Спосіб визначення індексу стабільності оборотної води систем технічного водопостачання щодо виділення твердого сасо3

Реферат: Спосіб визначення індексу стабільності оборотної води систем технічного водопостачання щодо виділення твердого СаСО3, при якому виконують забір проб у декількох точках СТВ, термометрами вимірюють температуру та іонселективними електродами визначають активних 2+ 2+ концентрацій іонів Сl , Са , Сl 0, Са 0 (хлоридів та кальцію) в оборотній воді та у воді підживлення, концентрації вказаних іонів, отриманих при температурах відповідних цим точкам, приводять до стандартної температури. За визначеними концентраціями проводять розрахунок відповідно до формули Ist   Ca Ca Ca  Cl0   . Cl Ca 0  Cl Ca 0  Cl UA 114060 U (12) UA 114060 U UA 114060 U 5 Корисна модель стосується визначення індексу стабільності, що кількісно характеризує ступінь стабільності оборотних вод систем технічного водопостачання (СТВ) щодо виділення твердого карбонату кальцію, який є основним компонентом твердих відкладень на водоводах, теплообмінниках та інших пристроях у системах охолодження промислових підприємств в різноманітних галузях господарства, зокрема теплових та атомних електростанцій. Відомий спосіб визначення стабільності вод шляхом розрахунку індексу Ланжельє [1] IL  pH  pHs , pH   log( H ) , (1) pHs , pH - рівноважне щодо твердого карбонату кальцію та виміряне в досліджуваній воді 10 15 20 25 30 35 40 45 50  значення pH ; (H ) - активна концентрація іону водню. Величину pHs розраховують за спеціальною методикою [1, 2]. Вода вважається стабільною, якщо IL  0 , корозійно агресивною, якщо IL  0 та здатною до виділення карбонату кальцію, якщо IL  0 . Недоліки згаданого способу наступні: 1) величина IL дає лише якісну інформацію про стабільність води; 2) не існує адекватної процедури розрахунку pHs; похибки розрахунку переважно не контрольовані; 3) експериментальні способи визначення pHs залежать від умов відбору проб та методики визначення pHs і мають погану збіжність. Найближчим до даного є спосіб визначення стабільності оборотних вод [3] шляхом розрахунку величин JЖо  Cl   Жо ,  Жо  Жо/ Жо0 , i Cl  Cl / Cl 0 (2) Жо0  Ca 0  Mg 0 , Жо  Ca  Mg , (3) де Ca , Mg , Ca 0 , Mg 0 - активні концентрації іонів кальцію та магнію виміряні в оборотній воді та у воді підживлення СТВ; Cl , Cl 0 - активні концентрації хлоридів оборотної води та води 3 підживлення, мг-іон/дм . По величині J судять про стабільність води. Чим менше J , тим стабільніша вода щодо виділення солей жорсткості [3]. Недоліки цього способу наступні: 1) величина J дає лише якісну інформацію про стабільність води; 2) оскільки загальна жорсткість води, див. (3), рівна сумі концентрацій іонів кальцію та магнію і, враховуючи, що розчинність карбонату магнію у сотні раз більша за розчинність карбонату кальцію [1], приходимо до висновку, що в оборотній воді основою твердих відкладень є карбонат кальцію і використання загальної жорсткості для характеристики інтенсивності карбонатних відкладень не коректне. Задача корисної моделі полягає у формулюванні способу визначення індексу стабільності оборотної води, який дає кількісну оцінку ступеня стабільності води щодо виділення карбонату кальцію. Поставлена задача вирішується тим, що визначення індексу стабільності оборотної води систем технічного водопостачання щодо виділення твердого СаСО 3, включає відповідно до стандартних методик забір проб у декількох точках систем технічного водопостачання та стандартними способами, наприклад, термометрами та іонселективними електродами, 2+ 2+ вимірювання температур та активних концентрацій іонів Сl , Са , Сl 0, Са 0 (хлоридів та кальцію) в оборотній воді та у воді підживлення, концентрації вказаних іонів, отриманих при температурах відповідних цим точкам, приводять до стандартної температури, а за визначеними концентраціями відповідно до формули  Ca Ca  Cl 0 Ist  Ca   Cl Ca 0  Cl Ca 0  Cl , (4) де Ist , C , Ca , Cl 0 , Ca 0 - індекс стабільності оборотної води систем технічного водопостачання щодо виділення твердого СаСО3 та активні концентрації відповідних іонів в 3 оборотній воді та воді підживлення, мг-іон/дм ; визначають індекси стабільності у цих точках, а за даними Ist для окремих точок розраховують eIst - середнє арифметичне значення Ist , при цьому отримана величина ( eIst ) 1 UA 114060 U 5 10 представляє кількісне значення індексу стабільності оборотної води і дозволяє робити кількісні висновки про її стан стабільності. Обґрунтування виразу (4) основане на тому, що у способі [3], див. (3), замість  Жо пропонується визначати Ca  Ca / Ca 0 , (2а) відповідно, вираз (2) приймає вигляд, JCa  Cl  Ca . (5) Використання  Ca замість  Жо ґрунтується на тому, що завдяки малій розчинності, основним компонентом відкладень в СТВ є карбонат кальцію, а карбонат магнію у відкладеннях 2+ практично відсутній [1], тому іони Mg , подібно до іонів Сl , накопичуються в оборотній воді. Після підстановки (2а) у (5), отримуємо,   Ca  JCa  Cl  1   Ca    0 Cl  (6)  З (6) випливає, що величина JCa змінюється в межах 0  JCa  1/ Cl (7) 15 20 25 30 35 40 Лівій границі JCa відповідає рівність одиниці величини Ist , що рівна (4), і яку пропонуємо називати індексом стабільності оборотної води щодо виділення карбонату кальцію (СаСО3). Ist  1 , якщо в СТВ відсутнє виділення СаСО3, тобто концентрація іонів Ca рівна Ca 0  Cl концентрації іонів кальцію в оборотній воді, яка була б за відсутності виділення СаСО 3. Права границя (6) відповідає максимальному виділенню СаСО 3 у воді СТВ. У цьому випадку 2+ всі іони Са , що подаються з водою підживлення у СТВ, перетворюються в карбонат кальцію. Таким чином індекс стабільності змінюється в межах 1/ Cl  Ist  1 . (8) Спосіб також відрізняється від [3] тим, що визначення індексу стабільності дозволяє отримати кількісну інформацію про стан стабільності оборотної води як у частках величини Ca 0  Cl , так і у відсотках і приймати обґрунтовані оперативні рішення щодо необхідних процедур корегування стабільності оборотної води СТВ. На кресленні представлена схема СТВ з градирнями. ТО - теплообмінник, наприклад, конденсатор турбіни; НГ, ЦН - насос градирні та циркуляційний; цифри в кружках (0, 1, 2, 3) рекомендовані точки відбору проб для реалізації способу для СТВ з градирнями; Gоб , Gж , Gв п , Gпр - витрати вод оборотної, підживлення, випарювання та продувки СТВ відповідно. Спосіб здійснюють таким чином. В декількох точках СТВ (0-3), див. фігуру, відповідно до стандартних методик [4,5], беруть проби оборотної води. Після цього стандартними способами, наприклад, термометром та 2+ іонселективними електродами [4], вимірюють температури t та t 0 і концентрації іонів Сl , Са 2+ 3 та Сl 0, Са 0 (хлоридів та кальцію) в оборотній воді та у воді підживлення СТВ, мг-іон/дм . Отримані дані за відомими процедурами, див. [4,5], приводять до стандартної температури, наприклад, 25 °C і за формулами (2) та (2а) розраховують величини Cl та  Ca , а за формулою (4) визначають Ist для кожної з проб. За даними Ist для окремих точок вимірювання розраховують середнє значення eIst . Отримана величина рівна індексу стабільності оборотної води. Результат визначення представляють як у частках величини Ca 0  Cl , так і у відсотках. Наприклад, для СТВ з градирнями, див. креслення, в точках 0-3 після приведення до температури 25 °C, отримали величини: Ca 0  0.4 мг  іон / дм3, Ca 1  2.0 мг  іон / дм3, Ca 2  1.9 мг  іон / дм3, Ca 3  1.8 мг  іон / дм3, Cl 0  0.4 мг  іон / дм3; Cl 1  3.8 мг  іон / дм3; Cl 2  3.6 мг  іон / дм3 ; Cl 3  3.6 мг  іон / дм3. . 2 UA 114060 U 5 Відповідно, розраховані за (4) значення Ist такі: Ist1  0.79 Ist 2  0.83 Ist 3  0.75 ; ; , eIst  1/ 3  0.79  0.75  0.75   0.79  eIst  79% . 2+ Це означає, що 79 % іонів Са , що подаються у СТВ з водою підживлення, знаходяться в об'ємі оборотної води в іонному стані, а 21 % перейшло у тверду фазу і можуть формувати відкладення СаСО3. Зауважимо, що мінімальне значення Ist для заданого режиму роботи СТВ рівне, див. (8), min Ist  3Cl 0 / Cl 1  Cl 2  Cl 3   0.16 (16%) . 10 15 20 25 Висновки 1. Пропонований спосіб на відміну від відомих нам, дозволяє з прийнятною точністю за оперативними даними в процесі експлуатації СТВ визначати стабільність оборотної води щодо виділення карбонату кальцію і, відповідно, є підставою щодо вжиття заходів для досягнення прийнятного у даних умовах рівня стабільності, наприклад, варіюючи якість води підживлення ( Ca 0 ), ступінь концентрування солей ( Cl ), дозу інгібіторів відкладень, що подаються в оборотну воду, або регулюючи витрати води продувки чи підживлення, див фігуру. 2. За даними про індекс стабільності, див. приклад, визначають частку іонів кальцію, яка переходить у твердий стан і може формувати відкладення на робочих поверхнях СТВ, знижуючи їх ефективність. Маючи такі дані, можна планувати режим роботи СТВ та періодичність чисток обладнання з мінімальними затратами ресурсів (на очистку) та недовиробітку продукції підприємств. Джерела інформації: 1. В.А. Клячко, И.Э. Апельцин. Очистка природных вод. Изд. литератуы по строительству. Москва. 1971. 579 ст. 2. ДБНВ.2.5-74; 2013. Додаток Г, ст. 148-149. 3. Регламент 171-Р-ХЦ (Рівненська АЕС), 2013, п. 8.6, ст. 25. 4. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. Москва. Химия. Издание 2-е исправленное. 1973. 376 ст. 5. СЭВ. Унифицированные методы исследования качества вод.Ч.1. Методы химического анализа вод. Т. 1. Основные методы. Москва. 1987.1247 ст. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб визначення індексу стабільності оборотної води систем технічного водопостачання щодо виділення твердого СаСО3, при якому виконують забір проб у декількох точках СТВ, термометрами вимірюють температуру та іонселективними електродами визначають активні 2+ 2+ концентрації іонів Сl , Са , Сl 0, Са 0 (хлоридів та кальцію) в оборотній воді та у воді підживлення, концентрації вказаних іонів, отриманих при температурах відповідних цим точкам, приводять до стандартної температури, який відрізняється тим, що за визначеними концентраціями проводять розрахунок відповідно до формули Ist  40 45  Ca Ca Ca  Cl0   , Cl Ca 0  Cl Ca 0  Cl де Ist , C , Ca , Cl0 , Ca0 - індекс стабільності оборотної води СТВ щодо виділення твердого 3 СаСО3 та активні концентрації відповідних іонів в оборотній воді та воді підживлення, мг-іон/дм ; визначають індекси стабільності оборотної води у цих точках, а за даними Ist для окремих точок розраховують eIst - середнє арифметичне значення Ist , при цьому отримана величина ( eIst ) представляє кількісне значення індексу стабільності оборотної води СТВ і дозволяє робити кількісні висновки про її стан стабільності. 3 UA 114060 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4