Анализ качества исходной воды

Технологические процессы. Требования к качеству воды

 

На нефтеперерабатывающих производствах вода используется для охлаждения и конденсации продуктов, охлаждения оборудования, приготовления реагентов и др.

Производственное водоснабжение заводов осуществляется оборотной водой с разделением по системам в зависимости от её качества:

-я система - для аппаратов, охлаждающих или конденсирующих продукты, содержащие углеводы, С₅ выше;

-я система - для аппаратов, охлаждающих или конденсирующих продукты, содержащие углеводы, не выше С₄;

-я система - для аппаратов, воды которых загрязнены сероводородом и нефтепродуктами (для установок АВТ с барометрическими конденсаторами);

-я система - для аппаратов, в которых возможно загрязнение охлаждающей воды парафином и жирными кислотами.

При повышенных требованиях потребителей к качеству охлаждающей воды (конденсаторы паровых турбин), а также для отдельных специфических производств предусматриваются самостоятельные циклы оборотного водоснабжения.

Свежая техническая вода расходуется на пополнение оборотных систем и в исключительных случаях на производственные нужды отдельных потребителей.

Свежая оборотная вода подвергается обработке (фильтрации, ингибированию, биоциду).

Требования к качеству воды приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Требования к качеству свежей и оборотной воды, используемой на нефтеперерабатывающих заводах

Показатели	Единица измерения	Свежая вода	Оборотная вода при возврате стоков 1-й системы канализации
1	2	3	4
Нефтепродукты	мг/л	--	25
Взвешенные вещества	мг/л	25	25
То же, в паводок	мг/л	100	--
Жесткость: общая	мг-экв/л	5,8	20
карбонатная	мг-экв/л	2,5	15
Сульфаты	мг/л	130	500
Хлориды	мг/л	50	300
Сухой остаток	мг/л	500	2000
pH		7-8,5	7-8,5
БПКполн	мгО2/л	10	25

3. Балансовая схема водоснабжения и водоотведения

 

Балансовая схема водоснабжения и водоотведения составляется в соответствии с [2].

При составлении баланса в состав общей убыли воды из системы необходимо включать:

а) безвозвратное потребление (отбор воды из системы на технологические нужды);

б) потери воды на испарение при охлаждении, определяемые по формуле:

 

, м³/ч,

 

где Dt = t₁ - t₂ - перепад температуры воды в градусах, определяемый как разность температур воды, поступающей на охладитель (градирню), t₁=35єС и охлажденной воды t₂=30єС;

q_охл - расход оборотной воды, м³/ч;

К_исп - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, К_исп=0,0012.

Таким образом, для I, II, III и IV систем водоснабжения потери воды на испарение составят соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

Потери на унос ветром определяются в соответствии с табл. 38 [2] и составляют для вентиляторных градирен 0,2% оборотной воды.

Для I, II, III и IV систем водоснабжения потери воды на унос ветром составят соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

Потери воды на сброс составляют 0,5% оборотной воды и равны для I, II, III и IV систем водоснабжения соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

 

Таблица 2 - Укрупнённые нормы расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции или сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

Наименование и способ производства	Единица измерения	Система водоснабжения	Среднегодовой расход воды на единицу измерения, м3						Среднегодовое количество выпускаемых в водоёмы сточных вод на единицу измерения, м3					Безвозвратное потребление, потери воды, м3
			оборотной последовательно используемой	свежей из источника					Всего	в том числе
				технической	питьевой			Всего		подлежащих очистке		не требующих очистки	фильтрационных из шламонакопителя
					для производ-ственных целей		для хозяйственно-бытовых целей			бытовых	производственных
Нефтеперерабатывающий завод топливного профиля с неглубокой схемой переработки с масляным производством	1 т пере-рабатываемой нефти	Оборотная	10,5		0,45	0,013	0,022	0,485	0,182	0,16	0,022	--	--	0,47
	За сутки работы завода		105000	4500	130		220	4850	1820	1600	220	--	--	4700

 

 

Определение дозы извести

 

Общая жёсткость воды определяется по формуле:

 

, мг-экв/л,

 

где Са²⁺ и Mg²⁺ - содержание в исходной воде ионов кальция и магния соответственно, мг/л.

Так как Ж_о=4,34 мг-экв/л и Са²⁺=75 мг/л, то:

 

 мг-экв/л.

 

Доза извести для устранения карбонатной жёсткости воды вычисляется по формуле:

 

, мг/л,

 

где СО₂ - содержание углекислоты в исходной воде, СО₂=1,67 мг/л;

 - карбонатная жесткость воды, Ж_к=Щ_о=3,15 мг-экв/л;

Д_к и е - доза коагулянта (FeCl₃=35 мг/л, см. п. 8) и его эквивалентный вес (e=54 мг-экв/л).

,5 - избыток извести, вводимый для полноты пеакции, мг/л.

Член Д_к/е принимается со знаком минус, если коагулянт вводится в воду раньше извести, и со знаком плюс, если коагулянт вводится вместе с известью или после неё. В данном случае коагулянт вводится после извести.

Таким образом доза извести составит:

 

 мг/л.

 

При известковании воды без подогрева остаточная щёлочность составляет не менее 0,7 мг-экв/л (в данном случае 1 мг-экв/л).

Весовое количество извести вычислим по формуле:

 

, кг/сут,

 

где Д_и - доза извести, мг/л;_и - содержание СаО в товарной извести II сорта, равное 70%.

 

 кг/сут.

 

Расчёт растворных баков

 

В большинстве случаев, когда расход извести превышает 0,25 т/сут, практикуется приготовления известкового молока. Известь доставляется в негашёном виде и направляется в известегасилки.

После известегасилки концентрированное известковое молоко поступает в бак, где концентрация его снижается до величины не более 5 %. Этот процесс должен сопровождаться непрерывным перемешиванием для поддержания частиц извести во взвешенном состоянии. С этой целью используется барботирование путём непрерывной подачи сжатого врздуха от воздуходувок.

Объем баков для приготовления известкового молока определяем по формуле:

 

, м³,

 

где Q_ч - расход воды, м³/ч;

n - время на которое заготавливают известь, n=6-12 ч;_и - концентрация известкового молока, принимаем b_р=5 %;

 - объемный вес раствора, принимаем =1 т/м³.

 

 м³

 

Принимаем два растворных бака по 2,16 м³ размером 1,2х1,2х1,5 м.

 

Хранение извести

 

Сухое хранение рассчитывается на 15-30 дней.

Площадь склада определяется по формуле

 

, м²,

 

где Т - продолжительность хранения извести на складе, Т=15-30 сут;

 - коэффициент для учета дополнительной площади на складе, принимаем =1,15;

р_с - содержание безводного продукта, принимаем р_с=15 %

G_о - объемный вес коагулянта при загрузке склада навалом, =1,1 т/м³;_к - допустимая высота слоя слоя коагулянта, h_к=2 м.

 

 м².

 

Принимаем размеры склада в плане 6х12=72 м².

 

Определение дозы коагулянта

 

Процессы обработки воды с применением реагентов протекают быстрее и значительно эффективнее. Водоочистные сооружения для обработки воды с применением реагентов значительно меньше по объему, компактнее и дешевле, но сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентных схем.

Расчетные дозы реагентов позволяют установить размеры сооружений для их растворения и дозирования.

В отечественной практике в качестве коагулянта наиболее широко применяют сернокислый алюминий Al₂ (SO₄)₃, железный купорос FeSO₄^.7H₂O и хлорное железо FeCl₃.

Сернокислый алюминий выпускается двух сортов: очищенный Al₂(SO₃)₄^.18H₂O и неочищенный Al₂(SO₃)₄^.n^.H₂O+mSiO₂. Этот коагулянт требует применения устройств, интенсифицирующих процесс его растворения. Для осветления воды доза коагулянтов, считая на безводное вещество, может быть принята в зависимости от мутности очищаемой воды по таблице 4 [1, табл.16].

 

Таблица 4 - Доза коагулянта в зависимости от мутности очищаемой воды

Мутность воды, мг/л	Доза коагулянта, мг/л
До 100 Св 100 до 200 200 400 400 600 600 800 800 1000 1000 1500	25 - 35 30 - 40 35- 45 45 - 50 50 -60 60 -70 70 -80

 

Наибольшая мутность источника водоснабжения в соответствии с заданием составляет 68 мг/л, поэтому в соответствии с таблицей 4 принимаем дозу коагулянта для осветления воды Д_к =35 мг/л.

Для улучшения процесса коагуляции делают подщелачивание воды.

Определим необходимую дозу извести Д_щ для подщелачивания воды по формуле

 

, мг/л,

 

где Щ - минимальная щелочность воды, мг^.экв/л (принимается равной карбонатной жесткости - 3,15 мг-экв/л);

К - коэффициент для извести К=28;

е - эквивалентный вес коогулянта для FeCl₃ e=54 мг^.экв/л

 

 мг/л

 

Так как Д_щ< 0, то подщелачивания воды не требуется.

 

Хранение коагулянта

 

Сухое хранение рассчитывается на 15-30 дней.

Площадь склада определяется по формуле

 

, м²,

 

где Т - продолжительность хранения коагулянта на складе, Т=15-30 сут;

 - коэффициент для учета дополнительной площади на складе, принимаем =1,15;

р_с - содержание безводного продукта в коагулянте, принимаем р_с=33,5%

G_о - объемный вес коагулянта при загрузке склада навалом, =1,1 т/м³;_к - допустимая высота слоя слоя коагулянта, h_к=2 м.

 

 м².

 

Принимаем размеры склада в плане 3х3=9 м².

8.5 Дозирование реагентов

 

Расход реагента определяем по формуле:

 

, л/ч,

 

где  - плотность раствора реагента при заданной концетрации, =1000 кг/м³.

 

 л/ч.

 

Принимаем мембранный насос дозатор марки DLX-VFT/M 8-10 со следующими характеристиками:

подача - до 8 л/ч;

напор - 100 м;

масса нетто - 2,9 кг;

размеры 190х120х150 мм.

Насос имеет антикислотный пластиковый корпус; панель управления защищена пленкой от УФ излучения; возможность подключения датчика уровня, подпружиненный инжектор; шаровые клапана, настенное крепление; класс защиты IP65; клапан стравливания воздуха для заливки насоса; аналоговое управление с микропроцессором; режимы дозирования: постоянный ON/OFF и пропорциональный; режимы: ручной, умножения 1xN, умножения с памятью 1xN(M), деления 1:N; считывающий контакт.

 

Подбор градирен

 

Площадь орошения вентиляторной градирни с капельным оросителем определим по формуле:

 

, м²

 

где Q - расход оборотной воды, м³/ч;

t₁ - температура горячей воды, подаваемой на градирню, t₁=35 єС;₂ - температура охлаждённой воды, t₂=30 єС;_В - скорость движения воздуха через ороситель, ориентировочно V_В=2 м/с;

τ - температура воздуха по влажному термометру, τ=18 єС;

γ - удельный вес наружного воздуха, при τ=18 єС и φ=70 % - γ=1,197 кг/м³;

Н - величина свободного напора перед брызгальными соплами, Н=4,5м.

Таким образом площадь орошения градирен I, II, III и IV систем водоснабжения составит соответственно:

 

 м²;

 м²;

 м²;

 м²

В результате расчета площади подбираем:

а, б) для первой и второй систем водоснабжения 4-ёх секционные градирни по типовому проекту №901-6-88.86 IV типа:

• вид оросителя - брызгальный;

• число секций - 5;

• размеры одной секции - 4 х 6 х 6,7 м;

• размеры градирни в плане - 6 х 20 м;

• марка вентилятора - 3 ВГ 25;

• материал несущего каркаса - сборный железобетон;

• материал обшивки, оросителя и воодуловителя - модифицированная древесина.

в) для четвёртой системы водоснабжения аналогичную 2-ух секционную градирню по типовому проекту № 901-6-85.86 I типа (размеры в плане 6 х 8 м).

г) для третей системы водоснабжения - ГПА, фирма "Аксанд" (на базе исследований НИИ ВОДГЕО) модель 2,5:

• вид оросителя - гофрированные листы;

• размеры - 1,8 х 1,8 х 3,4 м;

•марка вентилятора - 06-300 № 8;

• расход воды - 60 м³/ч.

Одним из необходимых условий эффективной работы вентиляторных градирен является правильный выбор экономичных вентиляторов.

В градирнях для создания искусственной тяги применены осевые вентиляторы общепромышленного назначения марки 3 ВГ 25 (в градирни третей системы водоснабжения 06-300 № 8). Их технические характеристики приведены в таблице 6.

 

Таблица 6 - Краткие технические характеристики вентиляторов 3 ВГ 25 и 06-300 №8.

Марка	Номинальная подача воздуха Gв, тыс. м3/ч	Номинальное давление, Па	Частота вращения, мин-1	Мощность электродвигателя, кВт	Масса вентилятора, кг
3 ВГ 25	156	137	365	11	830
06-300 № 8	23	98	930	0,8	67,5

 

Произведем перерасчет скорости движения воздуха через ороситель:

 

, м/с,

 

где G_в - номинальная подача воздуха, м³/ч;

F_ор. - типовая площадь орошения (одной секции), м².

Таким образом скорость движения воздуха через оросители градирен I, II, III и IV систем водоснабжения составит соответственно:

 

 м/с;

 м/с.

 

Тогда:

 

 м²;

 м²;

 м²;

 м².

 

Так как

 

а) 114,2 м²< 120 м²;

б) 101,4 м²< 120 м²;

в) 2,4 м²< 3,24 м²;

а) 40,6 м²< 48 м²,

 

то условие выполняется. Следовательно, градирни и вентиляторы подобраны верно.

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте были рассмотрены сооружения водоподготовки для нужд нефтеперерабатывающего завода 3-го профиля производительностью 10000 т/сут.

Выбрана схема очистки забираемой воды, которая включает в себя:

а) известковое хозяйство - два растворных бака по 2,16 м³ размером 1,2х1,2х1,5 м; соленоидный дозирующий насос мембранного типа марки DLS-MA 30-4; склад хранения извести площадью 6х12=72 м².

б) реагентное хозяйство - три растворных бака по 1,0 м³; два расходных бака по 1,2 м³; мембранный насос дозатор марки DLX-VFT/M 8-10; склад хранения коагулянта площадью 3х3=9 м².

в) крупнозернистые напорные фильтры - 7 шт. диаметром 2 м каждый;

г) сорбционные напорные фильтры - 6 шт. диаметром 2 м каждый.

Был посчитан индекс стабильности воды, который показал, что стабилизационная обработка не требуется.

Был рассчитан резервуар технической воды 2 шт. диаметром 15 м и высотой 3,5 м.

Были подобраны вентиляторные градирни для каждой из 4-ёх систем оборотного водоснабжения:

I) №901-6-88.86 IV типа размеры - 6 х 20 х 6,7 м;

II) №901-6-88.86 IV типа размеры - 6 х 20 х 6,7 м;) ГПА, фирма "Аксанд" (на базе исследований НИИ ВОДГЕО) модель 2,5 размеры - 1,8 х 1,8 х 3,4 м;)   №901-6-85.86 I типа размеры - 6 х 8 х 6,7 м.

Была рассчитана стабилизация воды в оборотной системе водоснабжения и её хлорирование 1 раз в сутки продолжительностью 1 час.

 

Список литературы

 

1.  Н.Н. Абрамов Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982.-476 с.

2. Снип 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Стройиздат, 1985.

.   Г.И. Николадзе Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1989.-496 с.

.   В.Ф. Кожинов Очистка питьевой и технической воды. - М.: Стройиздат, 1971.-302 с.

.   Ф.А. Шевелев, А.Ф. Шевелев Таблицы для гидравлического расчёта водопроводных труб. - Москва, Стройиздат, 1984.-116 с.

.   Г.И. Николадзе, Д.М. Минц, А.А. Кастальский Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М.: "Высшая школа", 1984.-367 с.

.   В.С. Пономаренко, Ю.И. Арефьев Градирни промышленных и энергетических предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1998.-516 с.

.   Справочник проектирование системы водоснабжения населённых мест и промышленных предприятий, под редакцией И.А. Назарова. - М.: Издательство литература по строительству, 1967.-382 с.

Технологические процессы. Требования к качеству воды

 

На нефтеперерабатывающих производствах вода используется для охлаждения и конденсации продуктов, охлаждения оборудования, приготовления реагентов и др.

Производственное водоснабжение заводов осуществляется оборотной водой с разделением по системам в зависимости от её качества:

-я система - для аппаратов, охлаждающих или конденсирующих продукты, содержащие углеводы, С₅ выше;

-я система - для аппаратов, охлаждающих или конденсирующих продукты, содержащие углеводы, не выше С₄;

-я система - для аппаратов, воды которых загрязнены сероводородом и нефтепродуктами (для установок АВТ с барометрическими конденсаторами);

-я система - для аппаратов, в которых возможно загрязнение охлаждающей воды парафином и жирными кислотами.

При повышенных требованиях потребителей к качеству охлаждающей воды (конденсаторы паровых турбин), а также для отдельных специфических производств предусматриваются самостоятельные циклы оборотного водоснабжения.

Свежая техническая вода расходуется на пополнение оборотных систем и в исключительных случаях на производственные нужды отдельных потребителей.

Свежая оборотная вода подвергается обработке (фильтрации, ингибированию, биоциду).

Требования к качеству воды приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Требования к качеству свежей и оборотной воды, используемой на нефтеперерабатывающих заводах

Показатели	Единица измерения	Свежая вода	Оборотная вода при возврате стоков 1-й системы канализации
1	2	3	4
Нефтепродукты	мг/л	--	25
Взвешенные вещества	мг/л	25	25
То же, в паводок	мг/л	100	--
Жесткость: общая	мг-экв/л	5,8	20
карбонатная	мг-экв/л	2,5	15
Сульфаты	мг/л	130	500
Хлориды	мг/л	50	300
Сухой остаток	мг/л	500	2000
pH		7-8,5	7-8,5
БПКполн	мгО2/л	10	25

3. Балансовая схема водоснабжения и водоотведения

 

Балансовая схема водоснабжения и водоотведения составляется в соответствии с [2].

При составлении баланса в состав общей убыли воды из системы необходимо включать:

а) безвозвратное потребление (отбор воды из системы на технологические нужды);

б) потери воды на испарение при охлаждении, определяемые по формуле:

 

, м³/ч,

 

где Dt = t₁ - t₂ - перепад температуры воды в градусах, определяемый как разность температур воды, поступающей на охладитель (градирню), t₁=35єС и охлажденной воды t₂=30єС;

q_охл - расход оборотной воды, м³/ч;

К_исп - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, К_исп=0,0012.

Таким образом, для I, II, III и IV систем водоснабжения потери воды на испарение составят соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

Потери на унос ветром определяются в соответствии с табл. 38 [2] и составляют для вентиляторных градирен 0,2% оборотной воды.

Для I, II, III и IV систем водоснабжения потери воды на унос ветром составят соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

Потери воды на сброс составляют 0,5% оборотной воды и равны для I, II, III и IV систем водоснабжения соответственно:

 

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч;

 м³/ч.

 

 

Таблица 2 - Укрупнённые нормы расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции или сырья в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности

Наименование и способ производства	Единица измерения	Система водоснабжения	Среднегодовой расход воды на единицу измерения, м3						Среднегодовое количество выпускаемых в водоёмы сточных вод на единицу измерения, м3					Безвозвратное потребление, потери воды, м3
			оборотной последовательно используемой	свежей из источника					Всего	в том числе
				технической	питьевой			Всего		подлежащих очистке		не требующих очистки	фильтрационных из шламонакопителя
					для производ-ственных целей		для хозяйственно-бытовых целей			бытовых	производственных
Нефтеперерабатывающий завод топливного профиля с неглубокой схемой переработки с масляным производством	1 т пере-рабатываемой нефти	Оборотная	10,5		0,45	0,013	0,022	0,485	0,182	0,16	0,022	--	--	0,47
	За сутки работы завода		105000	4500	130		220	4850	1820	1600	220	--	--	4700

 

 

Анализ качества исходной воды

 

В данном курсовом проекте для большинства производственных нужд используется техническая вода, забор которой осуществляется из поверхностного источника. Основные показатели данной воды приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 - Основные показатели качества источника водоснабжения

Показатели	Единица измерения	Данные
Мутность	мг/л	32-68
Жёсткость: общая, карбонатная	мг-экв/л	4,34
	мг-экв/л	3,15
Окисляемость KMnO4	мг/л	11,3
pH	--	7,9
Привкус	балл	3
Запах	балл	4
Фтор	мг/л	0,06
Железо, мг/л	мг/л	0,05
Содержание углекислоты	мг/л	1,67
Фенолы	мг/л	0,001
Нефтепродукты	мг/л	0,09
ПАВ	мг/л	0,45
Хлориды	мг/л	64
Сульфаты	мг/л	89

 

Показатели данной воды превосходят нормативные по ряду характеристик: мутности, карбонатной жёсткости, а также содержанию хлоридов и нефтепродуктов.