Методология стабилизационной обработки воды в системе оборотного водоснабжения металлургических предприятий

Раздел 5

УДК 66.045.1

Н. В. Телин, Н. Н. Синицын, А. В. Соколов, И. В. Кобзев, А. А. Лобанова

МЕТОДОЛОГИЯ СТАБИЛИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

N. V. Telin, N. N. Synitsyn, А. V. Sokolov, I. V. Kobzev, A. A. Lobanova

METHODOLOGY OF STABILIZATIONAL WATER TREATMENT IN WATER RECYCLING SYSTEM AT METALLURGICAL PLANTS

Для предотвращения коррозии, накипеобразования и микробиологических загрязнений на охлаждаемых поверхностях оборудования металлургических машин предложена методология стабилизационной обработки воды в системах их оборотного водоснабжения и новые химические реагенты для ее реализации. Для моделирования работы оборотных циклов используются специально разработанные и запатентованные программы - WaterProof, 3DT Optimizer. Данные программы позволяют подобрать оптимальную программу обработки воды, оценить скорость коррозии, потенциал к отложениям различных солей (СаС03, Mg0-2Si02, Mg(OH)2, Са3(Р04)2, Si02, CaS04, CaF2, Zn3(P04)2, Zn(OH)2) и рассчитать оптимальный материальный баланс охлаждающей системы. В ходе промышленных испытаний предложенной методологии в закрытых контурах MHJI3 1-4 ОАО «Северсталь» получены следующие показатели: в цикле кристаллизатора - снижение коррозии углеродистой стали в 5,6 раза, снижение коррозии меди в 5,3 раза, содержание микробиологии уменьшилось в 10 раз; в цикле оборудования - снижение коррозии углеродистой стали в 2,6 раза; содержание микробиологии уменьшилось в 103 раз.

Коррозия, отложения, вода, реагенты, кристаллизатор, ролики, купоны.

A methodology for stabilizational water treatment in water recycling systems and new chemical reagents for its realization are presented in order to prevent corrosion, scale formation and microbiological impurities on cooled surfaces of metallurgical equipment. To model recycling work specially developed and patented programs are used - Waterproof, 3DT Optimizer. The programs mentioned allow for choosing optimal program for water treatment, evaluation of corrosion rate and potential for precipitation of different salts (CaC03, Mg02Si02, Mg(OH)2, Ca3(P04)2, Si02, CaS04, CaF2, Zn3(P04)2, Zn(OH)2)? As well as for calculation of the optimal material balance in cooling system. During industrial trial of the presented methodology in closed circuits of the continu-

89

ous casting machine for half-finished products (MHJI3) at Severstal pic the following results have been received: in crystallizer cycle the carbon steel corrosion has been decreased by 5.6 times, copper corrosion has been reduced by 5.3 times, microbiological contents have been lowered by 10 times; in the equipment cycle the carbon steel corrosion has been reduced by 2.6 times, microbiology contents has been reduced by 103 times.

Corrosion, sedimentation, water, reagents, crystallizer, rolls, patterns.

В системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий на охлаждаемых поверхностях оборудования металлургических машин протекают взаимосвязанные между собой и часто одновременно следующие нежелательные процессы: коррозия; образование отложений продуктов коррозии (оксид железа, гидроксид железа), накипи (чаще всего карбонат кальция, фосфат кальция, силикат магния) и микробиологическое загрязнение. Указанные процессы вызывают резкое снижение интенсивности теплоотдачи [1] и, как следствие, выход из строя рабочих поверхностей оборудования. Для предотвращения образования отложений, коррозии и микробиологических загрязнений проводят магнитную, ультразвуковую, ионную и реагентную обработку охлаждающей воды, а в последнее время для охлаждения оборудования применяют химически очищенную воду. Для удаления образовавшихся отложений, коррозии и микробиологических загрязнений проводят периодическую чистку поверхностей охлаждения. Перечисленные средства предотвращения коррозии, накипеобразования и микробиологических загрязнений имеют существенные недостатки из-за вынужденных простоев металлургических машин в период замены оборудования (кристаллизаторов, роликов с внутренним охлаждением и т. д.), громоздкости дополнительного оборудования, значительных капитальных вложений, низкой эффективности средств обработки воды и высокой стоимости химически очищенной воды при использовании ее в оборотных системах водоснабжения.

Череповецким государственным университетом и ООО «Компания Налко» для предотвращения коррозии, накипеобразования и возникновения микробиологических загрязнений на охлаждаемых поверхностях оборудования металлургических машин предложена методология стабилизационной обработки воды в системах оборотного водоснабжения и новые химические реагенты для ее реализации. В соответствии с методологией

разработка практических рекомендаций по стабилизационной обработке воды состоит из трех этапов: подготовительного, аналитического и испытательного.

На первом этапе проводится оценка агрессивных свойств воды в действующей системе оборотного водоснабжения и установление требований к ее качеству. При оценке агрессивных свойств воды используется комплексный показатель - индекс Ризнара, учитывающий следующие факторы: рН, щелочность, кальциевую жесткость, электропроводность (солесодержание) и температуру. Расчет индекса Ризнара проводится по специальным формулам. Полученные данные позволяют определить склонность воды к коррозии или отложениям и в дальнейшем используются при разработке программы стабилизационной обработки воды.

При установлении требований к качеству воды учитываются требования нормативной документации; нормативы, устанавливаемые производителями оборудования; нормативы, определенные в результате многолетнего опыта эксплуатации оборотных систем и требования заказчика. Количественно указанные требования сводятся к следующему.

Для открытых оборотных систем:

-скорость коррозии углеродистой стали - не более 0,1 мм/год;

- скорость коррозии меди - не более 0,005 мм/год;

- содержание микробиологии в воде - не более 10 бак/мл;

- отложения на теплообменных поверхностях и оборудовании - отсутствие;

-концентрация взвешенных веществ - не более 40 мг/л;

- концентрация железа - не более 3,0 мг/л;

-концентрация нефтепродуктов - не более

5,0 мг/л.

Для закрытых оборотных систем:

- скорость коррозии углеродистой стали - не более 0,05 мм/год;

- скорость коррозии меди - не более 0,005 мм/год;

- содержание микробиологии в воде - не более 103 бак/мл;

- отложения на теплообменных поверхностях и оборудовании — отсутствие;

- концентрация взвешенных веществ в оборотной воде - не более 20 мг/л;

- концентрация железа в оборотной воде - не более 1,5 мг/л.

Данные цифры являются ориентировочными. В некоторых случаях заказчик устанавливает более жесткие требования к качеству воды.

На втором этапе проводится качественный подбор химических реагентов и определяется их количество, необходимое для стабилизационной обработки воды.

Для моделирования работы открытых и закрытых оборотных циклов используются специально разработанные и запатентованные программы -WaterProof, 3DT Optimizer. Данные программы позволяют подобрать оптимальную программу обработки воды, оценить скорость коррозии, потенциал к отложениям различных солей (СаСОз, Mg0-2Si02, Mg(OH)2, Са3(Р04)2, Si02, CaS04, CaF2, Zn3(P04)2, Zn(OH)2) и рассчитать для открытых оборотных циклов оптимальный коэффициент упаривания (Куп). Выбор программы обработки воды зависит от ряда факторов, таких как: качество исходной и требуемой оборотной воды; оперативные параметры цикла (подпитка, продувка, объем системы, коэффициент упаривания); экологические требования и требования безопасности.

Для обработки воды ООО «Компания Налко» применяет широкий спектр биоцидов, основанных на различных активных веществах. Следует отметить, что применение только одного неокисляю-щего биоцида обычно малоэффективно, т. к. микроорганизмы вырабатывают устойчивость к активному веществу. Поэтому рекомендуется одновременно применять не менее двух неокисляющих биоцидов или сочетание окисляющего и неокис-ляющего. Неокисляющие биоциды также особенно эффективны против макробиологии. Опыт

ООО «Компания Налко» показывает, что при борьбе с микро- и макробиологией наиболее эффективным способом является сочетание окисляющего биоцида на основе брома, неокисляюще-го биоцида и биодисперганта.

На третьем этапе проводится одновременно промышленная апробация и экспериментальная проверка эффективности выработанных рекомендаций по обработке оборотной воды. Эффективность действия подобранных в соответствии с предложенной методологией обработки воды ингибиторов коррозии определяется по скорости коррозии на купонах, выдерживаемых в чистом цикле системы водоснабжения в течение 30...45 дней. В случае совпадения или соответствия полученных результатов с требованиями к качеству охлаждающей воды, определенных нормативной документацией или заказчиком, задание считается выполненным. В противном случае проводятся дополнительные расчеты и проверка. Однако следует отметить, что даже при самой лучшей обработке оборотной воды скорость коррозии на охлаждаемых поверхностях не равна нулю, со временем неизбежно происходит накопление продуктов коррозии в системе. Поэтому в системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий рекомендуется дополнительно устанавливать фильтры, способные задерживать железо.

Специалистами ООО «Компания Налко» успешно проведены промышленные испытания реа-гентной обработки воды на закрытых циклах охлаждения машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) на нескольких отечественных предприятиях. В частности, на ОАО «Северсталь» были получены следующие результаты: в цикле кристаллизатора - снижение коррозии углеродистой стали в 5,6 раза, снижение коррозии меди в 5,3 раза, содержание микробиологии уменьшилось в 10 раз; в цикле оборудования - снижение коррозии углеродистой стали в 2,6 раза, содержание микробиологии уменьшилось в 10 раз.

Список литературы

1. Жукаускас А. А. Конвективный перенос в теплообменниках. - М.: Наука, 1982. - 472 с.

Телин Николай Владимирович — доктор технических наук, профессор кафедры промышленной теплоэнергетики Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

Синицын Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

Соколов Алексей Федорович - кандидат технических наук, региональный представитель ООО «Компания Налко».

Тел.: 8(8202) 58-76-51.

Кобзев Иван Валентинович - региональный менеджер «ООО «Компания Налко».

Тел.: 8(8202) 58-76-51.

Лобанова Анастасия Александровна - аспирант, ассистент кафедры промышленной теплоэнергетики Череповецкого государственного университета.

Тел.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

Telin Nickolai Vladimirovich - Doctor of Technology, Professor at the Department of Thermal Engineering, Cherepovets State University.

Tel.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

Synitsyn Nickolai Nickolaevich - Doctor of Technology, Professor, Head of the Thermal Engineering Department, Cherepovets State University.

Tel.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

Sokolov Alexey Fyodorovich - Candidate of Science (Technology), Nalko Ltd., regional representative.

Tel.: 8(8202)58-76-51.

Kobzev Ivan Valentinovich - Nalko Ltd., regional representative.

Tel.: 8(8202)58-76-51.

Lobanova Anastasia Alexandrovna - Post-graduate student, teaching assistant, Department of Thermal Engineering, Cherepovets State University.

Tel.: 8(8202) 51-81-32, 51-78-29.

УДК 66.047: 66.021.4

Ю. P. Осипов, С. П. Рожин, С. Ю. Осипов, К. В. Кутовой

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ТЕПЛОМАССООБМЕНА

ПРИ ИНДУКЦИОННОЙ СУШКЕ КЛЕЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА НЕПРОНИЦАЕМОЙ

ФЕРРОМАГНИТНОЙ ПОДЛОЖКЕ

Y. R. Osipov, S. P. Rozhin, S. Y. Osipov, К. V. Kutovoy

DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL OF HEAT AND MASS TRANSFER PROCESS DURING INDUCTIVE DRYING OF GLUE COAT ON THE IMPERMEABLE FERROMAGNETIC SUBSTRATE

В статье рассматривается математическая модель тепломассообмена при сушке клеевого покрытия на непроницаемой подложке, нагреваемой электромагнитным полем, образованным токами промышленной частоты. В модели учтены процессы теплообмена между подложкой и клеевым покрытием, системой «подложка - клей» и окружающей средой, процесс мас-сопереноса в клеевом покрытии.

Тепломассообмен, сушка, индукционный нагрев, математическая модель, подложка.

The paper considers a mathematical model of heat and mass transfer process during drying of glue coat on the impermeable substrate heated by electromagnetic field formed by industrial frequency currents. The model takes into account heat exchange processes between a substrate and a glue coat, «substructure - glue» system and the environment, as well as mass transfer process in the glue coat.

Heat and mass transfer, drying, induction heating, mathematical model, substrate.

Сушка клеевого покрытия на ферромагнитной подложке является важной составной частью тех-