Оборудование для нагрева воды и нагнетания теплоносителя

 

Вода для нагрева ее в водогрейных или парогенераторных установках освобождается от солей кальция и магния, раство­ренных в ней кислорода и углекислого газа, от масла и доводит­ся до определенной щелочности.

Соли кальция и магния выпадают при нагреве в осадок и образуют слой накипи на теплопередающих стенках труб в во­догрейных и парогенераторных установках. При этом резко ухуд­шаются коэффициент теплопередачи и процесс нагрева воды. Содержание солей этих веществ определяет жесткость воды. Общая жесткость воды состоит из карбонатной жесткости (на­личие бикарбонатов Са (НСО₃)₃ и Mg (HCO₃)₂) и некарбонатной жесткости (наличие сульфатов и хлоридов CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂). Общая жесткость воды выражается в молях на 1 кг воды (моль/кг). Общая жесткость не должна превышать 0,015— 0,5 моль/кг в зависимости от типа водогрейных и парогенера­торных установок. Кислород и углекислый газ вызывают кор­розию стенок трубопроводов. Содержание растворенного в воде кислорода должно быть менее 0,03—0,1 мг-экв/кг (также в за­висимости от типа установок). Масла должно быть не больше 3—5 мг/кг (в зависимости от типа установки). Относительная ще­лочность не должна превышать 20%. Как известно, нейтральная среда характеризуется показателем рН = 7, а щелочная — рН >7.

Обычно установка подготовки воды состоит из катионито-вых и механических фильтров и вспомогательного оборудования. В катионитовых фильтрах происходит замена накипеобразую-щих катионов кальция и магния на ненакипеобразующие кати­оны натрия, содержащиеся в катионитовых материалах. В каче­стве катионитового материала применяют сульфоуголь, глауко­нит и синтетические смолы. Наиболее распространен сульфоу­голь, который получают обработкой бурого или каменного угля крепкой серной кислотой. Сульфоуголь получают с размером зерен 0,3—1,2 мм и емкостью поглощения 300 моль/кг. Катион-ный материал может насыщаться обменными катионами натрия, водорода и аммония. Когда у катионитового материала наступа­ет предел поглощения накипеобразующих материалов, его мож­но подвергнуть регенерации для восстановления его поглощаю­щих свойств.

Проведение Na-катионирования приводит к повышенной щелочности, а также к образованию углекислого газа (СО₂). Это оказывает коррозионное действие на металл установок. Поэто­му Na-катионирование применяется при определенной щелоч­ности исходной воды. Применяют также совместное катионирование Na и Н. Н-катионирование дает увеличение кислотности воды, и, таким образом, при H-Na-катионировании проис­ходит нейтрализация умягченной воды. При Na-катионирова-нии можно добавлять в воду сульфат аммония (NH₄)₂SO₄. Он под действием высокой температуры разлагается, и при этом аммиак уходит с паром, а серная кислота нейтрализует щелочь.

Регенерация катионитового материала осуществляется 6—8% ным раствором поваренной соли, пропускаемым через него.

Концентрированные водные растворы хлоридов кальция и магния, а также избыток соляного раствора удаляются в канали­зационную сеть при отмывке.

На парогенераторной установке (рис. 9.13) исходная вода подается из бака 1 насосом 11 в фильтр 4, в котором происходит осветление воды. Осветленная вода далее поступает в катионитовые фильтры 5 и 6, которые могут работать последовательно или параллельно. От этих фильтров подготовленная вода посту­пает в бак умягченной воды 3. В фильтрах имеются многоходо­вые краны 10, позволяющие включать установку на рабочий ре­жим, регенерацию катионитовых фильтров, отмывку и взрыхле­ние катионитового материала струями воды. В системе подго­товки воды имеются баки с солью 7 для регенерации катионита в фильтрах, вспомогательные мерные баки 9, бак с регулятором уровня 8 и вспомогательный насос 2.

Механический фильтр — это стальной цилиндрический бак диаметром 700 мм и высотой 1850 мм. Он рассчитан на давление 0,6 МПа. Верхнее днище корпуса сферическое, нижнее — плос­кое, имеющее два скоса. В верхней части расположен подвод исходной воды, внизу — дренажная система из двух труб, к ко­торым приварены штуцеры из нержавеющей стали. Скосы у дни­ща параллельны дренажным трубам. Фильтр заполняется обыч­но дробленым антрацитом, а при повышенной мутности освет­ляемой воды — внизу, на 450 мм высоты, кварцем с зернами размером 0,5—1 мм, а выше (тоже 450 мм) антрацитом с зерна­ми размером 0,5—1,5 мм.

Катионитовый фильтр — такой же цилиндр диаметром 700 мм, высотой 2850 мм. Днища такие же, как и у механического филь­тра. Вверху имеются две трубы распределительного устройства, через которые подается обрабатываемая вода. Внизу через две дренажные трубы вода отбирается. Катионит загружается на высоту около 1,5 м. Над катионитом воздушная подушка обычно занимает около 750 мм. Это пространство позволяет катио-ниту расширяться при его взрыхлении.

Рис. 9.13. Схема подготовки воды парогенераторной установкой

 

Для нагрева воды и нагнетания теплоносителя применяются передвижные и стационарные парогенераторные и водогрейные установки.

Стационарные установки в СНГ применяются в Республике Коми, Башкирии, Татарии, Казахстане и в других районах. Это обычные водогрейные стационарные котельные и специальные установки с оригинальными узлами подготовки и нагнетания горячей воды. Эти установки подогревают воду до 100—200 °С при давлении нагнетания 8—12 МПа.

Наиболее интересна водогрейная установка, которая была построена на месторождении Узень в объединении «Мангышлакнефть» по инициативе МИНХиГП (РГУ нефти и газа) им. И.М. Губкина. В этой установке использовалась морская вода Каспийского моря. Она отличается высокой минерализа цией. В участке подготовки воды этой установки использова­лась оригинальная система умягчения от систем опреснителей, используемых в г. Шевченко (Актау) для получения пресной пи­тьевой и технической воды. В этой системе в нагреваемую воду вводят мелкозернистый порошок, на котором агрегируется на­кипь. Вода подогревается паром от котла ПТВМ-100, который работает на очищенной воде в замкнутом цикле. Подогретая вода смешивается с исходной водой и имеет температуру перед на­гнетанием 103 "С. В разводящую сеть горячая вода нагнетается центробежными насосами ПЭ-160, рассчитанными на подачу воды с высокой температурой и давлением до 16 МПа. Общая проектная пропускная способность установки 15000 м³/сут го­рячей воды.

Широко применяются на промыслах стационарные и пере­движные парогенераторные установки, имеющие блоки подго­товки воды и парогенераторные блоки. Они рассчитаны на уста­новку в одном месте на 1—3 года и обработку за это время близ-расположенных скважин. После этого их можно транспортиро­вать на новое место. Блоки имеют габариты в плане 6—12 м в длину и 3—4 м в ширину при массе 10—20 т (табл. 9.10). Макси­мальная температура пара, подаваемого установками, составля­ет 320 °С, за исключением установки на подачу 75 м³/ч, у кото­рой температура пара достигает 440 ºС.

Рассмотрим одну из этих установок (см. табл. 9.10). Установ­ка УПГГ-9/120М имеет два блока — парогенераторный и водо-подготовительный. Имеется также бак запасной умягченной воды. Парогенераторный блок имеет прямоточный котел. Паропро-изводительность установки составляет 9 т/ч при парогенерато­ре, дающем 10 т/ч. Часть пара идет на собственные нужды уста­новки. Рабочее давление составляет 5,9—11,8 МПа, максималь­ная температура пара на выходе установки 324 °С, сухость пара 80%, температура питательной воды на входе в парогенератор — 80 ºС. Основное топливо парогенератора — природный или не-фтяной(попутный) газ. Расход топлива — 800 кг/ч. Массы бло­ков установки — по 20 т.

Исходная вода подается в парогенераторную установку (рис. 9.14) с давлением не менее 0,05 МПа. В зимнее время она подается через подогреватель 1 в бак исходной воды 2. Темпера­тура воды после подогревателя составляет 20—25 °С. Из резервуара вода насосом 3 с подачей 20 м³/ч и давлением 0,5 МПа пода­ется в механический фильтр 4 блока подготовки воды.

Таблица 9.10