Розрахунок та корегування вихідного складу води

Наведена висота зони контактного середовища освітлювача розраховується за формулою:

Нс = Н1 + Н2 + .... + Нn

де Н₁ — висота контактного середовища у верхній її зоні, що має площу F₁ поперечного перерізу ,м²; Н_n и F_n — інші зони контактної середовища, см.

При визначенні Н_с верхня межа зони контактного середовища може бути прийнята в рівні верхньої кромки верхнього шламоприємного вікна, а також враховується, що внизу освітлювача над водними соплами 0,5 ... 0,7 м по висоті знаходиться зона змішування води і реагентів.

Величина a_к розраховується:

aк = 100

де D_к — доза коагулянту, мг-екв/дм³; Э_к — еквівалент коагулятора(для Al(OH)₃ - Э_к = 26; для Fe(OH)₃ - Э_к = 36); ГДД^б.в. — сумарна кількість грубодисперсних домішок, що надходять в освітлювач і утворюються в ньому.

Таблиця 1.4.

Залежність умовної швидкості вільного осадження шламу від величини a_к

 

aк, %	nу, мм/с	aк, %	nу, мм/с
3	2,25	50	1
5	2,15	60	0,9
10	1,95	70	0,85
20	1,75	80	0,80
30	1,45	90	0,75
40	1,2	100	0,70

 

Розрахунок складу домішок по етапах обробки для теплових мереж

Для закритої системи водопостачання якість води для підживлення теплових мереж повинно відповідати нормам. Вихідна підживлювальна вода повинна піддаватися: освітленню та коагуляції, а також двоступінчатому натрій-катіонуванню.

 

Якісний показник води	Підігрів води t Co
	До 75		76-100		101-200
Розчинений кисень, мг/л	0,1		0,1		0,05
Зважені речовини, мг/л	5		5		5
Карбонатна жорсткість, мг-екв/л	1,5		0,7		0,7
Залишкова загальна жорсткість при використанні води продувки котлів (допускається в закритих системах теплопостачання), мг-екв/л	--		0,1		0,05
Вільна вуглекислота	Відсутність
pH	6,5-8,5
Умовна сульфатно-кальцієва  жорсткість	--	--		В межах величин,виключають випадання з розчину CaSO4

 При Na-катіонуванні воду пропускають через шар катіоніту, що знаходиться в початковому стані в Na-формі. При цьому процесі відбувається видалення з води іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ в обмін на еквівалентну кількість іонів Na⁺.

Аніонний склад води при  Na-катіонуванні залишається постійним, тому і сумарна концентрація катіонів, що беруть участь в цьому процесі, також залишається постійною. Однак масова концентрація катіонів у розчині дещо зростає, оскільки еквівалентна маса іона натрію вище еквівалентних мас іонів кальцію і магнію.

    Катионит витягує з води іони жорсткості, такі як кальцій Ca²⁺ і магній Mg²⁺, замінюючи їх на іони натрію Na⁺. Цей процес можна представити у вигляді наступних рівнянь:

2Na⁺K^- +Ca²⁺⇄ Ca²⁺K₂^- +2Na⁺ ;

2Na⁺K ^- +Mg²⁺⇄ Mg²⁺K₂ +2Na⁺ ,

 де К-тверда нерозчинна у воді частина молекули катіоніту, що має негативний заряд і є в даних умовах аніонітом.

Пом'якшення води фільтруванням  через шари катіоніту здійснюється до моменту появи у фільтраті концентрації солей жорсткості, яка не перевищує 0,1 мг-екв / л. Після чого фільтрування припиняється, фільтр відключається на регенерацію. Далі, вода надходить в Na-катіонітові фільтри II ступеню. Фильтр II-ї ступені по конструкції аналогічні фільтрам I-ї ступені.

Пом'якшення води фільтруванням  через шари катіоніту здійснюється до моменту появи у фільтраті концентрації солей жорсткості, яка не перевищує 0,01 мг-екв / л. Після чого фільтрування припиняється, фільтр виключається на регенерацію.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунок і вибір обладнання для теплових мереж

Na -катіонітовий фільтр вибирається по продуктивності. Висота завантаження фільтра іонообмінним матеріалом задається, а число регенерацій розраховується за формулою:

Площа фільтра та його діаметр вибирається зі стандартного ряду. Швидкість води у фільтрі повинна бути не більш 30 м / год, кількість фільтрів вибирається згідно витраті води і типу фільтра та змінюється при отриманні величин більше допустимих і згідно зі схемою. Також рекомендується мати два додаткових фільтра, які будуть знаходиться в гарячому резерві, а так само використовуватися в процесі регенерації або ремонту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунок складу домішок по етапах обробки для підживлення блоку

    Процес очищення водного теплоносія на АЕС можна розділити на два етапи:    перший - приготування хімічно знесоленої води високої чистоти для первинного заповнення контурів і для подальшого їх підживлення;     другий - постійне очищення теплоносія, що циркулює в контурі, а також вод басейнів витримки і перевантаження від різних домішок.

Перший етап очищення проводять на так званих установках хімводоочищення (ХВО), а другий - на установках спеціального водоочищення (СВО) або конденсатоочісткі (КО). У ХВО передбачаються очищення вихідної води від механічних домішок в механічних фільтрах, видалення вільної кислоти в декарбонізатор, а також іонне очищення в аніонітових та катіонітових фільтрах. У механічному фільтрі, який заповнюється, наприклад, подрібненим антрацитом, відокремлюються грубодисперсні забруднення. Далі вода очищається в кілька прийомів на іонообмінних фільтрах.

  Слід підкреслити, що іонообмінна фільтрація в даний час - найбільш поширений метод очищення водного теплоносія. Він заснований на здатності деяких матеріалів - іонітів, які самі у воді практично не розчиняються, змінювати в потрібному напрямку іонний склад води. В результаті обміну іонами між водою і твердою речовиною з іонним зв'язком (іонітом) містяться у воді іони утримуються іонітом, який віддає в воду еквівалентну кількість іонів того ж знака. Для очищення водного теплоносія ядерних енергетичних установок застосовують іонообмінні матеріали, що є сополімерами стиролу і дивинилбензола, які володіють сітчастою структурою - матрицею, що містить фіксовані іони. Рухливі протівоіони врівноважують заряд фіксованих іонів і здатні до обміну. Розрізняють іоніти, здатні обмінюватися катіонами, - катіоніти і аніонами - аніоніти.

  Між іонообмінними фільтрами I і II ступенів системи ХВО встановлений декарбонізатор, призначений для видалення з води вільної вуглекислоти, зміст якої дещо зростає після Н-катіонування I ступеня. Видаляти вуглекислоту необхідно для того, щоб створити оптимальні умови для використання сільноосновного аніоніту. Видаляють її за допомогою аерації води повітрям в апаратах баштового типу - декарбонізаторах.

Встановлення додаткових іонітових фільтрів для очищення води, підживлює перший контур, передбачене для того, щоб виключити випадкове потрапляння туди катіонів натрію Na⁺ і аніонів сильних кислот в результаті або погане відмивання фільтрів після їх регенерації - відновлення працездатності, або виснаження Н-катіонітових фільтрів.

В результаті роботи системи ХВО виходить хімічно- очищена вода, яка використовується для заповнення контурів ядерної енергетичної установки, а також для їх підживлення. Електропровідність цієї води не повинна перевищувати 0,3 мкСм / см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунок і вибір основного обладнання для підживлення блоку

    Розрахунок і вибір основного обладнання ведеться при відомому значенню витрати води. Завантаження фільтрів виробляється іонообмінними матеріалами, робочу обмінну ємність яких розраховуємо. Кількістю регенерацій фільтрів задаємося виходячи з того, що вони розташовані ланцюжком (Н-1, ОН-1, Н-2, ОН-2), а їх висоту завантаження обчислюємо за формулою:

Для першого ступенів Н-катіонування була обрана смола Амберлайт IR 1200.

Для другого ступенів Н-катіонування була обрана смола Амберлайт IR 120 Na.

 Вони є сильнокислотною і використовується при прямоточній та противоточній системі регенерації розчином сірчаної кислоти.

Рекомендуемые условия эксплуатации Максимальная  рабочая температура  120°C Минимальная высота загрузки  700 мм Рабочая скорость потока  5 - 40 ОЗ*/ч Максимальная  линейная скорость  50 м/ч Регенерант  H2SO4 ступенчатыми концентрациями Уровень  60 - 240 г/л Скорость  потока  2 - 20 ОЗ/ч (минимал. время контакта : 30 минут) Концентрация  0.7 - 6 % в соответствии с содержанием Ca Медленная отмывка  2 ОЗ со скоростью регенерации Быстрая отмывка  2 - 4 ОЗ с рабочей скоростью потока * 1 ОЗ (Объем Загрузки) = 1 м3 раствора на м3 смолы

 

Таблица 3 : Рекомендуемые условия эксплуатации Максимальная  рабочая температура  120°C Минимальная высота загрузки  1000 мм (предпочтительно > 1400 мм) Рабочая скорость потока  5 - 50 ОЗ*/ч Максимальная  линейная скорость  60 м/ч Регенерант  H2SO4 ступенчатыми концентрациями Уровень  от 40 до 160 г /л Минимальное время контакта  20 минут Концентрация  от 0.7 до 6 % в соответствии с содержанием Ca Медленная отмывка  2 ОЗ со скоростью регенерации Быстрая отмывка  1 - 3 ОЗ с рабочей скоростью потока  * 1 ОЗ (Объем Загрузки) = 1 м3 раствора на м3 смолы

 Для першого ступеня аніонірування використовувалася низькоосновна смола промислової категорії Амберлайт IRA96.

Таблица 5 : Рекомендуемые условия эксплуатации Максимальная  рабочая температура  100°C Минимальная высота загрузки  700 мм Рабочая скорость потока  от 5 до 40 ОЗ*/ч Максимальная  линейная скорость  50 м/ч Регенерант  NaOH Уровень   120 %  ионной нагрузки Скорость  потока  от 2 до 8 ОЗ/ч (мин. время контакта: 30 минут) Концентрация  от 2 до 4 % Медленная отмывка  2 ОЗ со скоростью регенерации Быстрая отмывка  от 4 до 8 ОЗ с рабочей скоростью потока * 1 ОЗ (Объем Загрузки) = 1 м3 раствора на м3 смолы

   Для другого ступеня аніонірування використали высокоосновний аніоніт Амберлайт IRA402 Cl, який використовується для  знесолення води при прямоточній системі регенерації.

Рекомендуемые условия эксплуатации     Максимальная  рабочая температура     60°C Минимальная высота загрузки  700 мм Рабочая скорость потока  от 5 до 40 ОЗ*/ч Максимальная  линейная скорость  50 м/ч Регенерант  NaOH Уровень  от 60 до 150 г/л Скорость  потока  от 2 до 8 ОЗ/ч (мин. время контакта : 30 минут) Концентрация  от 2 до 4 % Медленная отмывка  2 ОЗ со скоростью регенерации Быстрая отмывка  от 4 до 8 ОЗ с рабочей скоростью потока * 1 ОЗ (Объем Загрузки) = 1 м3 раствора на м3 смолы

  Для ФЗД для зручності були обрані, вище описані смоли Амберлайт  IR120 Na та Амберлайт IRA402 Cl.

 

Розрахунок  складу регенераційних розчинів

   При очищенні води іонообмінними смолами, ресурс смол поступово закінчується. При вичерпанні робочої обмінної ємності фільтруючого матеріалу (обмінна ємність смоли) необхідна регенерація іонітів. Після регенерації обмінна ємність іонообмінника відновлюється і фільтри пом'якшення води знову готові до роботи.    Регенерація відбувається шляхом пропуску розчину сірчаної кислоти в катіонітових фільтрів, концентрацій 4%, а аніонітів-NaOH з концентрацією 5%.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахунок витрати води на власні потреби

Експлуатація іонітних фільтрів полягає в проведенні наступних операцій, які становлять повний робочий цикл фільтра:

1) розпушування;

2) регенерація (пропуск регенераційного розчину);

3) відмивка;

4) робочий фільтроциклу.

    Операція "розпушування" необхідна для видалення накопичилися при обробці води в шарі іоніту зважених речовин і утворилася за рахунок руйнування іонітної дрібниці, наявність яких призводять до збільшення перепаду тиску в шарі іоніту. Крім того, розпушування, яке проводиться вихідним потоком води, розщільнює шар, полегшуючи доступ до зереніоніту регенераційних розчинів. При розпушуванні шар іоніту повинен розширюватися на 30 - 40%, але його робоча фракція не повинна виноситися з фільтра. Зазвичай розпушування проводять відмивочною водою від попередньої регенерації протягом 20 хв з інтенсивністю 2.5 - 3.0 дм3 / (с • м2) перетину фільтру.

Регенерацію кожного фільтра проводять розчином певної концентрації відповідного реагенту. Швидкість пропуску регенераційного розчину залежить від технологічного призначення фільтра.