cl и SО ₄

Общее содержание растворенных солей (сухой остаток)

Содержание расширенного кислорода

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

В зависимости от типа холодильники!

В зависимости от общего содержания в воде сульфатов MgS 0₄и Na ₂ SО ₄

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 кон денсата: 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.К и 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.к и 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 питания барабан­ных котлов с давлени­ем пара, МПа