RU2167423C1

RU2167423C1 - Method of technological analysis of water stability for circulating and hot water supply systems

Info

Publication number: RU2167423C1
Application number: RU99124841A
Authority: RU
Inventors: К.З. Сайфутдинов
Original assignee: Институт проблем нефтехимпереработки Академии наук Республики Башкортостан
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 1999-11-25
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: methods of technological analysis of water stability; circulating water supply systems for petrochemical refining industry and other industries; hot water supply and heating systems. SUBSTANCE: method includes drawing the samples of water to be analyzed and determining total hardness, after which water is boiled and again total hardness is determined; samples of boiling water are taken 5 times in succession, every 2 to 3 minutes during 10-minute boiling; magnitudes of depth of destruction of hardness are determined by difference in hardness magnitudes for starting and boiling water; then, ratio of magnitude of increment of depth of hardness destruction to duration of respective interval of boiling times is determined as index of water stability. EFFECT: enhanced sensitivity and reliability; facilitated procedure of analysis. 3 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способам технологического анализа стабильности воды и может быть применено для охлаждающей воды систем оборотного водоснабжения (СОВ) в нефтехимпереработке и других отраслях промышленности, а также для систем горячего водоснабжения и водяного отопления населенных мест и промпредприятий. The invention relates to methods for technological analysis of water stability and can be used for cooling water of circulating water supply systems (CWS) in oil refining and other industries, as well as for hot water supply and water heating of populated areas and industrial enterprises.

Известен способ технологического анализа стабильности воды, основанный на определении этого показателя (индекса Ланжелье) по разнице величин pH воды до и после ее насыщения карбонатом кальция расчетом, исходя из общего солесодержания, щелочности и температуры /СНИП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., Стройиздат, 1985/. К недостаткам способа относится то, что он дает только качественную, а не количественную оценку стабильности воды как ее склонности к выделению или растворению карбонатных отложений, не учитывает стабилизирующего влияния органических примесей. There is a method of technological analysis of water stability, based on the determination of this indicator (Langelier index) by the difference in pH values of water before and after its saturation with calcium carbonate, based on the total salinity, alkalinity and temperature / SNIP 2.04.02-84. Water supply. External networks and facilities. M., Stroyizdat, 1985 /. The disadvantages of the method include the fact that it gives only a qualitative, but not quantitative assessment of the stability of water as its tendency to release or dissolve carbonate deposits, does not take into account the stabilizing effect of organic impurities.

Наиболее близким к изобретению является способ технологического анализа стабильности воды, включающий ее отбор и определение отношения величины pH до и после встряхивания с карбонатом кальция, приготовленным из хлористого кальция и углекислого аммония /ГОСТ 3313-46 "Методы технологического анализа. Определение стабильности"/. Недостатком данного способа также является невозможность количественной оценки стабильности воды. Кроме того, он применим для воды с температурой не более 60^oC. Однако в промышленных сточных СОВ оборотная вода нередко нагревается до 100^oC.Closest to the invention is a method for technological analysis of water stability, including its selection and determination of the pH ratio before and after shaking with calcium carbonate prepared from calcium chloride and ammonium carbonate / GOST 3313-46 "Methods of technological analysis. Determination of stability" /. The disadvantage of this method is the inability to quantify the stability of water. In addition, it is applicable for water with a temperature of not more than 60 ^o C. However, in industrial wastewater SOW, recycled water is often heated to 100 ^o C.

Это обусловлено тем, что значительная часть охлаждаемых технологических сред имеет температуру до 100-200^oC и выше. Способ недостаточен и в том, что он направлен на оценку стабильности воды только в отношении карбоната кальция. Реальный же процесс выделения накипи, наряду с отложениями CaCO₃, сопровождается также выпадением таких малорастворимых соединений некарбонатной жесткости, как CaSO₄, Mg(OH)₂ и др. Последние способствуют осаждению CaCO₃ и практически всегда обнаруживаются в составе накипи. Следует также указать на косвенный характер оценки стабильности воды по прототипу, где в качестве эталона для сравнения берется исследуемая же вода, искусственно насыщенная CaCO₃ в условиях, имеющих мало общего с условиями формирования солевого состава оборотной воды. Это насыщение лишено смысла и потому, что природные воды, как правило, уже пересыщены по CaCO₃ в 2-3 раза и более (до 10 раз) / Справочник по гидрохимии. Л., Гидрометеоиздат. 1989, с. 228/.This is due to the fact that a significant part of the cooled process media has a temperature of up to 100-200 ^o C and above. The method is insufficient in that it is aimed at assessing the stability of water only with respect to calcium carbonate. The real process of scaling, along with CaCO ₃ deposits, is also accompanied by the precipitation of such poorly soluble non-carbonate compounds as CaSO ₄ , Mg (OH) ₂ and others. The latter contribute to the precipitation of CaCO ₃ and are almost always found in the composition of scale. It should also indicate the indirect nature of the assessment of the stability of water according to the prototype, where the studied water, artificially saturated with CaCO ₃ under conditions that have little in common with the formation conditions of the salt composition of recycled water, is taken as a reference. This saturation is also meaningless because natural waters, as a rule, are already supersaturated with CaCO ₃ 2–3 times or more (up to 10 times) / Handbook of hydrochemistry. L., Hydrometeoizdat. 1989, p. 228 /.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков и предназначено для количественного анализа стабильности воды с температурой 100^oC. Это достигается тем, что в способе технологического анализа стабильности воды, включающем отбор ее пробы, исследуемую воду анализируют на общую жесткость, подвергают кипячению и вновь анализируют на общую жесткость, причем пробы кипящей воды отбирают последовательно 5 раз в течение 10 минут кипячения.The invention is aimed at eliminating these drawbacks and is intended for the quantitative analysis of the stability of water with a temperature of 100 ^o C. This is achieved by the fact that in the method of technological analysis of water stability, including sampling it, the test water is analyzed for general hardness, subjected to boiling and again analyzed for total rigidity, and samples of boiling water are taken sequentially 5 times within 10 minutes of boiling.

Использование заявляемого способа технологического анализа стабильности воды позволит получить количественные значения и показатели стабильности при любой ее температуре. Using the proposed method of technological analysis of water stability will allow to obtain quantitative values and stability indicators at any temperature.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Исследуемая вода анализируется на общую жесткость, затем нагревается до 100^oC и вновь анализируется на общую жесткость 5 раз через каждые 2-3 мин на протяжении 10 мин кипячения.The studied water is analyzed for total hardness, then heated to 100 ^o C and again analyzed for total hardness 5 times every 2-3 minutes for 10 minutes of boiling.

Пример 1. По предлагаемому способу исследовали воду из р. Белой. По классификации вод Алекина она относится к гидрокарбонатному классу, кальциевой группе и II типу вод. Химсостав воды был следующим:
Хлориды - 6 мг/л
Сульфаты - 124 мг/л
Общее солесодержание - 525 мг/л
Жесткость общая (Ж_об) - 6,65 мг-экв/л
Жесткость карбонатная (Ж_к) - 2,95 мг-экв/л
Жесткость некарбонатная (Ж_нк) - 3,70 мг-экв/л
Жесткость кальциевая - 4,90 мг-экв/л
Жесткость магниевая - 1,75 мл-экв/л
Щелочность - 3,3 мг-экв/л
pH - 8,0
Эту воду нагрели до 100^oC и затем отобрали пробы кипящей воды через 1; 3; 5; 7 и 10 мин после начала кипения и определили в них общую жесткость и среднее значение этого показателя (табл. 1). Затем по разнице значений жесткости для исходной и кипящей воды нашли величины глубины распада жесткости (Н_ж) в указанные моменты кипячения. Этот показатель характеризует также величину распавшейся части Ж_к, а в случае Н_ж>Ж_к - и величину распавшейся части Ж_нк. Последнее наблюдается при пересыщении воды не только по CaCO₃, но и по CaSO₄.Example 1. According to the proposed method investigated the water from the river. White. According to the classification of Alekin waters, it belongs to the hydrocarbonate class, calcium group, and type II water. The chemical composition of the water was as follows:
Chlorides - 6 mg / L
Sulfates - 124 mg / l
Total salinity - 525 mg / l
Total stiffness (W _about ) - 6.65 mEq / l
Carbonate hardness (W _to ) - 2.95 mEq / L
Non-carbonate hardness (W _nk ) - 3.70 mEq / L
Calcium hardness - 4.90 mEq / L
Magnesium hardness - 1.75 ml-equiv / l
Alkalinity - 3.3 mEq / L
pH - 8.0
This water was heated to 100 ^° C. and then boiling water samples were taken after 1; 3; 5; 7 and 10 min after the start of boiling and determined in them the total hardness and the average value of this indicator (table. 1). Then, the difference values for the initial stiffness and boiling water depth value found stiffness decay (H _x) at the indicated boiling. This figure also characterizes the magnitude of the collapsed portion F _k and in case N _w> M _k - and the value of the collapsed portion F _nc. The latter is observed upon supersaturation of water not only in CaCO ₃ , but also in CaSO ₄ .

Как видно из табл. 1, распад жесткости - это непрерывный процесс увеличения Н_ж, каждый этап которого характеризуется ее приростом (ΔH_ж), т.е. разницей значений Н_ж в конце и в начале этапа. Величину скорости распада жесткости определяли как частное от деления величины прироста глубины распада жесткости на ширину предшествующего этапа (интервала) кипячения в минутах. Полученные величины в мг-экв/(л •мин) и их средние значения приведены в табл. 1. Для этапа шириной 1 мин численные значения скорости и глубины распада жесткости воды совпадают.As can be seen from the table. 1, the decay of stiffness is a continuous process of increasing H _f , each stage of which is characterized by its increase (ΔH _f ), i.e. difference values of H _x at the end and at the beginning stages. The value of the stiffness decomposition rate was determined as the quotient of dividing the increment in the stiffness decomposition depth by the width of the previous boiling stage (interval) in minutes. The obtained values in mEq / (l • min) and their average values are given in table. 1. For a stage with a width of 1 min, the numerical values of the velocity and depth of decay of water hardness coincide.

Дополнительно определяли величину pH кипящей воды и в качестве вспомогательного, второстепенного показателя рассчитывали значения индекса pH_кип/pH_исх. Полученные данные и их средние значения указаны в табл. 1.In addition, the pH value of boiling water was determined, and as an auxiliary, secondary indicator, the values of the pH index of _boiling / pH _{ref were} calculated. The data obtained and their average values are shown in table. 1.

Пример 2. По предлагаемому способу исследовали биологически очищенную сточную воду (БОСВ) ПО "Салаватнефтеоргсинтез", которая по классификации вод относится к сульфатному классу, кальциевой группе 1 и I типу вод. Ее химсостав приведен в табл. 2. БОСВ подвергли кипячению, отобрали пробы кипящей воды через 1; 3; 5; 7 и 10 мин и проанализировали их на общую жесткость. По полученным данным рассчитали величины глубины и скорости распада жесткости. Результаты химанализов и расчетов показателей стабильности, а также их средние значения приведены в табл. 1. Example 2. According to the proposed method investigated biologically treated wastewater (BWW) PA "Salavatnefteorgsintez", which according to the classification of water belongs to the sulfate class, calcium group 1 and type I water. Its chemical composition is given in table. 2. BOSV was boiled, boiling water samples were taken after 1; 3; 5; 7 and 10 min and analyzed them for total hardness. According to the data obtained, the values of the depth and decay rate of stiffness were calculated. The results of chemical analyzes and calculations of stability indicators, as well as their average values are given in table. 1.

Пример 3. По предлагаемому способу исследовали имитат оборотной воды СОВ-2 производства этилена ЭП-300 на Лисичанском нефтеперерабатывающем заводе. По классификации вод эта вода относится к хлоридному классу, кальциевой группе, II типу вод. Химсостав имитата указан в табл. 2, а результаты исследования стабильности - в табл. 1. Example 3. According to the proposed method investigated the simulated circulating water SOV-2 ethylene production EP-300 at the Lisichansk refinery. According to the classification of waters, this water belongs to the chloride class, calcium group, type II water. The chemical composition of imitate is shown in table. 2, and the results of the stability study are in table. 1.

Пример 4. По прототипу исследовали воду из р. Белой. Определили величину общей щелочности исходной воды, она равнялась 3,3 мг-экв/л. Затем к пробе исследуемой воды добавили карбонат кальция и встряхивали в течение 1 ч с частотой качания платформы 135 раз/мин. После осветления и фильтрования пробы определили величину общей щелочности, оказавшуюся равной 3,14 мг-экв/л. Индекс стабильности равен 3,3:3,14 = 1,05 (табл. 2). Example 4. The prototype investigated the water from the river. White. The total alkalinity of the source water was determined; it was 3.3 mEq / L. Then, calcium carbonate was added to the test water sample and shaken for 1 h with a platform swing frequency of 135 times / min. After clarification and filtration of the samples, the total alkalinity was found to be 3.14 mEq / L. The stability index is 3.3: 3.14 = 1.05 (Table 2).

Пример 5. Аналогично примеру 4 исследовали БОСВ. Величина индекса стабильности по прототипу указана в табл. 2. Example 5. Analogously to example 4, biofeedback was investigated. The value of the stability index for the prototype is shown in table. 2.

Пример 6. Аналогично примеру 4 исследовали имитат оборотной воды ЛНПЗ. Величина индекса стабильности по прототипу указана в табл. 2. Example 6. Analogously to example 4, we studied a simulated circulating water LNPZ. The value of the stability index for the prototype is shown in table. 2.

Основные показатели стабильности сведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, чем больше жесткость воды, тем больше глубина и скорость ее распада и тем больше доля распавшейся части Ж_к. Наибольшая глубина (и численно совпадающая с ней скорость) распада наблюдаются в первую минуту кипячения, заметно влияя на их средние значения, после чего процесс распада жесткости резко замедляется, переходя в установившуюся фазу вплоть до 7-10-й минуты кипячения. В примере 3 глубина распада превысила Ж_к на величину 6,05 - 5,3 = 0,75 мг-экв/л, т. е. распад захватил и часть Ж_нк, что указывает на большую нестабильность воды вследствие пересыщения по CaCO₃ и CaSO₄. Об этом свидетельствует и скорость распада жесткости, которая была более чем в 2 и 5 раз выше, чем в примерах 1 и 2. Подобная разница свидетельствует о высокой чувствительности скорости распада жесткости как показателя стабильности воды к ее ионному составу по сравнению с показателем стабильности по прототипу, значения которого при любом химсостава воды не выходят за пределы 1±0,2.The main indicators of stability are summarized in table. 2. As can be seen from the table. 2, the greater the hardness of the water, the greater the depth and rate of its decay and the greater the proportion of the decaying part of F _to . The greatest depth (and the rate that coincides numerically with it) of decomposition is observed in the first minute of boiling, significantly affecting their average values, after which the stiffness decay process slows down sharply, passing into a steady phase up to the 7-10th minute of boiling. In example 3, the decay depth exceeded W _to 6.05 - 5.3 = 0.75 mEq / L, i.e., the decay also captured a part of W _NK , which indicates a large instability of water due to CaCO ₃ supersaturation and CaSO ₄ . This is evidenced by the rate of decay of stiffness, which was more than 2 and 5 times higher than in examples 1 and 2. This difference indicates a high sensitivity of the rate of decay of stiffness as an indicator of the stability of water to its ionic composition compared with the stability index of the prototype , the values of which for any chemical composition of water do not go beyond 1 ± 0.2.

В предлагаемом способе величина вспомогательного второстепенного индекса pH_кип/pH_исх качественно характеризует склонность воды к диссоциации ионов связанной углекислоты и согласуется для разных вод с величиной скорости распада жесткости в них. Величина же индекса стабильности pH_исх/pH_нас как единственного показателя стабильности воды по прототипу неинформативна и недостоверна. Так, по предлагаемому способу БОСВ оказалась самой стабильной, причем скорость распада жесткости в ней в 2,5 раза ниже, чем в речной воде, а величина pH-индекса - наибольшая (табл. 2). Этот результат полностью согласуется с современными научными представлениями и практикой эксплуатации СОВ НП3. По прототипному же показателю стабильности получается, что речная вода стабильнее, чем БОСВ.In the proposed method, the value of the auxiliary secondary pH index _bp / pH _ref qualitatively characterizes the tendency of water to dissociate ions of bound carbon dioxide and is consistent for different waters with the rate of decay of stiffness in them. The value of the pH stability index _ref / pH _us as the only indicator of the stability of water according to the prototype is uninformative and unreliable. Thus, according to the proposed method, BOSV was the most stable, with the rate of decay of stiffness in it being 2.5 times lower than in river water, and the pH-value was the highest (Table 2). This result is fully consistent with modern scientific concepts and the practice of operating SOV NP3. According to the prototype stability indicator, it turns out that river water is more stable than BFW.

На основании анализа и обобщения данных предлагается шкала классификации вод для оценки их стабильности, приведенная в табл. 3. В соответствии с табл. 3 исследуемые воды располагаются в порядке повышения уровня стабильности следующим образом: имитат оборотной воды (1 балл стабильности), речная вода (2 балла) и БОСВ (4 балла). Based on the analysis and generalization of the data, a water classification scale for assessing their stability is given in Table. 3. In accordance with table. The 3 studied waters are arranged in order to increase the level of stability as follows: imitation of circulating water (1 stability point), river water (2 points) and BOSV (4 points).

Кроме того, предлагаемый способ можно успешно применить для сравнительной оценки эффективности различных стабилизирующих (противонакипных) реагентов, подбора оптимальных доз их и др. Опыты с различными водами и реагентами (кислотой, фосфатами, комплексонами, ингибиторами) показали, что этот способ достаточно чувствителен для пробной реагентной обработки. При этом во всех случаях были подобраны оптимальные режимы обработки, обеспечившие 5-балльную стабильность этих вод. In addition, the proposed method can be successfully applied for a comparative assessment of the effectiveness of various stabilizing (anti-scale) reagents, selection of optimal doses of them, etc. Experiments with various waters and reagents (acid, phosphates, complexones, inhibitors) have shown that this method is quite sensitive for the trial reagent treatment. Moreover, in all cases, optimal treatment conditions were selected that ensured 5-point stability of these waters.

Таким образом, предлагаемый способ технологического анализа стабильности воды позволяет определить количественные характеристики стабильности с высокой степенью надежности и достоверности; пригоден для вод с любой температурой и любым солевым составом; обеспечивает достаточно высокую чувствительность технологической оценки сравнительной эффективности различных стабилизаторов и успешно применим для подбора их оптимальной дозы путем пробной реагентной обработки воды; осуществим с минимальными затратами труда и времени в лабораторных условиях без использования стендовых или пилотных моделей СОВ и других водяных систем. Thus, the proposed method of technological analysis of water stability allows you to determine the quantitative characteristics of stability with a high degree of reliability and reliability; suitable for water with any temperature and any salt composition; provides a sufficiently high sensitivity of the technological evaluation of the comparative effectiveness of various stabilizers and is successfully applicable for selecting their optimal dose by trial reagent water treatment; we can carry out with minimal labor and time in laboratory conditions without using bench or pilot models of SOW and other water systems.

Claims

A method for the technological analysis of water stability for circulating and hot water supply systems, including sampling it, characterized in that the source water is analyzed for total hardness, subjected to boiling and again analyzed for total hardness, and samples of boiling water are taken sequentially 5 times every 2 to 3 min for 10 minutes of boiling, the values of the depth of decay of hardness at the indicated boiling points are determined by the difference in hardness values for the source and boiling water, the quotient of d irosta depth decay stiffness duration corresponding thereto prior time interval as an indicator of boiling water stability.