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 одноили 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. Перваяувеличение 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.