Дипломная работа: Совершенствование технологии химической водоочистки на Балаковской атомной электростанции с использованием полимерных ионообменных материалов

Дипломная работа: Совершенствование технологии химической водоочистки на Балаковской атомной электростанции с использованием полимерных ионообменных материалов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Специальность

кафедра естественных наук

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

На тему: "Совершенствование технологии химической водоочистки на Балаковской АЭС с использованием полимерных ионообменных материалов"

2009

Введение

Потребление энергии обеспечивает удовлетворение самых разнообразных потребностей человека: от насущных, связанных с получением и приготовлением пищи, обогрева жилищ, до духовных запросов (телевидение, радио, кино и т.п.). Однако большая часть энергии, вырабатываемой из природных энергоресурсов, используется в настоящее время в промышленности и на транспорте (около 65%). Следовательно, повышение энергообеспеченности общества является необходимым условием его ускоренного развития.

В настоящее время вода широко используется в различных отраслях промышленности в качестве теплоносителя, в том числе и в атомной энергетике. Но она не может применяться в теплоэнергетических установках без предварительной обработки, поскольку современные атомные электростанции (АЭС) в энергетическом цикле используют воду высокого качества. Оборудование современных АЭС эксплуатируется при высоких тепловых нагрузках, что требует жесткого ограничения толщины отложений на поверхностях нагрева по условиям температурного режима их металла в течении рабочей кампании. Такие отложения образуются из примесей, поступающих в циклы электростанции, в том числе и с добавочной водой, поэтому обеспечение высокого качества водных теплоносителей АЭС является важнейшей задачей. Использование водного теплоносителя высокого качества упрощает также решение задач получения чистого пара, минимизации скоростей коррозии конструктивных материалов котлов, турбин и оборудования конденсатно-питательного тракта.

При эксплуатации теплосилового оборудования могут произойти нежелательные различные явления, связанные с качеством воды и пара. Первое явление приводит к выделению из воды твердых веществ (отложений), оседающих большей частью на поверхности металла котла, турбины, подогревателей. Второе явление приводит к выделению взвешенных частиц (шлама), которые с течением времени могут образовывать отложения на поверхности раздела. Вода и пар при взаимодействии с элементами конструкций могут частично растворять их, а затем осаждать продукты коррозии. Кроме того, существуют химические соединения и газы, содержащиеся в воде в микро концентрациях и поступающие в контур АЭС с водой первичного заполнения, а также в результате внутриконтурных процессов коррозии. Наиболее распространенными из них являются растворенные в воде хлориды натрия и калия, сульфаты и карбонаты кальция, магния, кремниевая кислота, ионы железа, кислород, масла, нефтепродукты и др.

Таким образом, качество обработки воды на АЭС тесным образом связано с надежностью и экономичностью эксплуатации современного высокоинтенсивного котлотурбинного оборудования, с безопасностью ядерных энергетических установок.

Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, возникает необходимость специальной физико-химической обработки природной воды. Эта вода является, по существу, исходным сырьем, которое после надлежащей обработки используется в качестве исходного сырья на водоподготовительной установке, а также для других целей на АЭС. Добавочная вода, полученная на водоподготовительной установке после обработке с применением физико-химических методов очистки, направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата.

При эксплуатации современного энергетического оборудования АЭС используются разнообразные методы обработки воды. Так, приготовление добавочной воды для различных теплоиспользующих контуров осуществляется обычно в две основные стадии. На первой из них из природной воды удаляются главным образом взвешенные примеси, на второй вода подвергается очистки химическим методом (умягчение, обессоливание). Не эффективная очистка добавочной воды от коллоидных и грубодисперсных примесей, называемого предочисткой.

Предочистка осуществляется на основе методов, в результате реализации которых при дозировке специальных реагентов некоторых примесей выделяются в виде хлопьев. Основными технологическими процессами предварительной очистки воды являются коагуляция (укрупнение) коллоидных примесей и известкование, которые обычно совмещаются в одном аппарате – осветлителе – в целях улучшения суммарного технологического эффекта и снижения денежных затрат. Дополнительная очистка воды после осветлителя от грубодисперсных примесей производится фильтрационными методами, которые также относятся к предочистке воды.

Вода, прошедшая предочистку, практически не содержит в себе грубодисперсных примесей в значительной степени освобождена от коллоидных. Однако основная часть примесей в истинно – растворенном состоянии остается в этой воде и должна быть удалена из нее. Для этого применяют ионный обмен (обессоливание).

Цель работы в данном проекте это совершенствование технологии химической водоочистки на Балаковской АЭС с использованием полимерных ионообменных материалов.

1. Технологический раздел

1.1 Информационный анализ с обоснованием выбора технического решения

1.1.1 Способы подготовки воды

Наличие различных примесей в природной воде является причиной приготовления воды для подпитки и заполнения контуров АЭС на водоподготовительной установке в несколько стадий. Сначала из воды удаляют грубодисперсные и коллоидные частицы, а затем – ионизированные примеси.

Природная вода, разделяемая условно на атмосферную, поверхностную, подземную и морскую, всегда содержит различные примеси. Характер и количество, имеющихся в воде примесей, определяют качество воды, т.е. характеризует возможность использования ее для различных целей в промышленности и быту. Примеси поступают в воду, находящуюся в природном круговороте, из окружающей среды.

Количественный и качественный составы примесей, содержащихся в реках и водоемах, зависит от метеорологических условий и подвержены сезонным колебаниям. Так, весенний паводковый период, после вскрытия льда, воды содержат минимальное количество растворимых солей, однако характеризуются максимальным количеством взвешенных веществ, увлекаемых с поверхности почвы быстрыми потоками талых вод. В зимний период в результате питания поверхностного водотока подземными водами его солесодержания достигает максимума. В летнее время состав речной воды определяется соотношением в питании долей поверхностного и подземного стоков. Природные воды классифицируют солесодержанию. Различают пресную воду (солесодержание до 1 г/кг), солоноватую (солесодержание 1–10 г./кг) и соленую (солесодержание более 10 г./кг). Солесодержание определяется суммарной концентрацией всех катионов и анионов в воде. Важнейшим показателем, определяющим путь использования воды в теплоэнергетики, является жесткость воды. По значению общей жесткости природные воды классифицируются так: воды с малой жесткостью; воды со средней жесткостью; воды с повышенной жесткостью; воды с высокой жесткостью и воды с очень высокой жесткостью.

Существуют следующие виды очистки. Механические методы очистки включают в основном отстаивание, осветление и фильтрацию. Эти наиболее доступные приемы очистки от крупнодисперсных взвесей применяются как первая стадия в общей схеме очистке вод.

Физико-химические методы применяют для очистки от мелкодисперсных, коллоидных и растворенных веществ. Это флотация, коагуляция и флокуляция, экстракция растворителями, дистилляция и ректификация, адсорбция, обратный осмос и др. Принцип флотационной очистки заключается в образовании комплексов частица – пузырек воздуха, всплывании пузырьков и удалении образовавшегося слоя насыщенной примесями пены с поверхности воды.

Для очистки от растворенных примесей применяют обратный осмос, ультрафильтрацию, электродиализ, ионный обмен, абсорбцию, экстракцию, радиационно-химический метод.

Обратным осмосом или гиперфильтрацией называют процесс разделения истинных растворов продавливанием их через полунепроницаемые мембраны, которые пропускают воду, но задерживают гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений. Ультрафильтрация – разделение растворов, содержащих высокомолекулярные соединения, мембранами, поры которых имеют диаметр 5–200 нм. Гиперфильтрацию производят с помощью полимерных мембран – ацетат целлюлозных, полиамидных и др.

Электродиализ заключается в направленном движении ионов под действием постоянного электрического тока. Для разделения и удаления ионов в установке имеются специальные катионитные и анионитные мембраны, изготовленные из ионообменных смол, которые пропускают ионы только одного знака заряда.

Для технического водоснабжения не требуется вода высокой чистоты, получаемая дионизацией. Здесь достаточно снижение обратным осмосом ее солесодержание в 15–20 раз по Na+, K+, SO-4, Cl- и в первую очередь удаление солей жесткости в 25–50 раз по Ca2+, Mg2+, что дает значительный эффект. Для водоочистки в этом случае наиболее оправданы безреагентные методы, при использовании которых не образуются токсичные отходы. Наиболее широко известный безреагентный метод упаривания, используемый при переработке жидких отходов, в водоподготовке для технического водоснабжения не применяется из-за больших энергетических затрат. Исключение составлявляла АЭС, где с помощью дистилляционной установки опресняли морскую воду. Более перспективными в этом случае являются мембранные методы, в частности, обратный осмос, получающий в последние годы все более широкое распространение для опреснения воды в тепловой и очистки от радионуклидов в ядерной энергетике. В последнем случае обратный осмос значительно превосходит по эффективности другой мембранный метод-электродиализ.

Водоподготовка на обратноосмотических фильтрах не требует в отличие от очистки отходов получения высокого солесодержания в концентрате и, следовательно, позволяет использовать низкое давление и более простые аппараты. Концентраты при водоподготовке содержат только исходные соли природных вод и при сбросе в окружающую среду не вносят дополнительных загрязнений. После обратноосмотического опреснения существенно снижается нагрузка на ионообменные фильтры при получении деинизированной воды для теплоносителей. Кроме того, при снижении солесодержания технической воды увеличивается ресурс оборудования системы технического водоснабжения вследствие уменьшения коррозии трубопроводов и отложений на их внутренних стенках солей жесткости. Главным эффектом является снижение солевой нагрузки на установки спецводоочистки (установки очистки жидких отходов). Таким образом, соли извлекаются еще до их попадания в общую среду с радионуклидами.

На основании разработанных и использованных в НИТИ им. А.П. Александрова установок водоподготовки и спецводоочистки можно сделать вывод, что обратноосмотическая очистка технической воды существенно улучшает условия эксплуатации и снижает соленость. Дополнительные затраты на предварительное обессоливание технической воды компенсируются снижением расходов на переработку отходов и в конечном итоге способствуют сокращению объема твердых отходов вследствие уменьшения содержания балластных солей, подлежащих захоронению. В технологии переработки отходов существенным фактором снижения энергозатрат является операция их предварительного обратноосмотического концентрирования.

Разработанные модульные мембранно-сорбционные установки, применяемые в настоящее время для очистки маломинерализованных низко активных отходов, имеют производительность 0,5–2 м3/ч при сравнительно небольших габаритах и массе (размер обратноосмотического модуля 1050х700х1800 мм, масса нетто 180 кг.) Они могут обеспечивать в необходимых объемах, как водоподготовку, так и спецводоочистку (до 4000–15000 м3/год). В первом случае достаточными являются только мембранные модули.

Ионообменный способ очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси минерального и органического происхождения, получает все большее распространение, так как он позволяет регенерировать ценные вещества и глубоко очищать воду перед ее повторным использованием в оборотных системах водоснабжения. Ионообмен целесообразен как завершающая стадия доочистки и корректировки оборотной воды, а также для полного извлечения и утилизации токсичных веществ.

Адсорбционный метод – один из наиболее доступных и эффективных способов глубокой очистки от растворенных органических веществ. Применяя активные сорбенты, можно полностью очистить воду от органических примесей, даже при весьма малых их концентрациях, когда другие приемы очистки неэффективны.

Химические (реагентные) методы применяют главным образом для обезвреживания и удаления неорганических примесей. К реагентным методам относятся нейтрализация кислот и щелочей, переведение ионов в малорастворимые соединения, соосаждение неорганических веществ. Химические методы характеризуются высокими расходными коэффициентами по реагентам и громоздкой аппаратурой, особенно отстойной. Помимо небольших экономических показателей недостатком реагентного метода является образование новых соединений – осадков, которые приходится направлять в накопители осадков и на шламовые площадки, т.е. дополнительно загрязнять почву и занимать земельные участки отвалами.

В результате рассмотренных способов очистки выбираем ионообменную очистку, так как именно этот способ позволяет более глубоко очищать воду. Сначала из воды удаляют грубодисперсные и коллоидные частицы, а затем – ионизированные примеси (химическим обессоливанием воды).

Осветление воды, называемое предварительной очисткой, осуществляют в основном осаждением, в результате которого из воды выделяются примеси в виде осадка. К осаждению относят процессы коагуляции и известкования, проводимые, как правило, в осветлителе. Из обрабатываемой воды выделяется основная масса осадка, состоящего из хлопьевидных образований с включенными в них коллоидными и грубодисперсными примесями. Окончательную очистку воды от осадка производят фильтрованием, оборудование для которого также относится к предочистке. Физико-химический процесс укрупнения коллоидных частиц за счет их слипания, который завершается выделением вещества в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием, называется коагуляцией.

Обработку воды гашеной известью – гидрооксидом кальция – называют известкованием. При известковании достигают частичного умягчения воды. Коагуляцию и известкование осуществляют в осветлителях.

Вода, прошедшая обработку в осветлителях, содержит 10–20 мг/кг грубодисперсных примесей, которые должны быть удалены перед последующими технологическими стадиями водообработки. В период весенних и осенних паводков в 1 кг воды поверхностных водоемов содержание грубодисперсных примесей колеблется от несколько единиц миллиграммов до нескольких сотен, эти примеси должны быть удалены при использовании воды для технических целей фильтрованием.

1.1.2 Конструкции фильтров

В реальных условиях работы механических фильтров, диаметр зерен фильтрующей загрузки которых составляет примерно 0,5 мм и более (крупнозернистые загрузки), высота фильтрующего слоя близка к минимальной высоте фильтрующего слоя, хотя высота слоя в фильтрах составляет иногда около 2 м. Эти фильтры получили название насыпных фильтров.

При уменьшении диаметра поровых каналов (диаметра зерен фильтрующей загрузки) можно создать условия чисто поверхностного фильтрования. В этом случае не требуется высоких слоев фильтрующего материала. Тонкослойные фильтры с мелкозернистым фильтрующим слоем (dср ~ 0,05 мм) называют намывными фильтрами. Поскольку реальные взвеси имеют определенный спектр дисперсности, нижняя граница которого всегда меньше среднего диаметра поровых каналов загрузки намывных фильтров, рассмотренный выше механизм имеет место и при работе намывных фильтров. Разница между намывными и насыпными фильтрами заключается в том, что при работе последних задерживаемая взвесь скапливается выше верхней границы загрузки только к концу работы фильтра, а при работе первых – с самого начала, т.е. насыпные фильтры, работают в основном режиме объемного фильтрования, постепенного переходящего в поверхностное, а намывные работают, главным образом, в режиме поверхностного фильтрования, сопровождающегося объемным.

Намывные механические фильтры получили свое название от процесса загрузки в них фильтрующего материала, который перед началом фильтрования подается на намывной фильтр в виде концентрированной суспензии. Твердые частицы этой суспензии отделяются от ее жидкой фазы на специальной фильтровальной перегородке. Накапливаясь на последней, частицы суспензии создают слой определенной высоты, зависящий от концентрации и времени прокачки исходной суспензии. Процесс этот принято называть намывом. По окончании намыва в фильтр подают очищаемую воду. Задержание взвешенных в этой воде частиц происходит уже не на фильтровальной перегородке, а на ранее намытом фильтрующем слое.

Резкое количественное изменение геометрических характеристик фильтрующих слоев в намывных механических фильтрах неизбежно влечет за собой качественное изменение процесса задержания взвешенных в очищаемой воде частиц.

Обычно максимальный размер частиц, взвешенных в контурных водах АЭС, для очистки которых чаще всего используют намывные фильтры, не превышает (1,5 – 2).10-6 м. Поэтому при работе намывных фильтров наряду с образованием конгломератов из задерживаемых на поверхности поровых каналов частиц улавливаемой взвеси возможно также и образование <<сводиков>> из крупных частиц взвести (dr > 0,1 dэ) непосредственно на входе в поровые каналы слоя. Кроме того, из-за малой скорости фильтрования, применяемой в намывных механических фильтрах, рост конгломератов может происходить вплоть до полной закупорки порового канала слоя. Следовательно, начавшийся на высоте 3,2×10-3 мм рост конгломератов приведет к полной закупорке поровых каналов практически уже в лобовом слое. Из изложенного вытекает основная особенность задержания взвесей мелкодисперсным слоем: процесс протекает, главным образом, по механизму поверхностного фильтрования.

Задерживаемые мелкозернистым фильтрующим слоем частицы образуют на его поверхности собственный фильтрующий слой, называемый вторичным фильтрующим слоем, который сразу же становится основным источником гидравлического сопротивления. Темп рост сопротивления возрастает с ростом скорости фильтрования и концентрации взвешенных частиц в очищаемой воде. Поэтому при больших концентрациях частиц, характерных, например, для осветленной после коагуляции или известкования воды, применение намывных фильтров нецелесообразно из-за слишком быстрого роста перепада давления, cводящего к минимуму период работы фильтра. Небольшие периоды работы фильтра неэкономичны не только потому, что требуют для непрерывной очистки потока воды большого количества резервных площадей фильтрования, подключаемых к работе в момент смыва и намыва материала на основные фильтры, но также и из-за увеличенного при этом расхода фильтрующего материала, который на намывных фильтрах вследствие трудности отделения его от уловленных частиц взвеси используется однократно. Поэтому-то намывные фильтры и применяются только для очистки конденсатов и контурных вод, где концентрация твердых продуктов коррозии железа не превышает в период нормальной работы 100 – 50 мкг/кг.

1.1.3 Ионообменные материалы

Ионообменные материалы, нашедшие в настоящее время широкое применение в технологии водоприготовления для нужд АЭС, представляют собой синтетические высокомолекулярные соединения кислого или основного характера. Материалы эти получают либо путем поликонденсации исходных мономеров, либо путем их сополимеризации.

1.2 Патентные исследования

Задачи патентных исследований: исследование тенденций развития химической водоочистки ионообменным способом на Атомной Электростанции с целью обоснования технико-экономических показателей и уменьшения объема отработанной смолы.

RU (11) 2239605 (13) С1

(51) 7 С 02 F 1/42 // С 02 F 103:04

(21) 2003129557 // 15 (22) 07.10.2003

(24) 07.10.2003

(72) Зройчиков Н.А. (RU), Храмчихин А.М. (RU), Чернов Е.Ф. (RU), Никитин И.В. (RU)

(73) Общество с ограниченной ответственностью фирма «Партнер С.П.» (RU)

Адрес для переписки: 115569, Москва, ул. Домодедовская, 6, корп. 2, кв. 84, И.В. Никитину

(54) Способ очистки воды от анионов сильных кислот

(57) Способ очистки воды от анионов сильных кислот (соляной, серной, азотной) на пористом анионите смешанной основности, отличающийся тем, что используют анионит, получающийся последовательными реакциями хлорметилирования и аминирования макропористого сополимера стирола и дивинилбензола, в котором содержание групп низкой и высокой основности соответствует соотношению 9–17:1, а значение рН обрабатываемой воды не должно превышать 5,0.

RU (11) 2241542 (13) С1

(51) 7 В 01 J 49/00, С 02 F 1/42 //C 02 F 103:04

(21) 2003127008/15 (22) 05.09.2003

(24) 05.09.2003

(72) Пантелеев А.А. (RU), Углов С.А. (RU), Громов С.Л. (RU), Федосеева Е.Б. (RU)

(73) ЗАО «Научно-производственная компания «Медиана-Фильтр» (RU)

Адрес для переписки: 193318, Санкт-Петербург, ул. Подвойского, 14, корп. 1, кв. 741, пат. пов. В.А. Кузнецову

(54) Способ регенерации ионитов

(54) 1. Способ регенерации ионитов в фильтрационных процессах типа «UPCORE», включающий в себя стадию зажатия слоя ионита потоком жидкой среды, направленным снизу вверх, стадии регенерации, гравитационного осаждения и отмывки ионитов от остатков регенерирующего раствора, отличающийся тем, что перед стадией зажатия через фильтр в направлении сверху вниз пропускают обрабатываемую жидкость с линейной скоростью, превышающей среднее эксплутационное значение на 5–250%.

RU (11) 2220907 (13) C2

(51) 7 C 01 D 7/18, G 05 D 21/00

(21) 2001118473/15 (22) 04.07/2001

(24) 04.07.2001

(72) Молчанов В.И., Олесюк В.И., Кухтенков К.М., Баранов А.А., Титов В.М., Воронин А.В., Гареев А.Т., Карпов В.Г.

(73) Государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химии, Открытое акционерное общество «?»

Адрес для переписки: 61002, г. Харьков-2, ул. Мироносицкая НИОХИМ, зам. директора В.Ф. Аннопольскому

(54) Устройство для автоматического контроля и распределения потоков известкового молока из общего коллектора по параллельно работающим аппаратам

(57) Устройство для автоматического контроля и распределения потоков известкового молока из общего коллектора по параллельно работающим аппаратам, содержащее датчики расхода известкового молока, связанные с регуляторами расхода известкового молока регулятор значений рН в жидкости из смесителя, отличающееся тем, что к выходу датчика общего расхода известкового молока формирующие цепочки подключены регуляторы расхода известкового молока и регулирующие органы по основному и дополнительному потокам, формирующая цепочка для основного потока состоит из блока слежения-запоминания и блока суммирования, формирующая цепочка для дополнительного потока состоит из блока слежения-запоминания, блока суммирования и блока запоминания, выход которого подключен C 02 F 1/64, 1/42 // (C 02 F 1/42, 101:20), 103:36

(21) 2002100366/15 (22) 08.06.2000

(24) 08.06.2000

(31) 9907790

(32) 15.06.1999 (пп. 1–13)

(33) FR

ко второму входу сумматора в формирующей цепочке основного потока, второй вход регулятора расхода известкового молока по основному потоку подключен к сумматору, входы которого связаны с выходами датчика расхода фильтровой жидкости и регулятора значений рН в жидкости из смесителя, второй вход регулятора расхода известкового молока по дополнительному потоку подключен к сумматору, два входа которого связаны с выходами регулятора концентрации NH3 в парогазовой смеси из испарителя и формирующей цепочки расхода известкового молока по основному потоку, входы блоков слежения-запоминания и переключения связаны с выходами командного блока мультивибратора, управляющего процессом формирования переменных для регуляторов расхода известкового молока по основному и дополнительному потокам и переключателя, закрывающего заслонку на дополнительном потоке.

RU (11) 2226429 (13) C2

(51) 7 B 01 J 39/12, 38/74, C 07 C 51/31,

(85) 15.01.2002

(86) PCT/FR 00/01587 (08.06.2000)

(87) PCT/WO 00/76661 (21.12.2000)

(72) Готтелан Патрис (FR), Ложетт Себастьян (FR)

(73) Родиа Полиамид Интермедиэйтс (FR)

(74) Егорова Галина Борисовна

Адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Б. Спасская, 25, стр. 3, ООО «Юридическая фирма Городисский и Партнеры», пат. пов. Г.Б. Егоровой

(54) Селективное отделение железа обработкой ионообменной смолой, содержащей группы дифосфоновых кислот

(57) 1. Способ селективного отделения железа, содержащегося в растворе, в присутствии ионов ванадия и других ионов металлов, содержащихся в катализаторах окисления органических соединений, заключающийся в том, что раствор обрабатывают ионообменной смолой, содержащей группы дифосфоновой кислоты, в кислой среде.

Способ по п. 1, отличающийся тем, что ионообменная смола содержит сульфонильные группы.

1. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расвор, содержащий ионы металлов, имеет рН ниже 3.

2. Способ по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что упомянутый раствор получен в процессе окисления органических соединений в присутствии катализатора.

3. Способ рециркулирования катализатора на реакцию окисления органического соединения, протекающего в присутствии катализатора, содержащего металлические элементы, в том числе ванадий, заключающийся в том, что раствор, содержащий катализатор и полученный после отделения по крайней мере соединений, образующихся после окисления, обрабатывают ионообменной смолой, содержащей группы дифосфоновой кислоты, для связывания железа, находящегося в этом растворе, и таким образом обедненный железом раствор рециркулируют на реакцию окисления в качестве каталитического раствора.

1. Способ по п. 5, отличающийся тем, что ионообменная смола содержит сульфонильные группы.

2. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что реакцию окисления проводят с использованием в качестве окисляющего агента соединения, выбираемого из группы, включающей кислород, воздух, пероксиды, перекись водорода, азотную кислоту.

3. Способ по одному из пп. 5–7, отличающийся тем, что реакцией окисления является реакция окисления спиртов и / или кетонов до карбоновых кислот.

4. Способ получения адипиновой кислоты окислением циклогексанола и / или циклогексанона в присутствии катализатора на основе металлических элементов, отличающийся тем, что он состоит в обработке раствора, образующегося в процессе окисления и содержащего катализатор, после отделения образовавшейся адипиновой кислоты с помощью ионообменной смолы, содержащей дифосфоновые группы, с целью понижения в этом растворе содержания железа и повторного использования этого раствора с пониженным содержанием железа в качестве катализатора реакции окисления.

5. Способ по п. 9, отличающийся тем, что катализатором окисления является катализатор на основе меди и ванадия.

6. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что содержащий катализатор раствор является раствором азотной кислоты, получаемым при элюировании ионообменной смолы, которая позволяет отделить ионы металлов от карбоновых кислот, образующихся в качестве побочных продуктов реакции окисления циклогексанола и / или циклогексанона до адипиновой кислоты.

7. Способ по любому из пп. 9–11, отличающийся тем, что ионообменную смолу, содержащую группы дифосфоновой кислоты, регенерируют кислотным раствором.

8. Способ по п. 12, отличающийся тем, что регенерацию смолы проводят с помощью кислоты, отличной от азотной, после чего эту регенерированную смолу перед ее повторном использованием кондиционируют раствором азотной кислоты или промывкой водой.

1.3 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

Вода – самое распространенное химическое соединение. Угол связи в молекуле воды НОН равен 1050; межъядерное расстояние О ↔ Н составляет 0,97 А0; Н ↔ Н – 1,63 А0 дипольный момент равен 1,87х 10-18 эл. ст. ед. Сильный дипольный характер молекул воды обуславливает особую склонность воды образовывать продукты присоединения.

Химически чистая вода является очень слабым электролитом и диссоциирует на ионы Н+ и ОН- в незначительном количестве Н2О ↔ Н+ +ОН- Вода может проявлять и кислые и основные свойства. Одним из основных показателей качества воды является водородный показатель. Растворы, в которых концентрация водородных и гидроксильных ионов одинаковы и каждая из них равна 10-7 г– ион /кг называется нейтральными. В кислых растворах преобладает концентрация водородных ионов, в щелочных – гидроксильных, то есть степень кислотности или щелочности можно характеризовать концентрацией водородных ионов. Для выражения кислотности или щелочности пользуется водородным показателем.

Являясь слабым электролитом, вода способна проводить электрический ток. Удельная электропроводимость водорода характеризует содержание в воде различных примесей, находящихся в ионном состоянии и зависит от температуры.

Другим показателем, характеризующим свойства водных растворов является окислительно-восстановительный потенциал. Он характеризует окислительно-восстановительное равновесие в водном теплоносители, влияет на ряд процессов, в частности на режим образования и растворение оксидной пленки (или железо-окисных отложений) при постоянном значении рН. Абсолютно чистой воды практически не существует. Вода является различных веществ неорганического и органического характера, которые попадают в тракт электростанции и создают среду, оказывающую влияние на работу элементов оборудования.

Наличие в воде различных примесей может приводить к образованию в тепловых агрегатах накипных отложений и коррозии.

Исходной водой для ХВО является вода Саратовского водохранилища. На ХВО вода поступает из насосной пруда охладителя, стоящей на реке Березовка.

Таблица 1.3.1. Химический состав исходной воды с реки Березовка

В режиме обессоливания достигается следующее качество обессоленной воды:

1) удельная электропроводимость Н-катионитовой пробы (при температуре 250С);

2) соединения натрия – 5 мкг/кг (в пересчете на натрий);

3) кремниевая кислота – 15 мкг/кг (в пересчете кремниевой кислоты);

4) соединения железа – 15 мкг/кг (в пересчете на железо);

5) соединения меди –5 мкг/кг (в пересчете на медь).

Вспомогательные материалы.

В качестве фильтрующего материала во всех ионообменных фильтрах используются ионообменные смолы: катиониты и аниониты. Они представляют собой высокомолекулярные органические вещества трехмерной структуры, практически нерастворимые в воде и обратимо обменивающие ионы, входящие в их состав, на эквивалентное количество других ионов того же знака, находящиеся в растворе. При существенных различиях в химическом составе и структуре для всех ионитов характерен один и тот же принцип построения: они имеют каркас, несущий избыточный заряд, и подвижные противоионы. У ионообменных смол каркас, называемый матрицей, состоит из высокополимерной пространственной сетки углеводородных цепей в отдельных местах, которой закреплены функционально-активные гидрофильные группы. Между углеводородными цепями есть поперечные связи (мостики), препятствующие разъединению цепей, но допускающие их деформацию.

С течением времени в слое работающего материала в результате его постепенного разрушения может накапливаться все больше и больше мелкой фракции, от которой слой ионита частично освобождается при взрыхлении. Основной причиной разрушения товарных фракций ионитов являются знакопеременные напряжения, возникающие в зерне ионита при его работе. В рабочем цикле зерна ионитов сжимаются. При проведении регенерации зерна ионитов расширяются. И набухание, и сжатие происходят под действием осматического давления воды. Это в свою очередь приводит к появлению в зерне микротрещин, которые в конечном результате приводят к раскалыванию зерна ионита. К раскалыванию треснувшего зерна ведут также и механические нагрузки, происходящие в процессе трения зерен друг о друга или о стенки аппаратов или трубопроводов, а также имеющие место при взрыхлении или гидравлических перегрузках ионитов.

Способность ионитов сохранять неизменным товарный фракционный состав принято характеризовать двумя показателями: осмотической стабильностью и механической прочностью. Оба эти показателя являются крайне важными, поскольку измельчение ионитов и последующий постоянный вынос мелких фракций при взрыхлении слоя сокращают срок их использования и повышают стоимость очищаемой воды.

Способность к ионному обмену обусловлена наличием в ионитах функциональных групп. У катионов эти группы носят кислотный характер, у анионитов – основной. По сродству функциональных групп катионы и анионы делятся на сильные и слабые. Катионы, содержащие сульфогруппы, являются сильнокислотными, называются универсальными и маркируются буквами КУ. Катиониты, содержащие карбоксильные группы, являются слабокислотными, называются буферными и маркируются буквами КБ. Сильнокислотные катиониты осуществляют обмен ионов в широкой области значений рН, тогда как слабокислотные в кислой области резко уменьшают способность ионов к обмену. Анионы, содержащие аминогруппы, являются слабоосновными и маркируются буквами АВ. Слабоосновные аниониты успешно осуществляют ионный обмен лишь в кислых средах, тогда как у высокоосновных обмен анионов происходит в широкой области значений рН.

1.4 Описание технологического процесса

Одним из основных факторов, способствующих повышению эффективности процессов осаждения, является подогрев воды. Основными причинами благоприятного воздействия повышенной температуры воды являются ускорение процессов кристаллизации твердой фазы, улучшение отделения осадка вследствие уменьшения вязкости воды и возрастание скорости химических реакций.

Исходная вода из реки Березовка подается на собственные нужды АЭС, в том числе для приготовления добавочной воды на химводоочистку. Вода проходит предварительный подогрев на теплообменниках «грязного» конденсата. На этой стадии происходит теплообмен между исходной (сырой) водой и конденсатом дренажных баков с машзалов энергоблоков №1–4, который откачивается в бак «грязного» конденсата ХВО. Далее производится нагрев исходной воды паром с коллектора собственных нужд АЭС на подогревателе сырой воды () до температуры 30±10С, после чего исходная вода подается на осветлители ВТИ-400 () производительностью 400 м3/ час, где и происходит процесс умягчения воды.

Исходная вода по двум трубопроводам диаметром 600 мм входит в объединенный вспомогательный корпус помещения химводоочистки. Проходит последовательный подогрев в охладителях грязного конденсата () и охладителях конденсата (). Они представляют собой кожухотрубные двухходовые теплообменники вертикального типа, основными узлами которого являются: корпус, трубная система; входная поворотная и выходная водяные камеры.

Внутри корпуса аппарата расположены стержни и перегородки для увеличения площади теплоотдачи конденсата подогреваемой воды. Корпус имеет сильфонный компенсатор, предназначенный для компенсации тепловых расширений корпуса. Внутри корпуса аппарата на входе конденсата в охладитель находится пароотбойный щит, предназначенный для равномерного распределения потока внутри межтрубного пространства.

Окончательный подогрев исходной воды происходит в подогревателях сырой воды (). Представляет собой кожухотрубный теплообменник вертикального типа с поверхностью нагрева 125 м2, основными узлами которого является: корпус, трубная система, верхняя и нижняя водяные камеры. Корпус состоит из цилиндрической обечайки, к нижней части которой приварено штампованное элептическое днище, а верхней части – фланец для соединения с трубной системой и верхней водяной камерой. В верхней части цилиндрической обечайки расположен патрубок подвода пара, а ниже располагается патрубок подвода конденсата греющего пара из подогревателей с более высоким давлением (отглушек), патрубок отсоса воздуха, муфты для подсоединения водоуказательного стекла, а также патрубки для подсоединения датчика регулятора уровня конденсата в корпусе. К элептическому днищу приварен фланец, предназначенный для подсоединения трубопровода выхода конденсата. Трубная система состоит из двух трубных досок, каркаса, прямых теплообменных труб, концы которых развальцованы в трубных досках. Каркас трубной системы имеет поперечные сегментные перегородки, которые направляют поток пара в корпусе и, одновременно, служат промежуточными опорами для теплообменных трубок. Для предохранения теплообменных трубок от разрушительного действия струи пара против пароподводящего патрубка установлен отбойный щит.

Верхняя водяная камера состоит из цилиндрической обечайки, к верхней части которой приварена штампованная эллиптическое днище, а к нижней части приварен фланец для соединения с трубной системой и корпусом. Водяная камера снабжена патрубками подвода и отвода сырой (технической) воды. Внутренний объем камеры разделен перегородками на отсеки, благодаря которым вода совершает необходимое количество ходов.

Нижняя водяная камера состоит из штампованного эллиптического днища и фланца для соединения с трубной системой. В нижней части днища имеется муфта.

Начальный этап очистки воды – предочистка – необходим для улучшения технико-экономических показателей последующих этапов очистки воды, а также потому, что при отсутствии предочистки применение многих методов на последующих ступенях очистки встречает значительные затруднения.

Наличие различных примесей в исходной воде является причиной приготовления воды для подпитки и заполнения контуров в несколько стадий. Сначала из воды удаляются грубодисперсные и коллоидные частицы методом осаждения, к которому относят процессы коагуляции и известкования, проводимые в осветлителе.

В настоящее время предочистка воды производится в осветлителях со взвешенным слоем осадка. Вся масса частиц твердой фазы в этом слое находится в состоянии динамического равновесия с подаваемым снизу потоком воды. Взвешенные в потоке частицы твердой фазы находятся в непрерывном хаотическом движении, однако сам взвешенный слой в целом неподвижен.

Исходная вода поступает через распределительное устройство в воздухоотделитель, оттуда по отводящей линии через регулирующее сопло направляется в смесительную часть нижнего конуса осветлителя. Сюда же подается известковое молоко и раствор коагулянта. Перемешивание воды и реагентов обеспечивается за счет тангенциального подвода воды в коническую часть корпуса. Регулирующее сопло позволяет менять скорость поступления воды в смесительную часть корпуса. По мере подъема обрабатываемой воды в осветлителе вращательное движение гасится благодаря наличию вертикальных успокоительных перегородок и смесительной решетки. В результате взаимодействия введенных реагентов с обрабатываемой водой выделяется осадок (шлам). Шлам поддерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком воды и образует контактную среду, наличие которой ускоряет и улучшает процессы очистки воды. Обработанная вода, пройдя верхнюю распределительную решетку, через сборный короб выводится из осветлителя в промежуточный бак. Выделившийся в шламонакопителе осадок частично уплотняется и дренируется с продувочной водой. Продувка шламоуплотнителя осуществляется непрерывно или периодически небольшими порциями. Песок, скапливающийся в конусе днища осветлителя, периодически удаляется через дренаж осветлителя.

Осветлители со взвешенным слоем обладают по сравнению с осаждением взвеси из горизонтального потока воды в отстойниках следующими преимуществами: ускоряется процесс хлопьеобразования за счет каталитического влияния ранее сформированной взвеси и интенсификации массообмена, улучшаются гидравлические условия отделения твердой фазы, снижается расход реагентов вследствие более полного использования адсорбционных свойств осадка.

Осветлитель представляет собой стальной сосуд, установленный вертикально на кольцевой опоре. Верхняя цилиндрическая часть корпуса соединена при помощи конического перехода с нижней цилиндрической частью, к которой приварено коническое днище. В коническом днище установлено устройство для регулирования скорости подачи исходной воды в зону смешения с реагентами – съемное сопло.

Внутри корпуса в верхней его части установлено: устройство для удаления воздуха с распределительной системой, называемой воздухоотделителем; устройство для равномерного отвода осветленной воды в приемные баки и кольцевой сборный желоб с отводящей камерой (сборный короб).

В средней части осветлителя находятся вертикальные перегородки и горизонтальная решетка с отверстиями диаметром 100 мм.

Внутри корпуса осветлителя установлено устройство приема и уплотнения образующегося в процессе работы шлама – шламоуплотнитель. Шламоуплотнитель представляет собой цилиндр с коническим днищем.

Для отвода отстоявшейся воды из шламоуплотнителя в верхней части его

корпуса внутри имеется сбор кольцевой коллектор с отводящей трубой. Отвод воды («отсечка») осуществляется в основную отводящую камеру осветлителя.

Нижняя коническая часть шламоуплотнителя оборудована отводящей трубой для сбора шлама в режиме непрерывной продувки осветлителя. Аналогическое устройство выполнено в коническом днище осветлителя для периодической продувки.

Для контроля за процессом обработки воды осветлитель снабжен пробоотборными устройствами.

На ХВО установлены два осветлителя, один из которых находится в работе, другой – в ремонте или резерве. После умягчения в осветлителе вода собирается в двух промежуточных баках, емкостью 630 м3 каждый для дальнейшей очистки.

Коллоидные частицы имеют малые размеры, а природная вода, содержащая их, отличается высокой устойчивостью. Это означает, что коллоидные частицы не способны к самопроизвольному слипанию и не выделяются из воды в виде твердой фазы. Причиной этого является то, что все коллоидные частицы данного вещества (глина, органические вещества) несут одноименный электрический заряд (обычно отрицательный), препятствующий их сближению и объединению в хлопьевидные относительно крупные агрегаты.

Эффективным способом коагуляции (укрупнения) является обработка коллоидных растворов специальными реагентами (коагулянтами). При определенной дозировке коагулянтов в воде образуется новая коллоидная система, частицы которой несут противоположенный по знаку природным коллоидным частицам заряд (обычно положительный). Это вызывает взаимную коагуляцию природных и вновь образованных коллоидных частиц.

После ввода в природную воду определенной дозы коагулянта вначале происходит помутнение воды, затем с течением времени образуются рыхлые видимые глазом хлопья, оседающие вниз и увлекающие за собой грубодисперсные примеси. При этом наблюдается увеличение прозрачности исходной воды.

В качестве коагулянта на ХВО используется закисное сернокислое железо (железный купорос) – FeSO4*7H2O.

В упрощенном виде этот процесс можно разбить на несколько этапов:

1) растворение и электролитическая диссоциация

FeSO4 ↔ Fe+2 + SO4;

2) образование гидроксидов

Fe+2 + 2H2O ↔ Fe (OH)2 + 2H+;

3) переход двухвалентного гидрооксида железа в трехвалентный при взаимодействии с растворенным в воде кислородом

4Fe (OH)2 + O2 + 2H2O → 4 Fe (OH)3;

4) нейтрализация образующихся при гидролизе ионов водорода бикарбонатами (щелочностью) природной воды

H+ + HCO3 → H2CO3 → CO2↓ + H2O.

Обработка воды гашеной известью гидрооксидом кальция Ca(OH)2, называется известкованием. Основное назначение известкования – снижение бикарбонатной щелочности воды. Одновременно с этим уменьшаются жесткость, солесодержание, концентрации грубодисперстных примесей, соединений железа и кремневой кислоты. Повышение рН воды с целью снижения бикарбонатной щелочности производится гашеной известью, которая подается в воду в виде суспензии (известкового молока).

Процесс известкования основан на том, что щелочность природной воды обусловлена в основном ионами НСО3, находящимися в химическом равновесии, зависящим от значения рН, с недиссоциированной угольной кислотой и карбонат-ионами. При вводе гашеной извести СаО, снижение щелочности достигается повышение рН воды более 10,0 выводом образующихся карбонат-ионов в составе трудно растворимого вещества СаСО3. В общем виде процесс известкования состоит из следующих стадий:

1) диссоциации, приводящей к повышению рН

Са(ОН)2 ↔ Са+2 + 2ОН -,

2) гидратации свободной углекислоты и последующей диссоциации по схеме

СО2 + Н2О + 2ОН- → СО32- + 2Н2О,

3) диссоциации бикарбонат-ионов, присутствующих в воде и определяющих ее щелочность

НСО3- + ОН- → СО32- + Н2О,

4) выделения в твердую фазу ионов Са+2 (содержащихся в исходной воде и введенных с известью) и СО3-2

Са+2 + СО3-2 → СаСО3↓

при достижении произведения растворимости СаСО3.

При превышении дозы извести над ее количеством, необходимым для декорбонизации, в воде появляется избыточная концентрация гидроксильных ионов и может быть превышено произведение растворимости Mg(OH)2, который в этом случае выделится в твердую фазу:

Mg+2 + 2OH → Mg(OH)2↓.

Эксплуатационный избыток извести выбирается в пределах 0,1–0,2 мг-экв/кг, что определяет наличие в известкованной воде титруемой гидратной щелочности, повышение рН до 10,0–10,3 единиц и практическое отсутствие титруемой бикарбонатной щелочности.

Даже при хорошо налаженном режиме работы осветлителя не удается получить воду без грубодисперсных примесей. Такая вода не может быть направлена на дальнейшую очистку и требует дополнительного осветления. На ХВО это осветление производится при помощи фильтрования воды через механические фильтры. Фильтрование представляет собой сложный процесс очистки воды от грубодисперсных примесей, происходящий при течении воды через пористую среду.

Из промежуточных баков () умягченная вода насосами подается для дальнейшей очистки на механические фильтра. Осветление воды при пропуске через механические фильтра происходит в результате прилипания к частицам зернистой загрузки фильтра грубодисперсных примесей исходной воды под действием молекулярных сил притяжения. Интенсивность прилипания тем больше, чем меньше агрессивная устойчивость частиц. Последняя понижается в результате предварительной обработки воды коагулянтом. Образующиеся при этом хлопья легко прилипают к зернистой загрузке, и достигается высокий эффект осветления при сравнительно большой скорости фильтрования. Для фильтрования воды на ХВО используются четыре механических фильтра, производительностью 180 м3/час каждого. Механический фильтр () вертикальный двухкамерный. Камеры работают параллельно. В качестве фильтрующего материала в основном используется антрацит. В настоящее время механические фильтра ХВО загружены титановой крошкой. Количество работающих фильтров определяется потреблением добавочной воды потребителями. При достижении перепада давления на механическом фильтре между входом и выходом более 1 кгс/см2 фильтр выводится из работы для проведения взрыхляющей промывки противотоком. Окончание промывки определяется по прозрачности.

Осветлительный вертикальный двухкамерный фильтр состоит из корпуса, нижних и верхних распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры и пробоотборных устройств.

Корпус фильтра – целиндрический, сварной из листовой стали, с приваренными эллиптическими штампованными днищами, с глухой плоской межкамерной перегородкой.

К нижнему днищу приварены три опоры для установки фильтра на фундамент. Каждая камера фильтра снабжена двумя люками следующих размеров: диаметр 800 мм и 420 х 320 мм.

Люки предназначены для монтажа верхних и нижних распределительных устройств, загрузки фильтрующего материала, ревизии и ремонта распределительных устройств, а также для периодического осмотра состояния поверхности фильтрующего материала. Плоская перегородка, делящая корпус фильтра по высоте на камеры, скреплена анкерными связями с верхним эллиптическим днищем фильтра. Через анкерные связи, изготовленные из труб, воздух из нижней камеры отводится в верхнюю камеру.

В каждой камере имеются штуцера для крепления распределительных устройств к корпусу фильтра. Верхние дренажно-распределительное устройство предназначено для подвода в фильтр и равномерного распределения по площади поперечного сечения обрабатываемой воды, а также для удаления из фильтра взрыхляющей воды. Распределительное устройство состоит из вертикального коллектора, заглушенного снизу, и радиально расположенных перфорированных распределительных труб, вставленных в отверстие вертикального коллектора. Наружные концы распределитеных труб заглушены и прикреплены к корпусу фильтра. Распределительные трубы установлены отверстиями вверх.

Нижнее дренажно-распределетельное устройство предназначено для обеспечения равномерного сбора отработавшей воды, равномерного распределения по площади поперечного сечения взрыхляющей воды и сжатого воздуха. Оно состоит из вертикального коллектора с заглушенным верхним концом, четырех отводов, вставленных в радиально расположенное отверстие вертикального коллектора под углом к горизонтальной плоскости. Отводы крепятся к вертикальному коллектору с помощью сварки. От каждого отвода также под углом к горизонтальной плоскости отходят перфорированные распределительный трубы, по нижней образующей которых расположены отверстия диаметром 8 мм. Отверстие прикрывают приваренный щелевой желобок с шириной щели 0, 4 мм.

Конструкция фильтра предусматривает наличие слоя воды называемой водяной подушкой, над слоем фильтрующего материала. Водяная подушка необходима для того чтобы обеспечить равномерное распределение воды по площади сечения фильтра и сгладить отдельное потоки воды, выходящей из верхнего дренажно-распределительного устройства. Для отвода воздуха из фильтра при заполнения последнего водой предусмотрена труба (воздушник).

Корпус фильтра изготавливается из углеродистой стали, распределительное устройство из нержавеющей стали.

Вода, прошедшая предочистку, практически не содержит в себе грубодисперстных примесей в значительной степени освобождена от коллоидных. Однако основная часть примесей в истенно-растворенном состоянии остается в этой воде и должна быть удалена из нее. Для этого применяют ионный обмен.

Сущность ионного обмена заключается в использовании способности некоторых специальных материалов (ионитов) изменять в желаемом направлении ионный состав примесей воды. Технологически очистку воды методом ионного обмена осуществляют путем фильтрования воды через промышленные фильтры, загруженные ионитами. Для удаления из воды катионов применяют катиониты, находящиеся в Н+ – форме. Очистку воды от анионов производят с помощью анионов, находящихся в ОН- – форме.

Способность ионитов к ионному обмену объясняется их строением. Любой ионит состоит из твердой основы (матрицы), на которую тем или иным способом нанесены функциональные специальные группы, способные при помещении ионита в раствор к образованию на поверхности ионита потенциалообразующих ионитов, то есть к возникновению заряда.

Ионообменные материалы, имеющие широкое применение в технологии водоподготовки АЭС, представляют собой синтетические высокомолекулярные соединения кислого или основного характера. Материалы эти получают либо путем поликонденсации исходных мономеров, либо путем их сополимеризации. Обычно средний диаметр зерен ионитов колеблется от 0.3 до 2.0 мм.

Процесс очистки воды на катионите называют катионированием. При Н --катионировании происходит обмен всех катионов, находящихся в воде, на катион водорода, находящийся в катионите. Качество работы Н- – катионированного фильтра контролируют по кислотности или концентрации катиона Na+ в фильтрате. Фильтр отключают при появлении катионов Na+ в фильтрате в заданной концентрации. Процесс очистки воды на анионите носит название анионирование. При анионировании происходит обмен анионов, содержащихся в воде, на анион, находящийся в анионите. Процесс ОН --анионирования на слабоосновных анионах представляет собой главным образом обмен анионов сильных кислот. Процесс ОН --анионирования на сильноосновном анионите представляет собой обмен всех ионов, содержащихся в обрабатываемой воде, на ион ОН -, находящийся в анионите.

Для подготовки добавочной воды на ХВО применяют схему глубокого химического обессоливания, которая состоит из последовательно расположенных фильтров первой и второй ступеней. В первую ступень очистки входят фильтры Нпр (предвключенный), Н1 – загруженные сильнокислотным катионитом Пьюролайт (SGC 100х10); а также фильтр А1 – загруженный слабоосновным анионитом Пьюролайт (А-847), Амберлайт (IRA-70 RF). При Н --катионировании на первой ступени одновременно с основным процессом происходит разрушение бикарбонатной щелочности воды. Во вторую ступень очистки входят фильтр Н2 – загруженный сильнокислотным катионитом Пьюролайт и фильтр А2 – загруженный сильноосновным анионитом Пьюролайт (SGA-600), основной задачей которого является удаление кремниевой кислоты из воды.

Осветленная вода после механических фильтров подается на водород-катионитовые фильтры, Нпр и Н1 ступени, загруженные катионитом. В Н-катионитовых фильтрах происходит замена основного количества содержащихся в воде катионов Са+, Mg+2 и частично Na+ эквивалентным количеством катионов водорода, находящихся в катоните.

Далее фильтрат подается на анионитовый фильтр 1 ступени, загруженный слабоосновным анионитом, обеспечивающий удаление из воды анионов сильных кислот (NO-3. Cl- SO4-2).

Далее фильтрат подается на Н-катионитовый фильтр 2 ступени, где происходит глубокая замена всех, содержащихся в воде катионов эквивалентным количеством водорода. Учитывая различную способность Са+2, Mg+2. Na+ к ионному обмену, вторая ступень в основном поглощает Na+.

Далее фильтрат подается на анионитовый фильтр второй ступени, способным удалять из воды анионы как сильных, проскочивших анионитовый фильтр первой ступени, так и слабых кислот (анионы кремнекислоты HsiO-3 и углекислоты НСО-3).

Для восстановления способности отработавшего ионита к обмену проводят регенерацию. Регенерация Н--катионного фильтра производится раствором серной кислоты, как наиболее дешевой и удобной в эксплуатации. Серьезным ограничением при регенерации серной кислотой является возможное загипсование катионита. Поэтому регенерацию катионита производят двумя порциями. Первую порцию регенерационного раствора серной кислоты пропускают с концентрацией 1.5%, а вторую порцию регенерационного раствора серной кислоты пропускают с концентрацией 4.0%. Регенерация анионитовых фильтров производится 4.0% раствором едкого натра. Для существенного снижения расхода реагентов применяют противоточную регенерацию фильтров. На ХВО расположены пять установок химического обессоливания воды, производительностью 140 м3/час каждая. Одна установка химического обессоливания воды работает только на переработке конденсата дренажных баков турбинных отделений энергоблоков №1–4, который собирается в баке «грязного» конденсата, расположенный на ХВО.

Окончательная очистка воды производится в фильтрах смешанного действия – ФСД (). При этом поток воды проходит через слой перемешанных зерен сильнокислотного катионита в Н- – форме (Амберсеп 252 Н) и высокоосновного анионита в ОН - – форме (Амберсеп 900 ОН). Переходящие в процессе ионного обмена в воду ионы Н+ и ОН – образуют воду, способствуя этим углублению степени очистки воды. При обработке вода поступает в фильтр через верхнее сборно-распределительное устройство, фильтруется через смесь катионита и анионита и далее отводится из фильтра с помощью нижнего сборно-распределительного устройства. Отключение ФСД на регенерацию производится по одному из следующих показателей: проскоку соединений кремневой кислоты или иона натрия; превышению заданной удельной электрической проводимости. Для регенерации ФСД применяют способ внутренняя регенерация. В качестве реагентов используют 4.0%-ные растворы серной кислоты и едкого натра.

Химическая сущность процесса обессоливания.

Н-катионирование протекает по реакции:

R-к H+ + K+ + A- = R-кК+ + Н+ +А+.

ОН–анионирование протекает по реакции:

R+AOH- + K+ + A- = R+AA- + K+ + OH-;

где R-K – высокомолекулярная матрица катионита.

R-A – высокомолекулярная матрица анионита.

К+ – катионы среды.

А- – анионы среды.

В процессе работы иониты истощаются, то есть теряют способность к поглощению ионов. Для восстановления поглощающей способности катионита и анионита производится регенерация их растворами кислоты (для катионитовых фильтров) и щелочи (для анионитовых фильтров), при этом происходит ионный обмен по реакциям: для катионита

CaR2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HR

MgR2 + H2SO4 → MgSO4 + 2HR

2NaR + H2SO4 → Na2SO4 + 2HR

для анионита

A2SO4 + NaOH → 2AOH + Na2SO4

ACl + NaOH → AOH + NaCl

ANO3 + NaOH → AOH + NaNO3.

Полученная глубокообессоленная вода после ФСД собирается в двух баках запаса конденсата () объемом 1000 м3 каждый. Из этих баков химообессоленная вода насосами подается потребителям. Основными потребителями химообессоленной воды являются турбинные отделения энергоблоков №1–4. Также химообессоленная вода используется на нужды ХВО, СВО и реакторных отделений энергоблоков №1–4.

Устройство фильтра.

Ионообменные фильтры всех цепочек однотипные, марка фильтров ФИПа – 3,4–0,6. Фильтр состоит из корпуса, нижнего и верхнего распределительного устройства, трубопроводов, арматуры, устройств для отбора проб воды на химический анализ. Корпус фильтра снабжен двумя люками. Верхний люк предназначен для загрузки фильтрующего материала, осмотра и ремонта элементов верхнего распределительного устройства, а также для контроля за состоянием поверхности фильтрующего материала.

В верхней части фильтра к корпусу приварен штуцер с фланцем для гидравлической загрузки фильтрующего материала. В нижней части фильтра – для гидравлической выгрузки фильтрующего материала.

Для отвода воздуха из фильтра, при заполнении его водой, вверху фильтра приварена труба – воздушник.

Верхнее распределительное устройство (ВРУ) служит для подачи в фильтр и равномерного распределения по площади поперечного сечения фильтра обрабатываемой воды и регенерационного раствора, а также для сбора и отвода из фильтра взрыхляющей воды. Нижнее распределительное устройство (НРУ) предназначено для сбора и отвода из фильтра обработанной воды, регенерационного раствора и отмывочной воды, а также для подачи в фильтр и равномерного распределения по площади поперечного сечения взрыхляющей воды.

Во избежания выноса мелких фракций ионитов через щели НРУ во все фильтры загружен подстилочный слой антрацита, высотой 150 мм.

Фильтры смешанного действия марка ФИСДВР – 2,0–0,6. Представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с внутренней химзащитой от коррозии, состоит из: корпуса, верхнего, среднего и нижнего распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры, пробоотборного устройства и фильтрующй загрузки. Корпус фильтра цилиндрический, сварной из стали 3, с приваренными эллиптическими днищами. Корпус снабжен двумя люками – лазами. Верхний люк предназначен для загрузки фильтрующего материала, ревизии верхнего распределительного устройства и переодического осмотра состояния поверхности фильтрующего материала. Через нижний люк выполняется монтаж0, ремонт, осмотр всех устройств внутри корпуса фильтра, нанесение антикоррозионных покрытий. На обечайки корпуса на уровне среднего распределительного устройства размещено смотровое окно, позволяющее вести наблюдение за разделением катионита и анионита.

Верхнее распределительное устройство предназначено для подачи в фильтр обрабатываемой воды, воды для отмывки ионитов от продуктов регенерации, для подачи регенерационного раствора щелочи при регенерации анионита, а также для сброса потока воды при взрыхлении и разделении ионитов.

Среднее распределительное устройство предназначено для отвода из фильтра регенерационных растворов, а также потоков воды при отмывке ионитов после их регенерации.

Нижнее распределительное устройство предназначено для сбора обессоленной воды при работе и отмывке фильтрующего слоя, для подвода воды и воздуха при взрыхлении ионитной шихты и разделении ионитов, а также для подачи регенерационного раствора кислоты при регегенерации катионита.

Баки запаса химобессоленной воды, частично-обессоленной воды, баки мерники щелочи и кислоты – цилиндрические сварные с верхним и нижним плоскими днищами, изготовлены из материала сталь 3 с внутренним химпокрытием (шпатлевка). Бак имеет: люк-лаз для осмотра баков, трубопровод всаса и заполнения, перелив, дренаж, рециркуляция, воздушник.

2. Безопасность проекта

2.1 Введение

Первоочередной задачей, над решением которой работают сейчас специалисты атомной энергетики в России, является повышение безопасности действующих АЭС. Использование практического опыта атомной энергетики, учет уроков Чернобыльской аварии, применение усовершенствованных конструкций, материалов, средств контроля и автоматики – вот, что позволяет непрерывно совершенствовать надежность и безопасность АЭС.

При эксплуатации АЭС образуется три вида сбросов: газовые, охлаждающие воды и сточные воды (дебалансные).

Рассматриваемый в этом проекте участок химводоочистки вредных выбросов не имеет. А регенерационные и промывочные воды, которые образуются после регенерации и взрыхляющих промывок, направляются на нейтрализацию, а затем возвращаются обратно в химический цех. Обработка щелочных химобессоливающих установок заключается в их смешении и доведении рН смеси до 7- 8 благодаря добавлению реагентов – извести или кислоты. Процесс смешения осуществляется в баках нейтрализаторах путем рециркуляции нейтрализуемых потоков.

Оборудование химической водоочистки расположено в объединенном вспомогательном корпусе в помещении химводоочистки (ХВО). В фильтровальном зале ХВО размещены подогреватели сырой воды, охладители конденсата – отметка +5,3; осветлители, фильтры и насосы-дозаторы коагулянта, механические фильтры, цепочки обессоливания, фильтры смешанного действия и связывающее это оборудование трубопроводы – отметка 0,0.

Промежуточные баки, бак отмывочных вод механических фильтров, баки запаса конденсата расположены на отдельной площадке около цеха. Баки мерники кислоты, щелочи, насосы дозаторы кислоты и щелочи размещены в отдельном помещении узла регенерации.

Вредными производственными факторами, характерными для рабочих мест на ХВО, являются: работа с едкими ядовитыми веществами; работа на высоте; работа с сосудами и трубопроводами, работающими под давлением.

2.2 Опасные производственные факторы и мероприятия по технической безопасности

В химическом цехе возможны следующие опасные производственные факторы, которые могут оказать на работника мгновенное физическое воздействие и вызвать травму в случае не соблюдения техники безопасности: травмирование движущимися частями механизмов, поражение электрическим током, ожог паром, горячей водой, растворами кислот и щелочей, ожоги о нагретые поверхности оборудования, падение с высоты при обслуживании технологических аппаратов.

Движущиеся части производственного оборудования, к которому возможен доступ рабочих, должны иметь механические защитные ограждения. Они должны быть откидными (на петлях, шарнирах) или съемные, изготовленные из отдельных секций. Для удобства обслуживания защитных частей машин и механизмов в ограждениях должны быть предусмотрены дверцы и крышки. Кожухи полумуфты должны быть выполнены таким образом, чтобы незакрытая часть вращающегося вала с каждой стороны была не более 10 мм.

Запрещается: пуск и кратковременная работа механизмов или устройств при отсутствии ограждающих устройств; производить уборку вблизи механизмов без предохранительных ограждений или с плохо закрепленными ограждениями; чистить, обтирать и смазывать вращающиеся части механизмов, а также перелезать через ограждения или просовывать руки за них для смазки и уборки; останавливать вручную вращающиеся механизмы.

На АЭС предусмотрены сигнальная, оградительная и блокировочная техника на опасных участках. Оградительные устройства применяются при ремонте, наладке оборудования. Широко применяются блокировочные устройства. При снятии или открывании ограждения токоведущих частей с них автоматически снимается напряжение и тем самым устраняется опасность поражения электрическим током. Светоцветовая сигнализация широко применяется в электроустановках и предупреждает о подаче или снятие напряжения.

Все горячие части оборудования, трубопроводы, баки и другие элементы должны иметь тепловую изоляцию. Температура на поверхности изоляции при температуре внутри аппарата более 1000С должна быть не выше 450С. Все горячие участки поверхности оборудования и трубопроводов, находящихся в зоне возможного попадания на них вредных веществ, должны быть покрыты металлической обшивкой для предохранения тепловой изоляции от пропитывания такими веществами.

Трубопроводы агрессивных легковоспламеняющихся, горючих, взрывоопасных или вредных веществ должны быть герметичными. В местах возможных утечек (краны, вентили, фланцевые соединения) должны быть установлены защитные кожухи, а при необходимости – специальные устройства со сливом из них продуктов утечек в безопасные места.

К работе на высоте относится работа, при выполнении которой рабочие находятся на высоте 1,3 метра и более от поверхности грунта, перекрытия или рабочего настила и на расстоянии менее 2 метров от границы перепада по высоте. Работа со случайных поставок запрещается. Небольшие по объему и непродолжительные работы на высоте до 4 метров могут выполняться с лестниц и стремянок. Все детали деревянных лестниц должны иметь гладкую обструганную поверхность чистой машиной или ручной обработки. Окрашивать красками запрещается.

У приставных деревянных лестниц и стремянок длиной более 3 метров должно быть установлено под ступенями не менее двух металлических стяжных болтов. Стремянки должны быть оборудованы устройствами, исключающими возможность их самопроизвольного сдвига. Общая длина приставной лестницы не должна превышать 5 метров. Тетивы приставных лестниц и стремянок для обеспечения устойчивости должны расходится к низу. Ширины лестницы и стремянки вверху должна быть не менее 300 мм, внизу не менее 400 мм.

Леса, подмости и другие приспособления должны быть инвентарными и изготовляться по типовым проектам, на них должна иметься паспорта завода – изготовителя. Настилы на лестницах и подмостях должны крепиться к их поперечинам.

На ХВО имеются сосуды и трубопроводы, работающие под давлением. К ним относятся: охладитель конденсата, бак напорный для хранения и вытеснения щелочи, серной кислоты, подогреватель сырой воды. Госгортехнадзору подведомственны:

1. Сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 1150С или другой жидкости с температурой, превышающей температуру кипения при давлении 0,07 МПа (0,7 кг с/см2) без учета гидростатического давления.

2. Сосуды, работающие под давлением водяного пара свыше 0,07 Мпа.

3. Цистерны и сосуды для транспортировки или хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа создается периодически для их опорожнения.

Предприятие-изготовитель такого оборудования должно передать предприятию-владельцу вместе с поставляемым оборудованием паспорта установленной формы, а также документацию в объеме, указанном в технических условиях на изделие. На корпусах сосудов на видном месте предприятием-изготовителем устанавливается пластинка с нанесением на ней маркировкой:

1. Наименование или товарный знак предприятия-изготовителя.

2. Заводской номер.

3. Год изготовления.

4. Расчетное давление, расчетная температура.

5. Давление гидравлических испытаний.

6. Тип рабочей среды.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации и управления работой все оборудование и трубопроводы работающее под давлением должны быть оснащены контрольно-измерительными приборами, запорной и регулирующей арматурой, предохранительными устройствами, средствами защиты и автоматизации.

Предохранительные устройства должны устанавливаться на оборудовании и трубопроводах, давление в которых может превысить рабочее как за счет происходящих в них физических и химических процессов, так и за счет внешних источников повышения давления, рассчитанных с учетом того, что их действие опережает срабатывание аварийной защиты.

Для оборудования подведомственным Госгортехнадзору давление не должно превышать избыточное рабочее более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа на 15% – для сосудов с давлением от 0,3 до 6 МПа, и на 10% – для сосудов с давлением выше 6,0 МПа.

Конструкция предохранительных устройств должна обеспечивать ее закрытие после срабатывания при достижении давления не ниже 0,9 рабочего давления, по которому выбиралась установка на срабатывание этой арматуры (в соответствии с ГОСТ 12.2.085–82.).

Оборудование и трубопроводы должны быть оснащены контрольно-измерительными устройствами для измерения давления, температуры, расхода, уровня рабочей среды, химического состава теплоносителя и газа, а также контроля перемещения и герметизации. Класс точности для контрольно-измерительных приборов, применяемых для контроля параметров оборудования и трубопроводов, должен быть не ниже 1,5, а требуемая точность измерения параметров контроля должна быть указана в проектной документации. При этом погрешность измерения температуры не должна превышать 2%. Манометры должны иметь класс точности не ниже: 2,5 – при рабочем давлении сосуда до 2,5 МПа, 1,5 – при рабочем давлении сосуда выше 2,5 МПа. Перед каждым манометром должен быть установлен трехходовой кран или заменяющее устройство, позволяющее проводить периодическую проверку манометра с помощью контрольного.

Гидравлические испытания (ГИ) проводят с целью проверки прочности и плотности оборудования, трубопроводов, их деталей и сборочных единиц, нагружаемых давлением. ГИ проводят:

1. После изготовления оборудования, поставленного на монтаж на предприятии-изготовителе.

2. После монтажа оборудования и трубопроводов.

3. В процессе эксплуатации.

Время выдержки оборудования и трубопроводов под давлением при ГИ должно быть не менее 10 мин. Измерение давления проводится двумя независимыми, проверенными манометрами или по двум с классом точности не менее 1,5. Суммарная погрешность измерения давления не должна превышать 5% номинального значения испытаний.

Инструмент, который используют при проведении газоопасных работ, должен быть из цветного металла, исключающего возможность искрообразования, допускается применение инструмента из черного металла, при этом его рабочая часть должна обильно смазываться солидолом или другой смазкой.

Основное оборудование в химическом цехе это осветлители, фильтры, баки. Это оборудование не относится к опасному оборудованию. Сосуды, работающие под давлением, устанавливают на открытых площадках в местах, исключающих скопление людей или в отдельных зданиях. Это оборудование имеет защитную теплоизоляцию и металлическое покрытие.

2.3 Вредные производственные факторы и мероприятия по производственной санитарии и гигиене труда

В технологических операциях ХВО используется следующие едкие и ядовитые вещества: серная кислота, едкий натр и известь.

Токсичная характеристика вредных веществ используемых в процессе химводоочистки представленна в таблице 2.3.1.

Таблица 2. 3.1. Характеристика вредных веществ

Серная кислота.

При нагревании кислоты образуется пар серного ангидрида, который, соединяясь с водяными парами воздуха, образует кислотный туман. При попадании ее на кожу вызывает сильные весьма болезненные и трудно поддающиеся лечению ожоги. При вдыхании паров серной кислоты раздражаются и прижигаются слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Попадание крепкой серной кислоты в глаза грозит потерей зрения, поэтому при работе с ней необходима особая осторожность. Персонал, занятый сливом кислоты, должен работать в одежде из кислотозащитной ткани, прорезиненных фартуках, резиновых сапогах, резиновых кислото- и щелочестойких перчатках или рукавицах, защитных очках или масках и щитках их оргстекла, иметь фильтрующие противогазы марок В, БКФ, М и шланговые противогазы ПШ – 1, ПШ – 2. В случае пролива кислоты на пол, ее следует немедленно нейтрализовать – посыпать содой или негашеной известью, убрать лопатой, а затем тщательно промыть это место сильной струей воды. При уборки кислоты нос и рот следует закрывать повязкой, пропитанной содовым раствором, глаза защищать специальными очками. При попадании кислоты на одежду ее необходимо смыть обильной струей воды, нейтрализовать 2 – 3% раствором соды и снова промыть воды.

Едкий натр.

Как твердое вещество так и концентрированные его растворы вызывают очень сильные ожоги кожи. Попадание щелочи в глаза может привести к их тяжелым заболеваниям и даже потере зрения. Персонал, работающий с щелочью должен быть снабжен защитными очками, резиновыми кислото- и щелочестойкими перчатками или рукавицами, х/б спецодеждой, прорезиненным фартуком и резиновой обувью. При попадании раствора щелочи на одежду ее следует промыть водой, затем нейтрализовать 1% раствором уксусной кислоты и снова промыть водой.

Известь.

В виде пыли или капели взвеси раздражают слизистые, вызывая чихание и кашель. При воздействие на кожу кур вызывает ее размягчение, а затем атрофию, кожа становится гладко и блестящей. Негашеная известь вызывает на коже глубокие язвы с гладким дном, трещины, шелушение. При попадании в глаза наблюдается стекловидный отек и резкое покраснение конъюнктивы. Индивидуальная защита: фильтрующие респираторы, спецодежда из пылезащитной ткани типа костюмом и комбинезонов от нетоксичной пыли; герметичные пылезащитные очки. Применение ожиряющих мазей.

Для здоровья и работоспособности производственного персонала исключительное значение имеет санитарно-гигиеническое состояние воздушной среды рабочей зоны, которая определяется метеорологическими условиями (температура, влажность) и содержанием в воздухе вредных веществ. Микроклимат на рабочем месте должен соответствовать нормативам, приведенным в таблице 2.3.1.

Таблица 2.3.1. Нормы микроклимата

Требуемые метеорологические условия достигаются созданием тепловой изоляции горячих поверхностей, вентилированием помещения, кондиционированием воздуха и т.п. На АЭС в ХВО применяется приточно-вытяжная система вентиляции.

Защита от вредных веществ, предусматривает устройство местной вытяжной вентиляции для отсоса ядовитых веществ непосредственно от места их образования. Воздух из производственных помещений, загрязненный радиоактивными газами и аэрозолями, удаляется специальными системами затяжной вентиляции. Главная задача спецвентиляции – поддержание в воздухе производственных помещений, зоны строгого режима, среднедопустимых концентраций радионуклидов. При этом попутно выполняются функции обычной санитарно – гигиенической вентиляции.

Гигиенические исследования позволяют установить, что шум и вибрации ухудшают условия труда, оказывая вредные воздействия на организм человека. При длительном воздействие шум на организм человека происходят нежелательные явления: снижается острота зрения, слуха, повышается кровяное давление, понижается внимание. В цехе ХВО основными источниками шума являются насосы, уровень шума которых достигает 85дБ. Допустимый уровень шума составляет 85дБ. Уровень шума в ХВО находится в пределах допустимых значений. Для снижения вибрации, шума насосов, уменьшения динамических нагрузок на строительные конструкции, а также снижения передачи структурного шума по конструкциям здания насос необходимо устанавливать на виброизолированный фундамент.

Применение средств индивидуальной защиты является одним из технических мероприятий в комплексе безопасности, направленным на обеспечение безопасных условий труда и профилактику безопасных заболеваний. В основной комплект спецодежды входят: каска защитная, костюм хлопчатобумажный, ботинки.

Основной комплект средств индивидуальной защиты (СИЗ):

сапоги резиновые;

очки защитные;

перчатки диэлектрические;

перчатки резиновые;

противогаз шланговый ПШ – 1;

противогаз марки В (БКФ) – для паров кислоты, марки КД – для паров аммиака и гидразина;

фартук с нагрудником прорезиненный.

При подъеме и перемещении грузов вручную следует соблюдать нормы переноски тяжестей, установленные действующим законодательством. Нормы предельно допустимых грузов, кг, при подъеме и перемещении тяжестей вручную: для женщин старше 18 лет:

подъем и перемещение тяжести при чередовании с другой работой – 10 кг;

подъем и перемещение тяжестей постоянно в течение рабочей смены – 7 кг;

для мужчин старше 18 лет – 50 кг. В массу поднимаемого и перемещаемого груза включается масса тары и упаковки.

2.4 Взрывопожаробезопасность

При проектировании и строительство производственных зданий и сооружений АЭС необходимо учитывать категорию пожарной опасности производства. Категории устанавливаются на основе пожароопасных свойств, используемых в технологическом процессе веществ согласно НПБ/05–95. Помещения ХВО относятся к пожароопасной категории Д, т. к. используются негорючие вещества в холодном состоянии. Категория производства обусловливает в основном требования к огнестойкости здания, его конструкции, планировке, размещение, оснащению средствами защиты от пожара, взрыва.

К помещению ХВО предъявляются ряд специальных противопожарных требований: изоляция горячей среды; ограждение оборудования несгораемыми перегородками, полы бетонные; аварийные вентиляции; пожарная охрана предприятия; эвакуационные выходы

Средства пожаротушения.

Углекислотные огнетушители предназначены для тушения возгорания различных веществ и материалов, а также электроустановок, кабелей и проводов, находящихся под напряжением до 10 кВ. В качестве огнетушащего средства применяют негорючие газы (двуокись углерода) или галоид углеводородные соединения (бромэтил, хладон).

Порошковые огнетушители предназначены для пожаров твердых, жидких и газообразных веществ, а также электроустановок, находящихся под напряжением до 1 кВ.

Вспомогательные средства и инвентарь: ящики вместимостью 0,5 м3 с песком и лопатками устанавливаются на основных отметках обслуживания у трансформаторов, монтажных площадках, мазутных насосных; асбестовое полотно, войлок, кошма должны размещаться только в тех местах, где их необходимо применять для защиты отдельного оборудования от огня или изоляция от искр и очагов загорания при аварийной ситу

3. Экологическая экспертиза проекта

Электроэнергетика – крупнейший потребитель пресной воды. На ее долю приходится около 77,7% (30,7 млн. км3/год) общего объема свежей воды, используемой промышленностью России.

Рассматриваемая в этом проекте установка химической водоочистки непосредственно использует пресную воду в качестве исходной. Исходной водой для ХВО является вода Саратовского водохранилища. Туда она поступает из насосной пруда охладителя, стоящей на реке Березовка.

Источником отходов на ХВО являются сточные воды, образующиеся в результате регенерации ионообменных смол и сами смолы после истечения срока их службы. В процессе работы иониты истощаются, т.е. теряют способность к поглощению ионов. Для восстановления поглощающей способности катионита и анионита производится регенерация их растворами кислоты (для катионитовых фильтров) и щелочи (для анионитовых фильтров).

Сброс сточных вод, которые не содержат радиоактивных примесей, но их температура после процесса водоподготовки повышается на 8–100С, приводит к «тепловому отравлению» водоемов, проявляющемуся в снижении кислородосодержания воды и более интенсивному развитию бактерий и водорослей. Сточные воды классифицируют на бессолевые (воды контуров АЭС, конденсаты, воды бассейнов выдержки), малосолевые (протечки контуров, воды обмывки и гидротранспорта) и высокосолевые. К высокосолевым относят стоки радиохимических и химических лабораторий, регенерационные и дезактивационные растворы фильтров.

В своем проекте я рассматривала замену отечественных смол на смолы импортного происхождения. Благодаря появлению этих новых высокоэффективных ионообменных смол снижается избыток реагентов на регенерацию с 2,5–3,5 до 1,6–1,8 мг-экв/мг-экв. При этом также уменьшается расход воды на собственные нужды, но остается потребность в проведении мероприятий по обработке и утилизации высокоминерализованных стоков, образующихся при регенерации смол. Одним из преимуществ смол марок АМБЕРЛАЙТ, ПЬЮРОЛАЙТ, АМБЕРДЖЕТ является их высокий срок службы до 10 лет в отличие от отечественных смол марок КУ-2.8., АВ-17.8., у которых срок службы составляет 3 года. Отработанная смола подлежит захоронению на свалках нетоксичных отходов Балаковской АЭС.

Традиционно обработка сточных вод химобессоливающих установок заключается в их смешении и доведении рН смеси до 7–8 благодаря добавлению реагентов – извести или кислоты. Процесс смешения осуществляется в баках-нейтрализаторах путем рециркуляции нейтрализуемых потоков. На многих АЭС для смешения потоков используют гидродинамические кавитационные реакторы. Кроме того, существуют разработки по нейтрализации кислых и щелочных стоков ХВО путем попеременного их пропуска через слой карбоксильного катионита. Избыток не нейтрализованного потока обрабатывается отдельно, при этом его объем мал, что существенно упрощает обработку. В результате использования любой из этих технологий количество солей, сбрасываемых с нейтрализованными сточными водами, практически одинаково, а их концентрация значительно превышает нормируемую. Поэтому перед сбросом в водоисточник нейтрализованного потока он разбавляется слабоминерализованными водами АЭС (в основном продувкой системы оборотного охлаждения) по контролируемым показателям ПДК. При этом в водоем выводятся практически все компоненты, поступившие на химическое обессоливание с осветленной водой (кроме частиц щелочных анионов), а так же дополнительное количество сульфатов натрия и кальция, введенных при регенерации фильтров и нейтрализации избытка кислоты известью. Такое разбавление возможно при наличии на АЭС большого объема маломинерализованных сточных вод, качество которых по всем нормируемым показателям ниже ПДК.

Известно несколько технологий обработки и утилизации высокоминерализованных солевых стоков водоподготовительной установки. Одной из основных проблем при обработке регенерационных сточных вод ХВО является повышенное содержание в них сульфата кальция, что в процессе их концентрирования приводит к образованию отложений гипса на стенках основного оборудования и трубопроводов. Предварительное умягчение таких вод путем натрий-катионирования требует сооружения установки, соизмеримой по затратам с обессоливающей установкой, в результате чего возникают новые проблемы с утилизацией сточных вод уже этого процесса. Применение содоизвесткования для умягчения сточных вод вызывает дополнительный расход реагентов, увеличение солесодержания сточных вод и образование в процессе производства соды дополнительного количества трудноутилизируемых сточных вод.

При рациональном использовании избытка реагентов, содержащихся в сточных водах ХВО, можно глубоко умягчить стоки с минимальным вводом дополнительных реагентов и выделением в осадок основной части кальция и магния в виде гипса и гидрооксида магния. Схема такой установки.

Смесь отработавшего регенерационного раствора и отмывочных вод катионитных фильтров используется для регенерации Н-катионитного фильтра 1, загруженного карбоксильным катионитом. При этом в регенерационном растворе возрастает концентрация кальция, и он оказывается перенасыщенный по гипсу. Отработавший регенерационный раствор и часть отмывочных вод, пересыщенных по сульфату кальция, направляются в кристаллизатор 2, где во взвешенном состоянии находятся ранее образовавшиеся частички гипса. Содержание сульфата кальция в воде снижается до уровня его растворимости в данных условиях. Стабилизированный поток воды и маломинерализованная часть отмывочных вод собираются в промежуточном баке 3 и насосом 4 в аппарат умягчения сточных вод 5 для выведения в осадок ионов магния в виде гидрооксида вследствие введения известкового молока. В аппарате умягчения происходит кристаллизация гипса благодаря ионам кальция, поступившим с известковым молоком, что приводит к дополнительному снижению содержания сульфатов. В результате такой обработки кислых сточных вод в них практически отсутствуют ионы магния, а концентрация ионов кальция соответствует растворимости гипса в данных условиях. Для интенсификации процесса вода в аппарате умягчения сточных вод нагревается паром до 40–600С.

Обработанный поток поступает в бак сбора 6 и затем смешивается с щелочными сточными водами в пропорции, при которой щелочность смеси оказывается равной или несколько выше ее жесткости. Полученная смесь осветляется в центробежном сепараторе 7 и направляется в Н-катионитовый фильтр, где одновременно происходят ее умягчение и нейтрализация выделившихся ионов водорода ионами щелочности. Представленная схема применима при таком содержании в щелочных сточных водах карбонат- ионов, при котором в процессе двух потоков отсутствует выпадение в осадок карбоната кальция. В противном случае, как показали результаты предварительных исследования, смешения следует проводить в осветлителях.

Умягченные сточные воды могут быть направлены на приготовление подпиточной воды теплосети, сконцентрированный в испарительных установках или установках обратного осмоса. Полученный в них рассол, можно использовать для приготовления регенерационного раствора натрий – катионитных фильтров по технологии, реализованной в Саранске. Последующее упаривание позволит вывести в осадок основную часть сульфата натрия, а оставшийся рассол после обработки может быть также использован в качестве регенерационного раствора натрий – катионитных фильтров, для предотвращения обледенения дорог либо закачен в скважины. Если указанные возможности отсутствуют, то концентрат подпаривается в упарных установках или высушивается с получением в смеси солей.

Таким образом, рациональное использование избытка реагентов, содержащихся в сточных водах, позволяет в современных условиях обеспечить их частичное или глубокое обессоливание и выделить содержащиеся в них компоненты в твердом виде. Основная часть этих компонентов может быть утилизирована.

На Балаковской АЭС постоянно производится контроль за качеством водных объектов, находящихся в государственной собственности (Саратовское водохранилище, река Березовка) и качеством сбросных вод. Ежегодно заключается договор с Балаковским водоканалом на водоиспользование и устанавливаются нормы водозабора и нормы на расходы качества сбросных и дебалансных вод Балаковской АЭС. Так договором №133 – 107/ Д от 17.09.1997 года установлено потребление питьевой воды Балаковской АЭС – 72206 эм3 / вод; установлен объем сточных вод – 500731 м3 /год.

Качество сточных вод должно соответствовать следующим нормам, указанных в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

4. Раздел «Автоматика»

Под автоматизацией понимают применение методов средств автоматики для управления производственными процессами.

Автоматизация производства – это этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам.

Автоматические системы управления технологическими процессами обеспечивают оптимальные условия эксплуатации оборудования в предпусковой период, при пусках и нормальной эксплуатации и остановках.

Важным звеном автоматической системы управления химводоочистки является информационные подсистемы, которые позволяют оператору получать информацию о технологическом процессе со щита управления с помощью приборов.

Щит химводоочистки оснащают мнемосхемой, на которой условными знаками обозначают основные элементы оборудования, связь между ними, электорофицированную арматуру и регулирующие органы.

Система автоматического регулирования снабжена защитой и блокировкой, которые позволяют автоматическое отключение установки при отключении питания или связанных с автоматическим регулированием.

Автоматическое регулирование, автоматическая система управления обеспечивает безопасные работы химводоочисткина АЭС и удобство в эксплуатации.

Автоматизация ускоряет операции и улучшает ряд рабочих процессов:

1.  Измерение и регулирование температуры в осветлителе, охладителях конденсата, подогревателе сырой воды. Температура поддерживается с помощью регулирования подачи горячего пара. В качестве исполнительного органа используют регуляторы. Первичный прибор ТСМ 410–01 с диапазоном измерения от 0 до 1500С, погрешность ± 0,6% регистрации ± 1%. В качестве вторичного щитового прибора используем вторичный прибор с унифицированным входом М-316.

2.  Измерение и регулирование уровня в фильтрах, осветлителе, баках. Применяют датчики уровня типа ДПУ-1, фотоэлектрические датчики уровня типа СУФ-42. В качестве вторичного показывающего прибора применяют щитовой блок питания датчиков уровня объединенный с выходным реле и световым сигнальным устройством.

3.  Измерение давления. Давление в трубопроводах и аппаратах измеряют и контролируют с помощью манометров давления – первичные приборы. Манометр сильфонный пневматический МС-П2, ОБМ-160. Дтапозоны измерения 0–10 кгс/см2; 0–6 кгс/см2.

4.  Измерение и регулирование расхода. Применяют вторичные приборы с интегрантом типа РП-160 диапазон измерения 0–100 т/ч, 0–10 т/ч. Вторичный прибор показывающий типа М-316 с диапазоном измерения 0–5 т/ч.

Таблица 4.1. Точки измерения расхода

Таблица 4.2. Точки измерения давления

Таблица 4.3. Точки измерения уровня

Таблица 4.4. Точки измерения температуры

Таблица 4.5. Точки измерения показателей среды

Таблица 4.6. Точки измерения расхода

Таблица 4.7. Точки измерения уровня

Таблица 4.8. Точки измерения давления

5. Организационно-экономический раздел

Наличие в природной воде различных примесей является причиной приготовления воды для подпитки и заполнения контуров АЭС на водоподготовительной установке в несколько стадий. Сначала из воды удаляют грубодисперсные и коллоидные частицы, а затем – ионизированные примеси.

Совершенствование процесса химической водоочистки приводит не только к решению экологической задачи, но и улучшает технико-экономические показатели процесса.

В данном проекте предлагается замена ионообменного фильтрующего материала отечественного производства (катионит КУ 2–8, анионит АВ 17–8) на смолу импортных марок – АМБЕРДЖЕТ, АМБЕРЛАЙТ, ПЬЮРОЛАЙТ.

5.1 Организационный план

Таблица 5.1.1. Инженерно-технические работники (ИТР)

У начальника смены и технологов режим работы сменный, у остальных ИТР – дневной.

Таблица 5.1.2.

Всего персонала по цеху: ИТР – 13, служащих – 4, рабочих – 32. Режим работ цеха непрерывный в 4 смены по 6 часов.

Баланс рабочего времени представлен в таблице 5.1.3.

Таблица 5.1.3

5.2 Финансовый план

5.2.1 Расчет годовой производственной мощности

М = N х n х Тэф

М = 3360 х 6 х 335 = 6753600 т/год,

5.2.2 Расчет капитальных затрат

Таблица 3.2.1.

Затраты на доставку и монтаж – 15% от стоимости, амортизационные отчисления – 10% от суммы стоимости и затрат на доставку и монтаж.

Капитальные затраты

4122295 + 618344,25 + 477064 = 5217703,25