К вопросу промышленного использования сточных вод в охладительных системах оборотного водоснабжения

Винарский Н.С., Привалов В.Е., Папков Г.И., Миргородская А.В. (УХИН)

Несмотря на то, что идея использования фенольной сточной воды в системах оборотного водоснабжения высказана давно, в промышленности она не была реализована. В основном это было связано с недостаточной изученностью механизма противокоррозионного воздействия фенольной сточной воды и условий ее использования.

В настоящее время этот метод внедрен в цехе сероочистки Ясиновского, на первом и втором блоках цеха улавливания Ждановского, на Смоляниновском участке и в цехе сероочистки Рутченковского участка Донецкого коксохимических заводов.

Опыт длительной эксплуатации указанных охладительных систем показывает, что основное внимание должно быть обращено на коррозионную активность охлаждающих вод. Величина последней зависит от многих факторов, основными из которых являются: соотношение подаваемых сточной и технической вод и коэффициент упаривания  воды  в  системе.

В лабораторных условиях, используя сточные воды Криворожского коксохимического завода, авторы реализовали двухфакторный эксперимент на модели системы оборотного водоснабжения. Постоянными факторами были приняты расход оборотной воды (15 л/ч) и ее температура (45°С), а в качестве переменных факторов—доля сточной воды в смеси с технической водой (25—47%) и коэффициент упаривания (2—4). Коррозионную активность воды оценивали по скорости коррозии образцов, изготовленных из стали Ст 3.

В сточную воду, содержащую хлоридов 4000 мг/л и сульфатов 288 мг/л, помещали металлические образцы из стали Ст 3. Такие же образцы помещали в дистиллированную воду с добавлением к ней хлорида и сульфата аммония до тех же концентраций. Испытания проводили 339 ч при постоянной температуре воды 20± 1С. Скорость коррозии металла составила в сточной воде 0,0143, в дистиллированной воде с добавлением солей 0,1468 г/(м2-ч), причем образцы, находившиеся в сточной воде, равномерно покрылись защитной пленкой.

Следовательно, в фенольной сточной воде содержатся вещества, проявляющие ингибирующие свойства и способные образовывать защитную пленку. Для установления состава защитной пленки были произведены технический, элементный, дериватографический и рентгеноструктурный анализы. Установлено, что защитная пленка представляет собой аморфное вещество с кристаллическими включениями и образуется при взаимодействии продуктов окисления органических веществ с окислами железа.

Однако при одном и том же количестве органических веществ и других компонентов в смеси, но достигнутом разными путями (увеличение доли сточной воды или увеличение коэффициента упаривания), скорость коррозии металла неодинакова.

Объяснение этого факта было получено после определения влияния соотношения сточной и технической вод на содержание в их смеси растворенного кислорода. Эти исследования проводили в лабораторных условиях на Донецком участке Донецкого коксохимического завода. Смеси были составлены из свежей технической воды, поступающей на завод для пополнения системы оборотного водоснабжения, и сточной воды после обесфеноливающего скуббера.

Концентрацию растворенного кислорода определяли как в исходных водах, так и в смеси при доле сточной воды в ней 16,6; 20; 25; 33,3 и 50%. Эти же измерения были проведены после аэрации.Воду аэрировали посредством механического импеллерного аэратора, приводимого в движение электродвигателем с регулируемой скоростью.

При аэрации 600 мл воды (объем постоянен для всех исследуемых вод) в течение 30 мин в нее вносили 580 л воздуха, что соответствует условиям аэрации воды при ее охлаждении на градирнях, в частности Донецкого участка Донецкого коксохимического завода. Затем пробы отстаивали по 15 мин для выделения газообразного кислорода.

Определение растворенного кислорода производили по методу Винклера при температуре термостатированных проб воды 20°С.

Результаты опытов показывают, что увеличение доли сточной воды в смеси приводит к резкому снижению в последней концентрации растворенного кислорода. Причем экспериментальные данные значительно отличаются от значений концентрации кислорода, вычисленных по аддитивности. Это указывает на то, что растворенный кислород взаимодействует с органическими и легкоокисляющимися неорганическими веществами (например, сероводородом, тиосульфатами, цианидами и т.д.).

Лабораторные исследования показали, что противокоррозионные свойства фенольной сточной воды обусловлены ее способностью значительно снижать концентрацию растворенного кислорода в технической воде, а также наличием в ее составе веществ-ингибиторов. Последние не только уменьшают коррозионную активность раствора, но и участвуют в образовании защитной пленки, которая способствует торможению электродных процессов на поверхности металла.

Эти выводы были подтверждены промышленными испытаниями. Так, на Смоляниновском участке Донецкого коксохимического завода, где используют сточные воды, в первичных газовых холодильниках при температуре оборотной воды 45°С растворенный кислород отсутствует. В то же время на Рутченковском участке этого же коксохимического завода, использующем только техническую воду, в первичных газовых холодильниках количество растворенного кислорода при температуре оборотной воды 45°С составляет 8,35 мг/л. Скорости коррозии металла в обоих случаях составляют 0,10—0,12 г/(м2-ч), несмотря на то что солесодержание оборотной воды на Смоляниновском участке в 5 раз выше, чем на Рутченковском.

Использование фенольных сточных вод при соблюдении предложенных авторами регламентирующих условий не приводит к увеличению абсолютной скорости коррозии теплообменной аппаратуры. Однако состав и свойства технической и фенольных сточных вод, а также условия эксплуатации систем оборотного водоснабжения на различных заводах неодинаковы, что требует постоянного контроля при внедрении метода использования фенольных сточных вод в указанных  системах на каждом конкретном заводе.

Список литературы

1.Чен Н. Г. —«Кокс и химия», 1962, № 8, с. 45—48.

2.Ожиганов И. Н. — «Кокс и химия», 1964, №4, с. 50—53.

З.Привалов В. Е., Винарский Н. С, Папков Г. И., Сухомлинов Б. П. — «Кокс и химия», 1973, №12, с. 31—34.

4.Чен Н. Г.,Соркян М. М., Педан А. А. я др.— «Кокс и химия», 1963, № 1, с. 46—51 с ил.