Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования»

Вид материала

Содержание

Методы исследований процесса
Опыт использования фильтра одм-2ф в очистке
Очистка воды от «а» до «я»
Предотвращение загрязнения мембранных элементов в установках обратного осмоса.

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8

ЛИТЕРАТУРА:

В.И. Лесин, “Физико–химический механизм предотвращения

парафиноотложений с помощью постоянных магнитных полей”, Нефтепромысловое дело, 2001, №5, с. 21–23

Б.М. Долгоносов, “Параметры равновесного спектра частиц в коагулирующей системе с распадом агрегатов”, Коллоидный журнал, 2001, т. 63, №1, с. 39–42

Е.В. Голикова, О.М. Иогансон, Л.В. Дуда, и др., “Агрегативная устойчивость водных дисперсий α–Fe₂ O₃ , α–FeOOH и Cr₂O₃ в условиях изоэлектрического состояния”, Коллоидный журнал, 1998, т. 60, №2, с. 188-193.

Н.Ф. Кущевская, Н.А. Мищук, “Получение коллоидных частиц железа термохимическим способом”, Коллоидный журнал, т. 65, №1, с. 51–54

Taeg M. Kwon, Paul L. Frattini, Lachmi N. Sadani, Myung S. Jhon, “Rheo–optical study of magnetic particle orientation under external fields”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 80, №1, (1993), p.p. 47–61

R.C.Navarete, L.E.Scriven, C.W.Macosko, “Rheology and Structure of Floculated Iron Oxide Suspensions”, Journal of Colloid and Interface Science, 1996, v. 180, p.p. 200–211, Article №0290

З.Р. Борсуцкий, С.Б. Ильясов, “Исследование механизма магнитной обработки нефтей на основе результатов лабораторных и промысловых испытаний”, Нефтепромысловое дело, 2002, №9, с. 38–44

Б.М. Долгоносов, “Численное моделирование формирования дисперсной фазы с коагуляцией–фрагментацией частиц”, Теоретические основы химической технологии, 2002, том. 36, №5, с. 592–598

В.И. Лесин, “Область наиболее эффективного применения магнитных депарафинизаторов при защите от отложений насосно–компрессорных труб добывающих скважин”, Бурение и нефть, 2002, №12, с. 24–27

В.И. Лесин, “Физико–химическая модель изменения нефтевытесняющих свойств воды после ее магнитной обработки”, Нефтепромысловое дело, 2001 г., №3, с. 15–17

В.И. Лесин, Н.Н. Михайлов, Л.С. Сечина, “Использование коллоидных частиц железа в воде для модификации поверхности порового пространства коллекторов нефти и газа”, Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений, №5, 2002, с. 78–81

В.И. Лесин, “Магнитные депарафинизаторы нового поколения”, Изобретения и рацпредложения в нетегазовой промышленности, 2001, №1, с. 18–20

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА

НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ И СВОЙСТВ АНТИНАКИПИНОВ

А.В. Талалай, Б.Н. Шукайло, НПФ «МИОР», г. Северодонецк

Единого подхода к изучению процесса накипеобразования не существует. Большинство исследователей практикуют два подхода к этому вопросу:

! определение термостабильности воды, обработанной ингибиторами накипеобразования;

! фотометрия стеклянной пластинки при выпадении на ней кристаллов карбоната кальция.

Наиболее часто используемая методика определения термостабильности воды заключается в кипячении или нагревании пробы воды с антинакипином и без него. О свойствах антинакипина судят по изменению кальциевой жесткость и гидрокарбонатной щелочности воды: чем меньше эти показатели нагретой воды отличаются от соответствующих показателей сырой воды, тем эффективнее антинакипин. Отсутствие единства мнений и подходов в данном подходе имеет объективное объяснение: для оборотных циклов характерен незначительный нагрев воды без кипения, для водогрейных котлов характерен более сильный нагрев, для паровых – кипение. Соответственно и методики определения термостабильности изменяются при смене объекта внедрения антинакипина. Однако занимаясь каким–либо одним объектом (водооборотным циклом, котлами) можно подобрать условия лабораторного эксперимента, дающего более менее адекватное представление о поведении антинакипинов в конкретных условиях. Метод, к сожалению, редко позволяет добиться сходимости результатов – требуется специальная подготовка посуды, заключающаяся в ополаскивании раствором соляной кислоты и последующей отмывкой, учет сорбции антинакипинов на стекле, стандартизация состава воды и условий нагрева. Данные, полученные путем определения термостабильности, не всегда совпадают с результатами промышленного применения антинакипных композиций. Так, при введении в исследуемую воду вместе с антинакипином вспомогательных веществ – неионогенных ПАВ термостабильность ухудшается, в то время как натурный эксперимент, например на водооборотном цикле показывает обратное.

В этой связи представляет интерес изменение условий нагрева воды. Обычно нагрев производят на электроплитке, при этом исследуемая вода нагревается через стенку (дно) колбы. Нами был проверен метод нагрева воды в бытовой СВЧ–печи, когда вода нагревается не через стенку, а во всей толще одновременно. Предложенный способ не может претендовать на абсолютную достоверность и универсальность, но, те не менее, получаемые результаты имеют гораздо лучшую сходимость. Как показал статистический анализ, средний коэффициент вариации результатов в параллельных опытах для метода нагрева в СВЧ–печи составляет 2÷3%, тогда как для метода нагрева на электроплитке – 6÷8%. Введение ПАВ в исследуемую воду также адекватно сказывается на результатах эксперимента (в отличие от нагрева через стенку). Способ нагрева СВЧ–печи вполне может быть взят на вооружение при проведении исследований.

Фотометрия стеклянной пластинки – более наглядный, а возможно и более информативный способ исследования процесса накипеобразования. В этом случае изучается не столько накипеобразующие свойства воды, сколько процесс кристаллизации отложений, что, безусловно, представляет больший практический интерес. Многие исследователи, однако, применяя этот способ, делают принципиальную ошибку: нагревают покровное стекло в стакане с исследуемой водой. При этом исчезает важнейшая составляющая процесса выпадения карбоната кальция – нагрев через само покровное стекло.

В водно–химической лаборатории нашей фирмы данный способ был модернизирован следующим образом: в стальной трубе небольшого диаметра делался пропил, в который вклеивали покровное стекло параллельно продольной оси трубы. Через трубу пропускали воду, а нагрев производили от внешнего источника, причем таким образом, чтобы теплопередача осуществлялась в том числе и через покровное стекло. Затем покровное стекло отрывали и измеряли величину светопропускания. В качестве контроля предоставляется целесообразным смывать выпавший карбонат кальция слабым раствором кислоты и определять его количество стандартными методами. Данный метод позволяет вполне адекватно оценить накипеобразующие свойства воды применительно к водооборотному циклу.

Также представляет значительный практический интерес исследования поведения антинакипинов при высоких температурах. Для этой цели были специально изготовлены автоклавы небольшого размера, в которые помещались запаянные ампулы с раствором исследуемого антинакипина. Перед запаиванием из ампул удалялся кислород воздуха путем продувки их аргоном. Автоклавы затем подвергались выдержке в сушильном шкафу при температурах вплоть до 240⁰С. Этот подход позволяет исследовать термостойкость антинакипинов для паровых котлов. Исследования проводились на полимерах карбоксилатного типа, производимых нашим предприятием.

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФИЛЬТРА ОДМ-2Ф В ОЧИСТКЕ

СТОЧНЫХ ВОД И ВОДОПОДГОТОВКЕ

Майков В.М., Сафронов И.А., Зайцев В.П., д.х.н. ЗАО «Роса», г. Новосибирск

Тезисы доклада

В настоящее время широко предлагается к внедрению алюмосиликатный полифункциональный адсорбент ОДМ–2Ф, получаемого на основе экологически чистого минерального сырья. Уникальность рассматриваемого фильтрующего материала в том, что он работает не только в качестве адсорбента, но и как самостоятельный реагент. Проведенные исследования адсорбента ОДМ–2Ф, применяемого при очистке сточных вод и водоподготовке, показали частичное выщелачивание водой диоксида кремния. Уровень содержания в воде SiO₂ составлял: растворимой – 0,1–1,5 мг/л; общей – 3–8 мг/л. Исходная вода подавалась на фильтр, где высота фильтрующей загруски ОДМ–2Ф составляла 75 см, объем – 24 дм³. Расход воды через фильтр измерялся с помощью ротаметра и составлял 200–230 дм³/ч. Время работы фильтра составляло 45 суток. В работе использовалась исходная вода ТЭС–3 г. Новосибирска

В результате образования трудно растворимых силикатных и алюмосиликатных солей удается снизить в воде содержание ионов фтора, железа и марганца без предварительной аэрации, тяжелых и цветных металлов. Изменение содержания исследуемых примесей находится в прямой зависимости от содержания в воде кремневой кислоты.

Однако следует отметить, что выбор ОДМ–2Ф в качестве фильтрующей загрузки ограничен и требует специальных мероприятий, которые обеспечивали бы необходимое качество воды. Проблематично использование ОДМ–2Ф в теплоэнергетике и в мембранной технологии очистки воды, где требования по диоксиду кремния особенно жесткие.

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ «А» ДО «Я»

Элленгорн С.М., Московский завод «Мембранная техника и технологии»

Завод «Мембранная техника и технология» с 1992 года специализируется на разработке и изготовлении мембранного оборудования для очистки жидких сред.

В начале своей деятельности фирма поставляла ультрафильтрационные и обратноосмотические комплексы, включающие собственно систему мембранной очистки, станцию регенерации мембран, водоподготовку. Ультрафильтрация использовалась для концентрирования сыворотки и молока, очистки стоков маргариновых производств, смазочно–охлаждающих жидкостей и т.п. Обратноосмотическое оборудование приобретали парфюмерные предприятия для концентрирования ПАВ. Часть продукции фирмы экспортировалась в Болгарию.

К середине 90–х годов очистные комплексы, технологии с использованием ультрафильтрации стали не нужны из–за общего развала промышленности.

В связи с этим в 1994–1996 гг фирмой было разработано и освоено производство изделий медицинского назначения: – медицинские тележки различных типов (марка ТО, ТП), небольшие аппараты стерильной фильтрации физиологических растворов (УФИ–0,12), закаточные машины (УЗМ–3), а также установки получения воды для инъекций и воды очищенной (УВИ–0,15).

В настоящее время хорошо реализуются установки марки УВИ–0,15, часто используемые взамен дистилляторов.

Установки выпускаются производительностью от 4 литров до 10 куб. метров в час.

Для получения необходимого качества вода в установке проходит 5 ступеней: фильтр механической очистки, сорбционную колонку, два аппарата низконапорного обратного осмоса, на финише – стерилизующий мембранный фильтр.

Достоинством установок является высокая надежность и простота в обслуживании. В частности, в отличие от импортных или отечественных аппаратов, где для установки мембранных элементов требуется демонтаж подводящих трубопроводов, на установках УВИ–0,15 при замене элементов снимается только крышка фильтродержателя. Принципиальным отличием является также то, что все части установок выполнены из высококачественной нержавеющей стали. Специалисты фирмы считают, что использование пластиков и полимерных материалов, контактирующих с лекарственными средствами и инъекционными растворами налагает особую ответственность на входной контроль и сертификацию приобретенных комплектующих. В сложившихся сегодня условиях рынка нашей страны осуществить такой контроль довольно сложно.

Использование мембранной очистки воды, по сравнению с дистилляцией, дает большой экономический эффект. Проиллюстрируем это на примере эксплуатации установки УВИ–0,15, производительностью 150 литров в час. Такие относительно небольшие установки имеют максимальный спрос и используются в небольших производствах или средних и крупных больничных аптеках. По нашим данным стоимость эксплуатации установки за 4 года составляет 2000–2500 долларов, стоимость установки 8000 долларов. Стоимость электроэнергии потребляемой дистиллятором для получения такого же объема воды не менее 30 000 долларов.

Установки УВИ–0,15 работают во многих регионах России. Только в Москве около 100 больничных аптек и специализированных фирм готовят инъекционные растворы на воде очищенной в установках УВИ–0,15. На Чимкентском Химфарм заводе, в частности, с 1999 г, эксплуатируется установка производительностью 3 м³/час.

Для пищевой, ликероводочной промышленности, подготовки котловой воды и многих других потребителей изготавливаются установки с одноступенчатым низконапорным обратным осмосом, обеспечивающим очистку воды до уровня электропроводимости 10–15 МкСим/см. Марка установки – «Ключ М».

Установки выполняются из пищевой нержавеющей стали, просты в обслуживании, надежны, компактны. Так, например, установка производительностью по очищенной воде 3 м³/час, включающая предварительный фильтр с отсечкой 5 мкм, станцию мойки мембран, имеет габариты 1,5х2 м, высоту 1,4 м и установленную мощность 5,5 квт.

Степень автоматизации установок определяется по согласованию с заказчиком и учитывает условия эксплуатации. В комплект оборудования входит моечная станция для регенерации мембран, в технической документации приводится регламент мойки с указанием необходимых реактивов. Регенерация мембран является важной частью технологического процесса и в основном определяет эксплуатационные затраты.

При получении особо чистой воды фирма предлагает следующую схему. Предварительная фильтрация воды обратным осмосом (установка «Ключ М») с последующей сорбцией остаточных растворенных веществ в фильтрате на анионо–катионообменных смолах. Такая система наиболее экономична и принципиально сокращает объем восстанавливающих растворов на ионообменных колонках. Примером реализации схемы, является изготовленный фирмой комплекс производительностью 3 м³/час (опытный реактор ПИЯФ, эксплуатация с 2001 года).

Высокопроизводительная мембранная очистка (более ~6–8 м³/час) предполагает специальные расчеты потоков концентрата по мембранным элементам установки, что позволяет оптимизировать процесс. Специалистами фирмы разработана программа такого расчета. Корректность этой программы была подтверждена результатами испытаний установки производительностью по очищенной воде 25 м³/час (котловая водоподготовка, г. Черноголовка, эксплуатация с 2002 г).

В связи с нарастающим дефицитом питьевой воды возрастает потребность в оборудовании для очистки воды из артезианских скважин или открытых источников. Причем заметно увеличивается количество частных лиц, имеющих собственный водозабор и нуждающихся в таком оборудовании.

Применение мембранной технологии, как правило, здесь экономически не оправдано. В этих случаях вода очищается в фильтрах, которые содержат слой адсорбента, или ионообменную смолу, или зернистый фильтрующий материал и т.п. Отметим, что мембранная очистка также предполагает предварительную водоподготовку, например: удаление железа, солей жесткости.

ЗАО «МТТ» разработало и с 1998 г серийно выпускает насыпные фильтры серии «Сапфир». Фильтры представляют собой колонки, изготовленные из нержавеющей стали, наполненные той или иной фильтр–массой.

Обозначение и характеристики фильтров

Фильтры «Сапфир» выпускаются двух типов: с автоматическим и ручным управлением потоков воды в аппарате. В первом случае, режимы работы переключаются по заданной программе (очистка, промывка и т.п.) электрическим приводом или клапанами, установленными на фильтре. Фильтр с ручным управлением снабжен кранами, которые переключает оператор.

При наличии в воде сероводорода предлагаются аэрационные комплексы СА–1, СА–2. Комплекс включает аэрационную колонку, где происходит диспергирование входящего потока воды и принудительный отсос выделяемых газов, и насосную станцию повышения давления. Комплекс полностью автоматизирован.

Аэрационные комплексы обычно устанавливаются перед фильтрами обезжелезивания, т.к. в процессе аэрации вода насыщается кислородом и железо переходит в 3^х и 4^х валентную форму. В последующем оксиды железа осаждаются на насыпке в фильтре обезжелезивателе.

Подбор фильтров является довольно сложной технологической задачей.

Специалисты ЗАО «МТТ» проводят анализ воды, подбирают оборудование, осуществляют пуско-наладочные работы и техобслуживание.

Собственная производственная база позволяет инженерам фирмы вносить конструкционные изменения, учитывающие особенности эксплуатации. Например, геометрию производственной площади заказчика, расположение трубопроводов и т.п. Если в технологической линии заказчика требуются теплообменники, промежуточные или накопительные ёмкости из нержавеющей стали, то эти изделия также разрабатываются и изготавливаются.

Готовая продукция: отдельный аппарат или технологическая линия подвергаются на фирме всем необходимым испытаниям и, естественно, что изготовитель несет все гарантийные и пост гарантийные обязательства.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕМБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В УСТАНОВКАХ ОБРАТНОГО ОСМОСА.

Федоренко В.И., ВНИИ Пищевой Биотехнологии РАСХН., Ковалева Н.Е.,. НПФ «Траверс», г. Москва

Снижение производительности мембранных установок в процессе их эксплуатации на 95–97% определяется загрязнением поверхности мембран и только на 3–5% уплотнением полимерного материала мембран в результате длительного воздействия повышенного давления. Нами проведен анализ состава загрязнений, а также изучены причины и условия их образования на 96 индустриальных мембранных системах водоподготовки производительностью от 3 до 35 м³/час. По составу загрязнения можно разделить на следующие типы:

1. Органические вещества. Составляли более 10% массы загрязнений во всех
образцах, однако для большинства изученных образцов, содержание органических
веществ составляет от 40% до 100%. При этом биомасса (микроорганизмы,
планктон, продукты биораспада растительного и животного происхождения:
полисахариды в виде фибриллярных коллоидов, слизей и клейких веществ,
липопротеины, лигнины, танины) составляет большую часть органических
загрязнений.

1.2. Синтетические полимеры, используемые для предварительной очистки воды
на муниципальных станциях очистки воды.

1.3. Анионные полимеры, используемые в качестве антискейлантов и
дисперсантов, чаще всего в соединениях с ионами кальция, железа и алюминия.

1.4. Нефтепродукты.

2. Минеральные вещества. В 82 образцах составляли до 10% массы загрязнений,
в 8 образцах 20–25% и в 6 образцах – до 40%.

Карбонаты и фосфаты кальция, бария и стронция.
Гидроокиси железа, алюминия и марганца.
Ферро и алюмосиликаты, бораты, фосфаты и фосфонаты, как правило, в сочетании с биомассой

3. Коллоидные соединения кремния и глинистые вещества в сочетании с ионами
железа, алюминия и кальция.

4. Ил, соединения гуминовых, галловых и фульвокислот.
Указанные типы загрязнений присуствовали как самостоятельно, так и в различных сочетаниях.

Коллоидные и глинистые вещества оседают преимущественно на первой секции мембранных элементов, а солевые отложения – на последней, где их концентрация в 3–4 раза выше, чем в исходной воде и велика вероятность превышения предела растворимости. Биологическое загрязнение может начаться в любой точке мембранной установки и быстро распространиться по всему мембранному контуру.

Одной из причин загрязнения мембран является формирование на их поверхности карбонатных осадков. При повышении температуры и рН исходной воды равновесное соотношение между бикарбонатами и карбонатами сдвигается в сторону карбонатов, которые совместно с сульфатами (CaSO₄, BaS0₄, SrS0₄), фосфатами Ca₃(P0₄)₂ и фторидами CaF₂, а также боратами, силикатами, гидроокисями железа, марганца и алюминия, отличающимися низкой растворимостью, образуют минеральные осадки. Процесс формирования кристаллических осадков состоит из трех этапов: достижение предела растворимости, формирование устойчивых центров кристаллизации больших, чем критический размер ядра кристаллизации и рост кристаллов. Насыщенность концентрата является предпосылкой для формирования осадка. Степень насыщения концентрата определяется отношением концентраций растворенных компонентов в концентрате и исходной воде (концентрационный фактор). Одним из способов уменьшения насыщенности концентрата является снижение параметра конверсии. Однако применяется он очень редко, т.к. жесткие экономические и экологические критерии требуют эксплуатировать мембранные системы водоподготовки при максимальной конверсии. При больших числах конверсии (80–90%), достигаемых в 3–4 секционных мембранных контурах, небольшое увеличение конверсии может привести к значительному росту концентрационного фактора, рис. 1.

Еще одним необходимым условием осадкообразования является наличие центров кристаллизации, которые снижают потенциальный барьер начала кристаллизации. При отсуствии центров кристаллизации концентрат может оставаться стабильным даже в условиях пересыщения. Центрами кристаллизации могут служить взвешенные и коллоидные частицы, неоднородности химсостава, шероховатость деталей мембранных фильтрэлементов, градиенты давления и пр.

Качественно загрязнения можно разделить на осадки и шламы – те же осадки, но находящиеся во взвешенном состоянии. Это разделение имеет эмпирический характер и довольно условно, т.к. одни и те же вещества, в зависимости от физико–химических условий, могут формировать как осадки, так и шламы /2/. Наличие в мембранном контуре небольшого количества шлама не отражается на эффективности мембранного процесса, однако большое количество шлама резко увеличивает гидравлическое сопротивление мембранного контура, снижает производительность мембран и создает предпосылку для формирования осадка.

Предотвращение загрязнения мембран является определяющим фактором эффективной эксплуатации мембранных установок. Одним из способов предотвращения загрязнения мембран является дозирование в поток исходной воды антискейланта (ингибитора осадкообразования) и/или сильных минеральных кислот для коррекции рН. В рецептурах антискейланта могут использоваться следующие ингредиенты.

Blog

Конференция «современные технологии водоподготовки и защиты оборудования от коррозии и накипеобразования»

Содержание