Возобновляемые источники энергии

а
)
б
)
Рис. 1.13. Солеотложение: 
а
— на повороте трубы диаметром 250 мм (Тернаирское геотермальное месторождение);
б
— на линии сброса в трубе диаметром 100 мм (Кизлярское геотермальное месторождение) 

---

88
одного года перестала функционировать однотрубная система гео-
термального теплоснабжения. Отложения солей в трубах геотермаль-
ных систем имеют ярко выраженный кристаллический характер. Сте-
пень адгезии и размеры кристаллов зависят от температуры и
давления, при которых формировалось солеотложение.
Наблюдения за процессом отложения карбоната кальция в геотер-
мальных системах на месторождениях вод различного химического
состава, минерализации, температуры и давления на устье скважины,
наличия взвешенных частиц и т.д. показали, что отложение карбо-
ната кальция для вод различных скважин происходит в строго опре-
деленном месте по трассе транспортировки воды. Это место при про-
а
)
б
)
Рис. 1.14. Солеотложение в кожухотрубном теплообменнике (Тернаирское месторож-
дение термальных вод)

---

89
чих равных условиях характеризуется значениями давления и
температуры, которые для различных вод неодинаковы. Чаще всего
отложение карбоната кальция возникает за задвижками, в местах рез-
кого падения давления. Вначале отложения в трубе носят островной
характер, затем образуется сплошное кольцо отложений, на которое
наслаиваются новые слои. Для предупреждения отложений из карбо-
ната кальция применяют полифосфатную обработку воды или подде-
рживают значение рН примерно 6,5—7,5. Такие меры обеспечивают
стабильность воды.
Небольшие добавки в геотермальную воду полифосфатов, в част-
ности гексаметафосфата натрия (ГМФН) в количестве 1—3 мг/л в
пересчете на Р
2
О
5
, препятствуют осаждению карбоната кальция.
Предотвращение карбонатных отложений объясняют образованием
на микрокристаллах СаСО
3
адсорбционной пленки метафосфатных
соединений, которая затрудняет рост микрокристаллов и влияет на
процесс кристаллизации. Эффективность применения фосфатирова-
ния воды определяется на основании предварительных испытаний.
Дозу ГМФН необходимо в процессе эксплуатации уточнять. Хоро-
шие результаты дает комбинированное применение полифосфатных
соединений и силиката натрия.
Глубокая дегазация термальных вод во многом позволит решить
проблемы солеотложения и коррозии (рис. 1.15). Из скважины вода
поступает в вакуумный дегазатор и далее в накопительный бак.
Накопительный бак одновременно является отстойником для мине-
рального шлама, выпадающего из воды после дегазации. На схеме
показаны две параллельные линии: когда одна линия работает, вторая
очищается от накопившегося шлама. Вода из накопительного бака
направляется в теплообменник, где она передает тепло пресной умяг-
ченной воде, которая в последствии направляется в систему тепло-
снабжения. Отработанная термальная вода направляется на сброс на
поверхность, а при наличии в ней компонентов препятствующих
такому сбросу закачивается обратно в пласт.
1
2
2
3
3
4
5
В систему
теплоснабжения
Рис. 1.15. Схема подготовки термальных вод, склонных к солеотложению:
1
— добычная скважина; 
2
— вакуумный дегазатор; 
3
— накопительный бак; 
4
— теплооб-
менник; 
5
— нагнетательная скважина

---

90
Упрощенный вариант этого метода в течение ряда лет применялся
на Кизлярском месторождении термальных вод. Термальная вода
температурой 100 °С поступала в бак вместимостью 10 м
3
, где
вследствие снижения давления от устьевого до атмосферного проис-
ходила резкая дегазация геотермального раствора и сдвиг карбонат-
ного равновесия в сторону образования СаСО
3
. Для облегчения
выделения СаСО
3
и интенсификации процесса кристаллизации
внутрь бака были вставлены деревянные решетки. Практически весь
карбонат кальция выделялся на стенках бака и решетках. Через 15—
20 дней воду переключали на другой бак. Заросшие бак и решетки
вручную очищались и подготавливались к новому циклу. Такой
метод снятия карбоната кальция связан с некоторой потерей (и так
малого) температурного потенциала термальной воды.
Для предотвращения коррозии и солеотложений в системах гео-
термального теплоснабжения можно использовать эффективный реа-
гент ОЭДФК (оксиэтилидендифосфоновая кислота), обладающий
длительным антикоррозионным и антинакипным действием пассива-
ции поверхности, которое объясняется образованием на ней прочно
сцепленного с поверхностью и плохо смываемого слоя комплексона
[67]. Восстановление пассивирующего слоя ОЭДФК осуществляется
путем периодического импульсного ввода раствора реагента в тер-
мальную воду у устья добычной скважины. Недостатком всех реагент-
ных методов является то, что их осуществление требует создания
специальных сооружений для хранения и дозирования реагента,
контроля за его действием, квалифицированного обслуживающего
персонала и т.д.
Значительное снижение солеотложения достигается при ультра-
звуковой обработке геотермальной воды. Наибольший эффект дости-
гается при сочетании ультразвука с магнитной обработкой воды. Под
действием ультразвука кристаллы образуются не на поверхности
металла, а в толще воды и в дальнейшем переходят в шлам. Ультра-
звуковые установки были испытаны на Кизлярском и Тернаирском
геотермальных месторождениях. Отложения солей не обнаружены
ни в одном из узлов, что подтверждает высокую эффективность
метода. Эффективность метода зависит от конструкции устройства
ввода акустических волн в систему, акустического контакта между
вибраторами и устройством ввода, а также мощности акустического
поля. Введение ультразвука в систему перпендикулярно к поверх-
ности осаждения или в жидкость неэффективно, так как теряется
90—95 % акустической энергии. Эффективность акустической энергии
проявляется при ее распространении вдоль границы «подложка —
отложение».

---

91
Магнитная обработка является наиболее простым способом огра-
ничения солеотложения. Принцип метода заключается в том, что под
действием магнитного поля ферромагнитные примеси воды укрупня-
ются и адсорбируют на своей поверхности карбонатные кристаллы, в
результате чего образование твердой фазы СаСО
3
происходит в
толще воды, а не на поверхности нагрева. Шлам, образующийся при
магнитной обработке, является мелкодисперсным (основная масса
частиц имеет диаметр менее 0,5 мкм) и быстро не укрупняется. Маг-
нитная технология воздействия на теплоноситель является безреа-
гентным методом борьбы с накипью и отложениями, одновременно
обеспечивающая также изменение свойств воды для интенсификации
процессов водоподготовки. Широкое распространение в теплоэнер-
гетике магнитной технологии обусловлено сравнительной простотой
применяемых аппаратов, минимальными требованиями по их обслу-
живанию, небольшими эксплуатационными затратами и экологиче-
ской безопасностью технологии [62]. Для магнитной обработки воды
применяют специальные гидромагнитные аппараты с постоянными
магнитами или электромагнитами. При этом они генерируют магнит-
ное поле, воздействующее на воду, протекающую в рабочем канале
аппарата. Магнитные аппараты могут иметь как внутреннее, так и
наружное (относительно рабочего канала) расположение намагничи-
вающей системы. При невысоких расходах обрабатываемой воды
наибольшее распространение получили аппараты с постоянными
магнитами из феррито-бариевых сплавов и с электромагнитами на
общем сердечнике. Гидромагнитные аппараты с электромагнитами
применяют при большом расходе теплоносителя в системах тепло-
снабжения, а также на водогрейных котельных, где основной загряз-
няющей компонентой являются окислы железа.
На рис. 1.16 показано устройство для магнитной обработки воды,
успешно применяемое на ряде промышленных предприятий. Сталь-
ной сердечник 
3
с навитыми на него катушками помещен в трубу 
5
из
немагнитного материала (коррозионно-стойкая сталь). Один конец
трубы заглушен, через другой выведены два электрода для подсоеди-