Проблемы использования подземных природных рассолов в технологии подготовки добавочной воды теплосети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы использования подземных природных рассолов в технологии подготовки добавочной воды теплосети

Бураков А.Ю., Моисейцев Ю.В., Родионов И.В., Храмчихин А.М. (АО «Мосэнерго»)

С 1979 года теплоэлектростанции Москвы начали использование природных хлоридных натриевых рассолов для регенерации Na-катионитовых фильтров. Рассол добывается из рассолодобывающих скважин, расположенных на территориях теплоэлектростанций.

Теплоснабжение жилищного сектора г. Москвы, промышленных предприятий и других потребителей тепла обеспечивается 13 теплоэлектростанциями и 122 водогрейными котлами. Объем тепловых сетей г. Москвы составляет в настоящее время 2,98 миллиона м³. Для подпитки тепловых сетей в химических цехах теплоэлектростанций АО «Мосэнерго» вырабатывается около 63 миллионов тонн химочищенной воды (1999 г.). Для получения химочищенной воды используются установки, включающие в себя одно- или двухступенчатое Na-катионирование. Регенерация Na-катионитовых фильтров должна осуществляться 8 -- 10% раствором хлорида натрия. С этой целью теплоэлектростанции использовали привозную поваренную соль, которую разводили водой до нужной концентрации. C 1979 года теплоэлектростанции начали использование природных хлоридных натриевых рассолов для регенерации Na-катионитовых фильтров. Рассол добывается из рассолодобывающих скважин, расположенных на территориях теплоэлектростанций, что значительно упрощает работы по подготовке регенерационных растворов. Это позволяет избегать затрат на закупку, перевозку и хранение сухой поваренной соли.

Первая рассолодобывающая скважина была пробурена на территории ТЭЦ-22 в 1979 году. В 1982 году природные подземные рассолы применялись уже на четырех теплоэлектростанциях: ТЭЦ-21, ТЭЦ-22,ТЭЦ-23 и ТЭЦ-25. В настоящее время подземные рассолы используются на двенадцати теплоэлектростанциях. Всего пробурены двадцать рассолодобывающих скважин. Часть теплоэлектростанций для обеспечения надежного снабжения устройств водоподготовки (ВПУ) рассолами имеет по две рассолодобывающих скважины: рабочую и резервную. Кроме того, для этой же цели на всех теплоэлектростанциях существуют баки аварийного запаса рассолов. До 1996 года потребление природных рассолов непрерывно возрастало и в 1996 году достигло своего максимума - 182 тыс. м³. С 1997 года наблюдается постепенное снижение количества добываемых рассолов в результате внедрения передовых технологий водоподготовки и снижения подпитки теплосети. В 1999 году теплоэлектростанции получили из скважин 152 тыс. м³ рассолов.

За счет эксплуатации рассолодобывающих скважин АО «Мосэнерго» покрывает свою потребность в сухой хлоридной натриевой соли на 90%. Экономический эффект от использования природных рассолов по сравнению с привозной солью по системе в среднем составляет три миллиона рублей в год.

Природные рассолы относятся к отложениям вендскоряжского водоносного комплекса, который залегает на глубине 1150 - 1200 метров от поверхности земли. Характеристика природных рассолов представлена в таблице №1.

Основными требованиями к качеству добываемых рассолов с точки зрения применения их для целей регенерации Na-катионитовых фильтров ВПУ теплоэлектростанций следующие:

- рассол должен иметь хлоридно натриевый состав;

- величина жесткости рассолов не должна превышать 500 мг-экв/л, при минерализации 100 - 150 г/л, и не более 1500 мг-экв/л, при минерализации 250 - 300 г/л.

Для эксплуатации рассолодобывающих скважин АО «Мосэнерго» получило лицензии на право пользования недрами. В соответствии с условиями лицензирования выплачиваются два вида налогов: отчисления за право пользования недрами и отчисления на воспроизводство минерально-сырьевой базы. Величина отчислений составляет 5 - 7% от себестоимости одного кубометра добываемых рассолов.

Для добычи рассолов из скважин используются электропогружные насосы и эрлифтные установки. Применение эрлифтных установок для добычи рассолов увеличивает себестоимость рассолов и приводит к ускоренному коррозионному износу обсадных колонн рассолодобывающих скважин. Электропогружные насосы зарекомендовали себя как наиболее надежные и экономически выгодные при подъеме рассолов из скважин. Первоначально для подъема рассола на поверхность применялись электропогружные насосы типа ЭЦВ6 с номинальным напором 225 - 250 метров и производительностью 6-10 м³/час. Так как данные насосы предназначены для добычи пресной воды, то продолжительность работы не превышала трех месяцев. С 1993 года в рассолодобывающих скважинах эксплуатируются электропогружные насосы типа ПЭН6-12,5-225 и ПЭН6-8-250, а с 1999 года насосы типа ЭЦНК4-3,15-200, выпускаемые Лермонтовским электромеханическим заводом (ГУП «ЭМЗ»). Продолжительность работы насосов возросла до трех лет.

В АО «Мосэнерго» накоплен также некоторый опыт по эксплуатации импортных насосов. Из зарубежных насосных агрегатов в условиях рассолодобывающих скважин используются только насосы фирмы «KSB» (Германия) типа UPA100V-4/36. Эти насосы установлены в рассолодобывающих скважинах ГЭС-1, ТЭЦ-8 и ТЭЦ-9. Первый насос данного типа был установлен в 1997 году в скважине ТЭЦ-8 и работает до сих пор.

Для оценки эффективности эксплуатации рассолодобывающих скважин в АО «Мосэнерго» используется коэффициент использования скважин: отношение количества использованных теплоэлектростанцией рассолов (в пересчете на сухую соль) к общему количеству сухой соли, включая и рассолы, которую использовала за отчетный год данная теплоэлектростанция. Коэффициент использования скважин характеризует надежность насосного оборудования и безаварийность работы скважины.

Перед АО «Мосэнерго», как перед пользователем подземных рассолов, стоят две основные задачи. Первая -увеличение продолжительности эксплуатации насосного оборудования. Вторая - увеличение срока службы рассолодобывающих скважин. Решение задач приведет в конечном итоге к снижению себестоимости добываемых рассолов.

Продолжительность срока службы рассолодобывающих скважин прежде всего зависит от выбора проекта и качества бурения скважин. Первое время фильтры рассолодобывающих скважин изготавливались на поверхности и затем устанавливались в скважине. Это приводило к смешиванию рассолов различных водоносных комплексов. В настоящее время в процессе бурения скважины производится затрубная цементация обсадной колонны от забоя до устья, что обеспечивает изоляцию различных водоносных комплексов друг от друга. Затем обсадная колонна перфорируется в интервале залегания ряжского водоносного комплекса, поэтому рассол поступает только из данного водоносного комплекса. Амортизация рассолодобывающей скважины происходит в течение восьми лет. При дальнейшей эксплуатации величина себестоимости рассолов определяется прежде всего частотой проведения ремонтных работ на скважинах. В большинстве случаев ремонтные работы заключаются в замене насосного оборудования в скважине. Срок службы рассолодобывающих скважин не менее 16 лет.

При эксплуатации рассолодобывающих скважин контроль технического состояния насосного оборудования производится по показаниям комплекса контрольно-измерительных приборов, который включает в себя: амперметр, манометр, расходомер, уровнемер, термометр. Анализ показаний этих приборов позволяет определить состояние электропогружного насосного агрегата и заранее подготовиться к его замене. Кроме того, по показаниям расходомера, уровнемера, термометра и результатам периодически выполняющихся химических анализов рассолов контролируется техническое состояние рассолодобывающей скважины.

Гидрогеологические условия для использования подземных рассолов существуют в большинстве областей центральной, северной и восточной частей европейской территории России.

Одной из особо сложных проблем при эксплуатации ВПУ является проблема утилизации регенерационных рассолов Na-катионитовых фильтров, так как, вопросы очистки сточных вод от минеральных солей представляются в настоящее время наименее изученными. Сейчас утилизация сточных вод ВПУ проводится путем разбавления до минерализации 1 г/л и сброса в водоемы. И хотя водоемы обладают ассимилирующей способностью (особенно в летний период), они все равно не справляются со все возрастающей экологической нагрузкой. Исследования проб воды Москва-реки показали, что ежегодно ухудшается качество воды по течению реки в черте города. В этом смысле отсутствие необходимости сброса минеральных солей способно улучшить экологическую ситуацию в водоемах.

Наиболее реальным является предложение установить испарительные установки для регенерационных рассолов до сухих солей. Но это потребует огромных капитальных и эксплуатационных затрат.

С 1989 года проводятся в системе АО «Мосэнерго» работы по оценке возможности захоронения отработанных регенерационных рассолов в подземные горизонты. На основании выполненных исследований был сделан вывод о возможности закачки отработанных регенерационных рассолов в породы вендскоряжского водоносного комплекса. С 1998 года проводится опытно-промышленная эксплуатация системы добычи природных рассолов и возврата отработанных рассолов в недра на территории ТЭЦ-26. Система состоит из нагнетательной скважины, рассолодобывающей скважины и семи наблюдательных скважин. Работа системы производится следующим образом. Происходит накопление отработанных рассолов в баке-усреднителе объемом 2000 м³. Затем отработанные рассолы закачиваются в водоносный горизонт со средним расходом 400 м³/сутки. Далее следует снова этап накопления рассолов. Регенерационные рассолы отличаются от природных рассолов повышенной жесткостью и меньшей минерализацией. К настоящему моменту отработанных регенерационных рассолов в недра возвращена 41 тысяча м³. Положительным результатом эксплуатации системы является уменьшение количества сточных вод с ВПУ в поверхностные водоемы, что благоприятно отражается как на территории самой теплоэлектростанции, так и, на экологии водоема, принимающего сточные воды. Но для г. Москвы проблема экологии реки Москвы осложняется тем, что городские

коммунальные службы ежегодно закупают 340 тысяч тонн хлоридной натриевой соли и большая часть ее поступает после использования в р. Москву. Вся система АО «Мосэнерго» в 1999 году израсходовала в пересчете на «сухую» соль 28 тысяч тонн. Поэтому, даже если регенерационные рассолы ВПУ всех теплоэлектростанций будут возвращены в недра, это мало отразится на экологическом состоянии р. Москвы.

К отрицательным моментам эксплуатации системы добычи рассолов и возврата отработанных рассолов в недра можно отнести высокую стоимость сооружения и эксплуатации самой системы. Что в конечном итоге приведет к увеличению себестоимости рассолов и поставит под вопрос рациональность использования природных подземных рассолов для целей регенерации Na-катионитовых фильтров.

В то же время дорожные службы города нуждаются в хлоридных рассолах с высоким содержанием кальция и с минерализацией не менее 200 г/л для борьбы с обледенением автомагистралей. Регенерационные рассолы практически полностью соответствуют требованиям дорожников за исключением минерализации. Минерализация регенерационных рассолов в среднем не превышает 180 г/л, что является

решаемой проблемой. Продавая такие рассолы городским дорожным службам, теплоэлектростанции могут получить некоторую прибыль. Фирма «Доринвест» оценивает такой рассол в 50 рублей за один м³. Однако, потребление регенерационных рассолов дорожниками происходит только в зимний период. В теплое время года должно происходить накопление рассолов. Для этого на теплоэлектростанции потребуется соорудить 1 -- 2 бака на 10-20 тысяч м³.

Кроме того, необходимо отметить, что добываемые природные рассолы имеют высокое содержание брома и стронция стабильного. Эти рассолы могут использоваться для промышленного извлечения данных компонентов.

Выводы

хлоридный рассол теплоэлектростанция скважина

Применение природных хлоридных натриевых рассолов для целей регенерации Na-катионитовых фильтров является рациональным и экономически выгодным.

Условия для эксплуатации природных рассолов имеются в большинстве областей Европейской части России.

Проблема утилизации отработанных регенерационных рассолов является сложной и многоплановой и должна рассматриваться с разных позиций.

Размещено на Allbest.ru