Індекс Ланжельє. 
Кондиціювання води в енергетиці

За визначенням — це різниця між фактичним рН при даній температурі та рівноважним значенням рН знайденим за формулою Ланжельє.

J = pH — pH_s

J=7,6−7,64=-0,04.

Індекс Ланжельє може бути додатнім, від'ємним або нульовим. Воду з J› 0 вважають нестабільною, тому такі умови можуть свідчити про велику вірогідність відкладень. Воду з J ‹ 0 називають агресивною, тому що вона здатна розчинювати, руйнувати цементні споруди, а також прискорювати корозію металу. Вода з J = 0 вважається стабільною.

Індекс Ланжельє при довільній температурі.

Використані в попередньому розділі дані відносились до умов, для яких наводиться склад води, наведений у довідковій літературі. Звичайно це 20^оС.

У тепломережі вода знаходиться при змінній значно більш високій температурі. Це суттєво може змінити ситуацію, оскільки більшість складових формули Ланжельє залежать від температури.

В цьому випадку поступають наступним чином.

Задаються декількома температурами в межах розрахованих у попередніх розділах, наприклад, 40, 60, 80 …^оС.

Для кожної температури визначають рН_t тобто відоме значення рН води з поправкою на температуру. Визначають для кожної температури також рК₂. З таблиць виписують ПР_СаСО3 .

Аналізуючи отримані результати та оцінюючи, як змінюються властивості води при зміні температури та робимо висновки про міри, які слід застосувати для стабільної роботи тепломережі.

Таблиця .3.

Дані про індекс Ланжельє при температурі води тепломережі.

Тем-ра, оС.
рНt	7,6.	7,57.	7,52.	7,46.	7,41.
рК2	4,5•10-11	6,03•10-11	7,2•10-11	7,55•10-11	7,9•10-11
ПРСаСО3	5,1*.	3,2*.	1,9*.	1,2*.	4,7*.
рНst	7,64.	7,31.	6,99.	6,78.	6,35.
J.	— 0,04.	0,26.	0,52.	0,68.	1,06.
pПРСаСО3	8,29.	8,49.	8,72.	8,92.	9,33.
p (рК2).	10,35.	10,22.	10,14.	10,12.	10,10.

За даними розрахунків будуємо графік залежність J=f (t).

Розрахунок інтенсивності накипоутворення у теплообмінниках Спрощений розрахунок інтенсивності накипоутворення Він дозволяє розрахувати швидкість накипоутворення кальцієвих сполук в залежності від температури процесу.

Наприклад, для мережних підігрівачі:

j_від =0,013 exp (0,0047Ж_Саt_ср)= 0,013 exp (0,0047•11,98•84,9)=1,549 г/(м²год);

де j_від — швидкість відкладень, г/(м²год); Ж_Са — кальцієва жорсткість, мг-екв/дм³; t_ср— середня температура води у підігрівачі, ^оС.

Розрахунок на основі узагальнень ВТІ.

Загальні відомості.

ВТІ узагальнило відомості про інтенсивність відкладень солей жорсткості, окислів заліза та міді.

Головними чинниками розглядаються концентрація вказаних накипоутворювачів та густина теплового потоку (теплове навантаження поверхні теплообміну). Розрахункова формула в узагальненому вигляді:

j_від = А С_іq² (6.24).

— основний підігрівач:

j_від = А С_іq²=1,3· *(165 776)² *205,3=7335 мг/(м²год);

— допоміжний підігрівач:

j_від = А С_іq²=1,3••205,3=5046 мг/(м²год);

де j_від — швидкість відкладень, мг/(м²год); А-коефіцієнт, який для Са і Mg дорівнює 1,3•10^-9, для заліза 5,7•10^-10; С_і — середня концентрація домішок, мг/кг; q — середня густина теплового потоку, Вт/м².

Використовуючи графік температурного режиму рис. 3. 1 для температури навколишнього середовища, що відповідає t? t_ср, знаходимо t_о1 та t_о2, а по цих температурах та відомому тискові Р_отдоп та Р_отосн— величину підігріву води в окремих підігрівачах та теплові потужності кожного з підігрівачів, що дозволить розрахувати питому теплове навантаження q кожного з підігрівачів, нехтуючи зміною концентрації - швидкість відкладень Са та Mg.

Піковий котел Працює тільки у найбільш несприятливий період.

q_т7 = Q_т7/F_т7 = 122 149/127=961,8 Вт/ м²; (6.25).

Швидкість відкладень:

j_від = А С.

— піковий котел С_Fe. = j_к^стз_крF_тр/(3,6m₁)= 0,383 •0,55•5300,32/(3,6•279,9)= 1,108 мг/л.

Тут швидкість корозії у мг/(м²год), витрати води в кг/с.

Знаючи концентрацію та густину теплового потоку розраховують швидкість відкладень окислів заліза:

— для основного підігрівача.

j_від = А С_іq²= 5,7· 10^-10·0,631 · (165 776)²=9,88 мг/(м² год);

— для додаткового підігрівача.

j_від = А С_іq²=5,7*10^-10*0,868 *()²=9,35 мг/(м² год);

— для пікового підігрівача.

j_від = А С_іq²=5,7*10^-10*1,108 *(961,8)²=0,584 мг/(м² год).

Відкладення продуктів корозії міді на поверхні нагріву підігрівачів Відкладення продуктів корозії міді можливі, коли теплове навантаження поверхні нагріву (q) перевищує 200 кВт/м². Такі теплові навантаження у теплових мережах не зустрічаються, невелика вірогідність таких умов може появитись тільки у піковому котлі. Тому продукти корозії міді у воді тепломереж знаходяться у вигляді грубодиспергованих домішок (ГДД), та у вигляді шламу.

Товщина відкладень Відкладення накопичуються поступово в процесі роботи обладнання в опалювальний період. Для розрахунку середньої товщини відкладень потрібно знати продовжність опалювального періоду ц ф_от=4320 год, а також сумарну швидкість відкладень усіх домішок та густину відкладень.

д_от= ?j_і ф_от•10^-9/с_от, (8.29).

— для основного підігрівача д_от= ?j_і ф_от•10^-9/с_от=(7335+9,88)•4320•10^-9/2,5=0,0127 мм.

— для додаткового підігрівача д_от= ?j_і ф_от•10^-9/с_от=(5046+9,35)•4320•10^-9/2,5=8,736*10^-3 мм.

— для пікового підігрівача д_от= ?j_і ф_от•10^-9/с_от=(0,247 +0,584)•4320•10^-9/2,5=4,278•10^-7мм де д_от— товщина відкладень, м; ?j_і — сума швидкостей відкладень солей жорсткості та окислів заліза, мг/(м²год); ф_от— довжина опалювального періоду, год; с_от — густина відкладень, г/см³(у першому наближені 2,5 г/см³.

д_от=? д_от =0,0127+8,736*10^-3+4,278•10^-7= 0,0214 мм Організація ВХР тепломереж Проблеми організації ВХР тепломереж Як і в інших випадках — організувати ВХР для тепломереж означає вести процеси таким чином, щоб звести до мінімуму відкладення та корозію та забезпечити довготривале функціонування обладнання тепломереж.

Головними проблемами є карбонатні та залізо-окисні відкладення та корозійні процеси. В пристроях тепломереж вірогідні лужноземельні відкладення (СаСО₃, СаSО₄) та їх суміші. Це визвано тим, що вода тепломереж повинна відповідати вимогам до «води для пиття» і таким чином вміщувати всі важливі для організму мінеральні солі, які присутні у природній воді. На другому місці стоять залізо-окисні відкладення, які утворюються внаслідок корозії труб тепломереж та корозії опалювальних приладів.

Попередження лужноземельних відкладень Попередження лужноземельних відкладень забезпечується обробкою підживлювальної води тепломереж частіш за все її пом’якшенням, тобто виведенням з води іонів Са²⁺ та Мg²⁺ або їх заміною на іони Nа⁺.

Для цього використовуються наступні схеми:

• — Вапнування з наступною корекцією рН.
• — Н-катіонування з «голодною регенерацією».
• — Nа-катіонування у іонообмінних фільтрах шляхом пропуску через шар іоніту в Nа формі.
• — Комбіноване (паралельне) Nа — та Нкатіонування.
• — Підкислення з декарбонізацією та Nа-катіонуванням (якщо немає небезпеки утворення СаSО₄).
• — Освітлення та Nа — катіонування.
• — Магнітна обробка води.

У процесі вапнування складаються умови для утворення твердої фази (переважно СаСО₃, частково Мg (ОН)₂), яка виводиться у вигляді шламу, а також що після вапнування значно підвищується рН (до 10), тому в випадку відкритої схеми теплопостачання обов’язково потрібно підкислювати оброблену воду.

Н-катіонування з «голодною регенерацією» передбачає використання Н-катіонітових фільтрів з особливим режимом регенерації. Докладно вивчений цей процесс Н.П.Субботіною та рекомендується для обробки вод гідрокарбонатного класу (коли в складі аніонів переважають иони НСО₃^-), слід зауважити, що переважна більшість прісних джерел України такого класу.

Буферний фільтр не допускає значного зниження кислотності фільтрату. Він не регенерується, заповнюється сульфовугіллям. Стан загрузки змінюється в залежності від стану фільтрату. При його високій кислотності в загрузці буферного фільтру можуть накопичуватись іони водню, які в інші періоди заміщують іони Са, що проскочили через перший фільтр.

Декарбонізатор видаляє СО₂, яке утворилося у воді внаслідок розкладу бікарбонат іону.

Nа — катіонування у іонообмінних фільтрах використовується на ТЕЦ де значні потреби у пом’якшеній воді. Процес відбувається шляхом пропуску води через шар іоніту в Nа формі, при цьому відбувається обмін іонів кальцію та магнію на іони натрію, шо знаходяться в матриці іоніту. Якщо використовується одна сходинка то жорсткість понижується до 0.1мг-екв/дм³.

При використанні двох сходинок можливо досягти жорсткості до 0,01 мг-екв/дм³. В якості іоніту можливо використовувати сульфовугілля чи слбокислотні іоніти. Регенерація ведеться розчином NаС?.

Комбіноване (паралельне) Nа — та Нкатіонування забезпечує при змішуванні потоків зниження лужності Nа-катіонованої води та утворенню СО₂. Схема наводиться на рис. 7.

Магнітна обробка води зводиться до пропуску води через зазор між полюсами постійного магніту (електромагніту). В результаті такої обробки змінюються властивості води та домішок, що в подальшому зменшує вірогідність накипоутворення. Вважається, що у воді з’являються мікрочастинки, в тому числі і колоїди, які виступають центрами кристалізації і утворені кристали накипоутворювача зберігаються в об'ємі води. Є причини вважати, що суспензія в основному утворюється завдяки феромагнітним домішкам, що присутні у воді. Тому магнітна обробка особливо ефективна там де проявляються корозійні процеси та відкладення продуктів корозії.

Висновок:

Товщина відкладень найбільш залежить від суми швидкостей відкладень солей жорсткості та окислів залізі. Чим більша швидкість, тим більша товщина відкладень. Також можна зауважити, що найбільше відкладень буде окислів заліза, а міді майже не буде.