Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ТЕПЛОВОДОСНАБЖЕНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ

Изобретение относится к области газовой промышленности, в частности к вспомогательному оборудованию компрессорных станций (далее - КС) магистрального газопровода (далее - МГ) и может быть использована при эксплуатации систем тепловодоснабжения «закрытого» типа.

Система тепловодоснабжения КС содержит в своем составе блок утилизаторов тепла от выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов, резервную блочную котельную, насосное оборудование, запорно-регулирующую арматуру, теплотрассу обратной сетевой воды, теплотрассу прямой сетевой воды, бак-аккумулятор подпиточной воды, линию исходной воды с оборудованием, включающим водяной насос, фильтр очистки от механических примесей, блок Na-катионной подготовки, теплообменник, контрольно-измерительные приборы и автоматику (далее - КИПиА), служащие для нагрева теплоносителя и недопущения образования накипи.

Накипь создает эксплуатационные проблемы на любом теплообменном оборудовании. Обладая низкой теплопроводностью - в десятки раз ниже, чем сталь, накипь приводит к снижению мощности теплотехнического оборудования и перерасходу топлива - природного газа. В зависимости от типа теплообменного оборудования незначительный слой солевых отложений толщиной до 1 мм вызывает двойной перерасход топливного газа. При этом увеличиваются затраты на очистку и ремонт соответственно. Снижается эффективность работы оборудования из-за частых остановок для очистки отопительной системы.

Помимо современных механических трудоемких и химических более эффективных, но развивающих коррозию металла методов очистки газоиспользующего теплотехнического оборудования известны безреагентные технические устройства, влияющие на ориентацию дипольных моментов молекул воды и работающие на недопущение образования накипи в котловой и сетевой воде и, соответственно, не требующие химической или механической очистки внутритрубного пространства котлоагрегата в межсезонный период (Пат. 102357 Российская Федерация, МПК C02F 1/48. Система безреагентной очистки для жидкой среды с использованием электромагнитного поля / Богданович Г.А., Жуков В.А., Слесаренко И.Б.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ФАО «Тихоокеанский государственный экономический университет». / №2010133470/05; заявл. 09.08.2010; опубл. 27.02.2011).

Безреагентные физические (электромагнитные, ультразвуковые, акустические) методы имеют общий недостаток, поскольку являются энергоемкими и лишь предупреждают образование накипи, но не снижают показатель жесткости и не выводят из состава воды основные накипеобразующие катионы Са²⁺ и Mg²⁺, выпадение которых в осадок можно предотвратить только химическим путем (Na-катионированием или комплексонатной подготовкой исходной воды с системой дозирования реагентов на основе соединений фосфоновых кислот).

Следует отметить также, что при отключении внешнего электроснабжения и в отсутствие бесперебойных или резервных источников питания безреагентные физические методы перестают работать. Поэтому предпочтительным с точки зрения качественной эксплуатации теплотехнического оборудования является теплоноситель, в котором будут отсутствовать накипеобразующие элементы.

С этой точки зрения представляется эффективным использовать в качестве компонента теплоносителя - дождевую воду, которая является одной из форм атмосферных осадков и по сравнению с другими источниками (поверхностными, родниковыми, пластовыми) имеет гораздо меньше загрязняющих и накипеобразующих веществ в силу того, что получена она из водяного пара в атмосферных слоях без соприкосновения с почвой, содержащей соли и минералы.

Известен способ эксплуатации бытовых установок подогрева сетевой воды, в котором в качестве компонента теплоносителя используется дождевая вода (пат. 2310137 Российская Федерация, МПК F24D 11/02, F24J 2/23. Установка для подогрева сетевой воды и способ ее эксплуатации / Лаккингер Д. (AT), Ноймюллер X. (AT), Хинрихс К. (AT),; заявитель и патентообладатель Префа Алюминиум Продукте Гезмбх (AT). - №2006104615/03; заявл. 27.04.2005; опубл. 10.11.2007).

Недостатками способа являются необходимость применения в качестве компонентов теплоносителя, кроме дождевой воды, рассола или антифриза, способных при разливе нанести определенный вред экологии, а также использование источников «латентного» тепла для нормального функционирования системы подогрева «открытого» типа, организовать которую можно только в индивидуальном для каждого потребителя исполнении и в благоприятных климатических условиях.

Наиболее близким устройством (прототип) по технологическому оформлению процесса, а также самым распространенным и принятым в эксплуатации блочных производственных котельных ПАО «Газпром» способом тепловодоснабжения «закрытого» типа является система одноступенчатой водоподготовки, в которой исходная вода очищается от накипеобразующих элементов в Na-катионитных фильтрах и используется в качестве теплоносителя в водогрейных котлах (Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. - М.: Нефть и газ, 1999. - 83-84 с).

К недостатку данного способа следует отнести издержки от эксплуатационных расходов на организацию химводоподготовки теплоносителя, объем и периодичность которой зависит от физико-химического состава и свойств подготавливаемой исходной воды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются: ресурсосбережение за счет экономии топливного природного газа, которая зависит от снижения накипеобразования в теплонапряженных участках; сокращение эксплуатационных затрат на организацию водно-химического режима работы котельной; оздоровление экологической обстановки вокруг КС.

Технический результат достигается тем, что система тепловодоснабжения КС выполняется с возможностью отключения оборудования линии исходной воды с обеспечением подпитки исходной водой в аварийном режиме, снабжается циркуляционным контуром и насосом для перемешивания в баке-аккумуляторе подпиточной воды и подачи в теплотрассу обратной сетевой воды теплоносителя, в качестве которого используется 3 % раствор 1-гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты (С₂Н₈О₇Р₂) в дождевой воде.

На фиг. представлена принципиальная схема системы тепловодоснабжения КС.

Несмотря на то, что применяемая ранее в качестве теплоносителя исходная вода подвергалась Na-катионированию, на поверхностях нагрева котлоагрегатов отмечалось отложение накипи, которая после каждого отопительного сезона регулярно удалялась методами механической и химической очистки. Исследование химического состава отложений с внутренней поверхности трубного пространства котлоагрегата показало, что они на 86 % (мас.) состоят из солей жесткости.

Результаты анализа химического состава отложений с внутренней поверхности трубного пространства котла КСВа-1,0ГН блочной котельной КАТ-2Г представлены в табл. 1. Результаты анализа общей минерализации применяемой ранее исходной воды приведены в табл. 2. Сравнительные эксплуатационные характеристики дождевой и применяемой ранее исходной воды представлены в табл. 3.

Пример 1. В действующей системе тепловодоснабжения КС «закрытого» типа производят монтаж циркуляционного контура 3 из металлической трубы (DN 50, PN 16), циркуляционного насоса 4 марки GRUNDFOS CR 2-30, трех отсечных шаровых кранов 7, 43, 44 (DN 150, PN 16) производства Алексинского завода «Тяжпромарматура» и осуществляют подачу теплоносителя 1 следующего химического состава:

- 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (С₂Н₈O₇Р₂) - 3% (мас.),

- отфильтрованная дождевая вода (Н₂О) - 97 % (мас.).

Из бака-аккумулятора подпиточной воды 2, в котором производят перемешивание при помощи циркуляционного контура 3 и циркуляционного насоса 4, теплоноситель через отсечной кран 7 подпиточным насосом 5 и сетевым насосом 6 подается в теплотрассу обратной сетевой воды 36. Для исключения подачи теплоносителя в обратном направлении используют обратный клапан 45.

Оборудование на линии исходной воды 35: водяной насос 37, фильтр очистки от механических примесей 38, блок Na-катионитной подготовки 41, теплообменник 42 отключают от теплотрассы отсечным краном 43 и оставляют под рабочим давлением 0,2 МПа на случай необходимости обеспечения подпитки исходной водой в аварийном режиме. Теплообменник 42 отключают от теплотрассы, закрыв шаровые краны 25, 27 и открыв «на проход» шаровой кран 26.

В зависимости от режима эксплуатации КС и с учетом необходимости покрытия тепловых нагрузок в сильные морозы осуществляют передвижение теплоносителя в теплотрассе по основному и (или) резервному направлениям.

По основному направлению теплоноситель проходит через шаровые краны 10, 13, 16 в блок-шибер 17 и утилизационные теплообменники 14 и 19, установленные в блоке утилизаторов тепла от выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов 18. Для обеспечения теплом используют дымовые газы 15 работающих газотурбинных агрегатов. Через шаровые краны 12, 20 и 23 нагретый теплоноситель 22 направляется в теплотрассу прямой сетевой воды 32 потребителю. Дымовые газы 15, пройдя через утилизационные теплообменники 14 и 19, выходят через выхлопную шахту 21 в атмосферу.

По резервному направлению при закрытых шаровых кранах 10, 11 и 23 теплоноситель подается через входной шаровой кран 9 на резервную блочную котельную 8, где нагревается до температуры 95°С и через выходной шаровой кран 24 подается в теплотрассу прямой сетевой воды 32 потребителю.

Контур горячего водоснабжения 33, состоящий из обратного клапана 31, теплообменника 40 и насоса 39, работает при открытых 28, 30 и закрытом 29 шаровых кранах и подает горячую воду 34 потребителю для хозяйственно-бытовых нужд.

Предложенное изобретение позволяет рационально использовать ресурсы природного газа, при этом не требует крупных финансовых затрат для внедрения и не наносит вреда экологии, может найти широкое применение в газовой промышленности при эксплуатации вспомогательного оборудования КС.