способ очистки теплообменника от карбонатных отложений

Формула изобретения

Способ очистки теплообменника от карбонатных отложений, включающий подвод геотермальной воды с концентрацией углекислого газа выше равновесного значения, которое создается путем увеличения общего, соответственно, и парциального давления углекислого газа в очищаемом теплообменнике, отличающийся тем, что очищаемый теплообменник подключают последовательно к чистому теплообменнику, а из геотермальной воды перед подачей в чистый теплообменник удаляют часть углекислого газа до равновесного значения и подают в геотермальную воду перед подачей в очищаемый теплообменник, при этом парциальное давление углекислого газа в очищаемом теплообменнике поддерживается на уровне выше равновесного значения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геотермальной энергетике и может быть использовано для очистки геотермального оборудования от карбонатных отложений.

Известны способы механической (гидромеханической) очистки поверхностей различного оборудования от твердых отложений карбоната кальция [1, 2]. Очистка производится специальным чистящим инструментом - скребками, зубчатыми коронками, роликовыми насадками, центробежными шарошками, а счищенные отложения удаляют потоком жидкости. Применение этих способов облегчается в случае рыхлых отложений плотностью 1500-1900 кг/м³ при открытом доступе к очищаемой поверхности. Удаление плотных твердых отложений в труднодоступных местах требует больших затрат, и в процессе очистки возможны механические повреждения стенок очищаемого оборудования. К недостаткам этих способов также относятся расходы на монтажно-демонтажные работы и простой оборудования во время очистки.

Известен также способ очистки оборудования от карбонатных отложений с применением различных химических реагентов, в основном кислотосодержащих [3, 4]. Наибольший эффект дает, как известно, применение соляной, серной, азотной кислот. Чаще всего кислотную отмывку производят раствором соляной кислоты, образующей при взаимодействии со всеми отложениями растворимые соли. Недостатками этого способа являются: большой расход кислот, коррозия оборудования при очистке, загрязнение окружающей среды, а также дополнительные затраты на монтажно-демонтажные работы и простой оборудования во время очистки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ очистки геотермального оборудования путем растворения карбонатных отложений углекислотой, содержащейся в геотермальной воде [5]. Для этого в очищаемом оборудовании парциальное давление углекислого газа поддерживается выше равновесного значения, создающего в растворе воды агрессивную углекислоту.

Агрессивная углекислота, увеличивая кислотность раствора, переводит твердый карбонат кальция в раствор воды в виде хорошо растворимой соли бикарбоната кальция.

В данном способе парциальное давление углекислого газа увеличивают путем повышения общего давления в очищаемом оборудовании. Однако при очистке этим способом теплообменной аппаратуры имеют место потери тепла геотермальной воды из-за наличия на теплообменной поверхности слоя отложений, вследствие чего потенциал геотермальной воды используется с низким кпд. Так как процесс очистки оборудования занимает значительное время (из-за невысокой кислотности раствора геотермальной воды, используемой для очистки), то потери тепла растут пропорционально времени очистки.

Техническим решением заявляемого способа является повышение эффективности очистки геотермального теплообменника от карбонатных отложений.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе очистки теплообменника от карбонатных отложений, включающем подвод в него геотермальной воды с концентрацией углекислого газа выше равновесного значения, которое создается путем увеличения общего, соответственно, и парциального давления углекислого газа в очищаемом теплообменнике, очищаемый теплообменник подключают последовательно к чистому теплообменнику, а из геотермальной воды перед подачей в чистый теплообменник удаляют часть углекислого газа до равновесного значения и подают в геотермальную воду, поступающую в очищаемый теплообменник, при этом парциальное давление углекислого газа в очищаемом теплообменнике поддерживается на уровне выше равновесного значения.

Сущность изобретения поясняется чертежами и данными по растворимости твердых отложений карбоната кальция в геотермальной воде скв. 27Т (Махачкала, Республика Дагестан), представленными в таблице. На фиг.1 - равновесные параметры воды скв. 27T, при которых она не выделяет и не растворяет твердую фазу карбоната кальция, а на фиг.2 - схема подключения очищаемого теплообменника к чистому теплообменнику.

Для каждой геотермальной скважины существуют параметры воды, при которых она не растворяет и не выделяет твердую фазу карбоната кальция [6]. Для примера на фиг.1 представлена линия равновесных значений давления и температуры воды скважины 27 Т. В точках с параметрами давления и температуры воды выше равновесной линии твердая фаза карбоната кальция растворяется в виде бикарбоната кальция

CaCO₃+CO₂+H ₂O=Ca(HCO₃)₂

При этом чем выше расположена точка от равновесной линии, тем выше скорость растворения (см. табл.). Наоборот, в точках расположенных ниже равновесной линии из воды выделяется твердая фаза карбоната кальция. Используя график равновесных параметров воды эксплуатируемой скважины и чистый теплообменник, можно произвести очистку теплообменника с твердыми отложениями карбоната кальция без потерь теплового потенциала геотермальной воды данной скважины.

Таблица
Скорость растворения отложений CaCO3 на скв. 27Т (t=99°C)
№	Re	Общее давление в системе Р, МПа	Плотность отложений , кг/м3	Скорость растворения отложений , мм/сут
1	200000	0,75	2700	0,4
2	50000	0,75	2200	0,3-0,4
3	200000	0,55	2700	0,1-0,15
4	50000	0,55	2200	0,05-0,1
5	50000	0,45	2200	0-0,01

Способ осуществляется следующим образом. По линии 1 (фиг.2) геотермальная вода с давлением P₁ не ниже равновесного значения поступает в первый контур чистого теплообменника 2. Далее вода с давлением P ₂, превышающим равновесное значение при данной температуре, подводится по линии 3 в очищаемый теплообменник 4 и выводится из него с давлением P₃, соответствующем не ниже равновесного значения при температуре выхода воды из очищаемой системы. Одновременно в противотоке во второй контур очищаемого теплообменника 4 по линии 6 подается холодная пресная вода. Далее холодная вода по линии 7 подводится ко второму контуру теплообменника 2 и выводится из него к потребителю по линии 8.

На линии 1 часть углекислого газа выводится из геотермальной воды перед теплообменником 2 и по линии 9 насосом 10 подается в геотермальную воду на линии 3 перед очищаемым теплообменником 4. Этот процесс уменьшает кислотность раствора воды, подаваемой в чистый теплообменник 2, тем самым снижая коррозию его внутренней стенки. В то же время подача углекислого газа в геотермальную воду, предварительно охлажденную в чистом теплообменнике 2, на линии 3 увеличивает ее кислотность перед подачей в очищаемый теплообменник 4, тем самым увеличивая скорость растворения отложений.

Чистый теплообменник 2 позволяет утилизировать тепло геотермальной воды и способствует большей растворимости углекислого газа в геотермальной воде, подаваемой в очищаемый теплообменник 4.

В случае необходимости увеличения потока геотермальной воды через чистый теплообменник 2 (например, в зимнее время) параллельно теплообменнику 4 предусмотрена линия 11 с запорной арматурой 12.

Таким образом, последовательное подключение очищаемого теплообменника к чистому теплообменнику, снижение парциального давления углекислого газа в чистом теплообменнике и увеличение его в очищаемом теплообменнике позволяет повысить эффективность очистки теплообменника от карбонатных отложений и исключить потери тепла геотермальной воды.

Источники информации

1. РФ пат. 20003390, кл. B08B 9/04, опубл. 30.11.93.

2. РФ пат. 2177377, кл. B08B 9/045, опубл.27.12.2001.

3. РФ пат. 2078058, кл. C02F 5/14, опубл. 27.04.1997.

4. РФ пат. 2177458, кл. C02F 5/14, C23F 14/02, опуб. 27.12.2001.

5. Ахмедов Г.Я. К вопросу образования и растворения карбонатных отложений в геотермальных системах // Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 7. С.128-133.

6. Ахмедов Г.Я. Проблемы солеотложения при использовании геотермальных вод для горячего тепловодоснабжения // Промышленная энергетика, 2009. № 9 С.50-54.