Химическая отрасль промышленности объединяет производства горно-химические, основной химии, синтеза аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений, органического синтеза, лакокрасочные, резинотехнических и других изделий. На предприятиях химической промышленности воду используют для приготовления растворов, охлаждения и нагревания аппаратов и оборудования, транспортирования сырья и удаления отходов, а также для теплоэнергетических, санитарно-гигиенических и других целей. Во многих отраслях химического производства вода является исходным сырьем, полупродуктом, а часто основной частью готовой продукции. Наиболее крупными и специфическими водопотребителями в химической промышленности являются заводы: нефтехимические, искусственного и синтетического волокна, азотно-туковые, органических красителей, синтетического каучука и др.
На современных предприятиях химической промышленности внедряют схемы последовательного, оборотного и замкнутого (безотходного) водоснабжения с минимальным забором свежей воды из водоисточника. Требования, предъявляемые к качеству воды, зависят от ее назначения и установленного технологического оборудования. Так, охлаждающая вода в системах последовательного и оборотного водоснабжения не должна выделять карбонатных отложений, вызывать коррозию труб и теплообменных аппаратов н способствовать их биологическим обрастаниям, вызывать заиление технологического тракта. Термостабильность воды оценивают по шестибалльной шкале.
При непосредственном контакте охлаждающей или отмывочной воды с производимым продуктом и использовании
ее в качестве среды, поглощающей и отводящей примеси, допустимое количество взвешенных веществ и их дисперсность устанавливают для каждого производста отдельно. При этом путем варьирования скорости должно предотвращаться образование осадка по пути движения воды. Так, при скорости движения воды 0,4 м/с концентрация взвеси в воде допускается 42 мг/л, а при 1,5 м/с — до 200 мг/л. Охлаждающая вода, не контактирующая с продуктом, должна осветляться, так как взвеси являются цементирующей основой формирования отложений карбоната кальция. В зависимости от температуры нагрева и содержания диоксида углерода охлаждающая вода не должна иметь карбонатную жесткость выше 2—7 мг-экв/л и содержать железа и сероводорода. Охлаждающая вода не должна вызыватькоррозии металлов, характеризующихся не более чем 5—6 баллами коррозионной стойкости по принятой в нашей стране десятибалльной шкале (табл. 30.3). Для этого суммарное содержание хлоридов и сульфатов не должно превышать 100 мг/л, общее солесодержание до 500 мг/л, карбонатная жесткость свыше 2,5 мг/экв/л, рН в пределах 6—9, содержание растворенного кислорода в пределах 4— 6 мг О/л.
Мутность охлаждающей воды, используемой в компрессорах, конденсаторах, переохладителях и др., допускают до 2 мг/л. Для охлаждающей воды, используемой в холодильниках на предприятиях азотной промышленности, допускается мутность до 10—50 мг/л, щелочность до 3 мг-экв/л, она должна быть стабильна и не должна вызывать биообрастаний охлаждающей аппаратуры и коммуникаций.
Вода для питания котлов высокого давления практически обессолена, полностью умягчена, обескремнена, обескислорожена, ее мутность допускается до 3 мг/л. Общая жесткость воды для барабанных (100—185 МПа) и прямоточных котлов сверх критического давления (215—300 МПа) не должна превышать соответственно 0,005 и 0,003 мг-экв/л, содержание оксидов железа до 0,01 мг/л, оксидов меди 0,005 мг/л, нитратов и нитритов до 0,02 мг/л, кислорода до 0,01 мг/л, рН в пределах 7—8,5, оксида кремния до 0,02 мг/л.
В технологии производства аммиака для питания котлов-утилизаторов используется вода с солесодержанием до 2,5 мг/л и содержанием оксида кремния до 0,1 мг/л. Вода для подобных котлов в производстве серной кислоты должна иметь жесткость до 0,01 мг-экв/л, щелочность до 1,0 мг-экв/л, общее солесодержание до 300 мг/л, рН порядка 6,0, содержание железа до 0,035 мг/л и примесей масла до 0,1 мг/л. Котлы-утилизаторы производства азотной кислоты используют воду с солесодержанием до 150 мг/л при щелочности до 1 мг-экв/л и общей жесткости до 0,03 мг-экв/л.
Для предприятий пигментной промышленности требуется грубоосветленная вода до 30 мг/л. При производстве диоксида титана к воде предъявляются следующие требования: сухой остаток до 100 мг/л, жесткость общая до 3 мг-экв/л, железо общее до 0,2 мг/л, температура до 28 °С.
Часть воды умягчается до 0,5 мг-экв/л.
Параметры охлаждающей воды производства карбамидных смол: мутность до 60 мг/л, карбонатная жесткость до
4 мг-экв/л, температура до 25 °С, обессоленной воды — общее солесодержание до 5 мг/л, содержание кремния до 0,2 мг/л, железа до 0,3 мг/л.
При изготовлении хлопковой целлюлозы используют умягченную воду с общей жесткостью до 0,18 мг-экв/л, содержащую следы железа и взвесей и имеющую минимальную окисляемость.
Оборотная вода кислородных станций должна удовлетворять требованиям: мутность до 50 мг/л, карбонатная жесткость до 3,5 мг-экв/л, рН 6,5—8,5, содержание железа до 0,3 мг/л, температура до 30 °С.
В производстве химических волокон используют фильтрованную умягченную и обессоленную воду. В табл. 30.1 приведены удельные расходы воды на 1 т продукции разного качества, потребляемой в производстве вискозных и синтетических волокон. В зависимости от состава производств, территориального расположения их на генплане и других факторов на химических предприятиях может быть принято до 20 различных систем оборотного водоснабжения.
Обычно на предприятиях проектируются системы водопроводов фильтрованной, умягченной, обессоленной, оборотной (охлаждающей) воды, а также водопроводов противопожарно-хозяйственного назначения. В связи с повышенными требованиями к минеральному составу умягченной и обессоленной воды (особенно в отношении содержания солей железа), а также ввиду невозможности деаэрации воды для этих систем водопроводов необходимо применять трубы и арматуру из антикоррозийных материалов (нержавеющей и гуммированной стали, пластмасс).
Параметры фильтрованной воды, используемой в производстве химических волокон: мутность до 15 мг/л, цветность до 15 град, карбонатная жесткость до 9 мг-экв/л, содержание железа до 0,3, марганца до 0,1 мг/л, рН 7—8; умягченной воды: мутность до 3 мг/л, цветность до 5 град, окисляемость до 4 мг О/л, общая жесткость до 0,035 мг-экв/л, щелочность до 5,5 мг-экв/л, содержание железа до 0,05, марганца до 0,03 мг/л, рН 7—8.
Азотно-туковые. заводы в зависимости от мощности и состава производства потребляют 10—170 тыс. м3/ч воды. Они работают на полной оборотной системе водоснабжения. В качестве охладителей воды используют вентиляторные градирни. Завод производительностью 100 тыс. т аммиака в год с переработкой его в аммиачную воду расходует оборотной воды 10346 м3/ч, а свежей—1197 м3/ч. Значительные расходы производственной воды, наличие
большого количества холодильников с мелкими трубками, конденсаторов с малым зазором между трубами и другой тонкой аппаратуры определяют требования к качеству воды, потребляемой на азотнотуковых заводах (вода должна быть стабильной с мутностью до 20 мг/л). На азотно-туковых заводах хозяйственно-питьевой водопровод объединяют с противопожарным. Производственный водопровод проектируют для снабжения водой оборотных систем водоснабжения основных производств, а также подсобных, вспомогательных и административно-хозяйственных служб.
На заводах синтетического каучука воду используют для технологических, хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд. Производственное водопотребление таких предприятий может достигать 100—300 тыс. м3/ч. До 95 % потребляемой воды расходуется на охлаждение технологического оборудования и перерабатываемых продуктов. Отработавшая вода не содержит загрязнений и после охлаждения повторно используется в производстве. Вода, применяемая для охлаждения полупродуктов в технологическом процессе, не должна загрязнять аппаратуру шлаками, солями, биологическими и другими веществами. В ней допускается содержание взвесей до 15 мг/л, солей карбонатной жесткости не более 5—6 мг-экв/л.
Водоснабжение предприятий синтетического каучука осуществляют по раздельным системам. Обычно противопожарные системы объединяют с хозяйственно-питьевыми, что диктуется технико-экономическими соображениями. Противопожарный водопровод не объединяют с производственным, если имеется большая разница напоров. Для производственного водоснабжения предприятий обычно предусматривают оборотные системы. Прямоточные системы применяют в производственных процессах, где по технологическим условиям невозможно осуществить водооборот. На заводы подается вода двух категорий: с содержанием взвешенных веществ до 15 и не более 3—5 мг/л. Воду первой категории используют для восполнения потерь в системах производственного водоснабжения, а второй — для приготовления химически очищенной воды и для теплообменной аппаратуры, где охлаждающая вода проходит по межтрубному пространству.
При производстве дивинилстирольного и дивинилнитрольного каучука в процессе полимеризации используют умягченную воду следующего состава: общая жесткость до 0,07 мг-экв/л, общая щелочность не более 1 мг-экв/л, свободная углекислота не более 5 мг/л, взвешенные вещества до 3 мг/л, рН 6,8—7,2. При производстве дивинилстирольного, полиизопренового, полидивинилового и других каучуков для промывки полимера применяют воду с предельным содержанием солей карбонатной жесткости до 0,5 мг-экв/л, взвешенных веществ не более 3 мг/л, растворенного кислорода не более 0,5—1 мг/л. При производстве катализаторов и исходных мономеров используют обессоленную воду с предельной общей минерализацией до 15 мг/л. На нефтеперерабатывающих заводах воду применяют для охлаждения, конденсации и промывки готовой продукции, при этом на первые два процесса приходится 92 % всей расходуемой воды. Ориентировочный расход воды на нефтеперерабатывающих заводах на 1 т нефти при температурном перепаде охлаждающей воды 25 °С составляет, м3/т: заводы прямой перегонки нефти — 10—15, крекинг-заводы — 15—35, заводы с попутной переработкой газа — 50—80. При этом в производство возвращается около 93,4 % воды, безвозвратно теряется 3,4 %, а остальная сбрасывается в сток.
Отмывку нефти от серной кислоты и солей производят частично умягченной осветленной водой в водопромывных колоннах, растворяющих их в противотоке. Расход отмы-вочной воды 0,1—1,0 м3 на 1 т продукта, необходимый напор 4,5—5 МПа. Обессоливание нефти производят обессоленной до 3 мг-зкв/л водой с содержанием взвеси до 3 мг/л, отмывку бензина — осветленной до 2 мг/л свежей водой, солесодержание не лимитируется.
В схеме оборотного водоснабжения нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) предусматривают три самостоятельные системы, отличающиеся по качеству воды.
Первая система оборотного водоснабжения отличается содержанием в использованной воде нефтепродуктов до 100 мг/л. Она обслуживает отдельные аппараты установок, перерабатывающих легкие и тяжелые нефтепродукты. Вода этой системы перед возвратом в оборот очищается от нефтепродуктов на нефтеотделителях и охлаждается на градирнях. Удельный расход оборотной воды в системе около 45 м3 на 1 т перерабатываемой нефти. Вторая система обслуживает такие аппараты установок, в которых вода практически не загрязняется и после градирен возвращается в оборот. Удельный расход в системе до 40 м3/т. Третья система обслуживает цехи синтетических жирных кислот, где использованная вода загрязняется парафином и жирами., Перед поступлением на- градирни вода очищается. Удельный расход воды в системе около 1 м8/т.
Отработавшая вода первой и второй систем поступает в нефтеотделители, оборудованные устройствами для сбора и отведения нефтепродуктов и осадков. В третьей системе имеется жироуловитель, где оборотная вода освобождается от попавших в нее жиров и парафина. На НПЗ в качестве охладителей используют вентиляторные градирни. Потери воды в первой системе восполняют свежей водой или очищенными сточными водами первой системы канализации; вторую и третью системы пополняют только свежей водой.
На нефтеперерабатывающих заводах предусматривают водопровод свежей воды для восполнения потерь воды в оборотных системах и для подачи некоторым потребителям. Кроме того, устраивают систему хозяйственно-питьевого водоснабжения, от которой снабжаются водой и некоторые технологические потребители. Суммарный удельный расход воды в водопроводах свежей воды и хозяйственно-питьевой 6 м3/т. На НПЗ при наличии огромного количества легковоспламеняющихся материалов пожарная опасность чрезвычайно велика, поэтому особое внимание уделяют противопожарному водоснабжению. Как правило, устраивают специальный противопожарный водопровод высокого давления.