ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

19-006-06

Наименование проекта

Влияние взвеси на формирование твердых отложений в геотермальных системах

Назначение

Предотвращение карбонатных отложений на теплообменной поверхности электронных устройств

Рекомендуемая область применения

Теплоэнергетика, химическая, электронная, пищевая промышленность, энергетические объекты, промышленная теплотехника

Описание

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Эксплуатация геотермального оборудования (ГО) часто связана с проблемой отложения в нем, как правило, твердой фазы карбоната кальция (СаСО₃). Неучет  концентраций и дисперсности взвешенных в растворе ГО частиц СаСО₃ приводит к большим ошибкам при прогнозировании отложений  в геотермальных системах (ГС). Известно, что СаСО₃ растворяется в воде в виде гидрокарбоната кальция

                                           СаСО₃ +  СО₂ + Н₂О = Са (НСО₃)₂                     (1)

Нарушение этого равновесия приводит к образованию в воде твердой фазы СаСО₃  в виде мелкодисперсной взвеси. Исследования,   проведенные на скважине Каясулинская-3, показали, что в рассоле при этом выпадает взвесь из частиц размером до 10 мкм, причем частицы размером менее 1 мкм составляют 73%. Аналогичные работы были проведены на геотермальных скважинах г. Кизляра. Исследования показали, что в зависимости от различных факторов концентрация взвеси в воде может достигать значений 30 ? 40 мг/л и более. Основную массу взвеси (более 60%) составляют частицы размером менее 1 мкм. Основными факторами, влияющими на скорость роста отложений  R на поверхности оборудования являются пересыщение раствора по СаСО₃ , концентрация и дисперсность взвеси и гидродинамика потока данного раствора относительно поверхности осаждения (Rе):

                                            R = F(? СаСО₃, C_взв., d_взв., Rе)                              (2)

Принимая, что рост отложений осуществляется как за счет молекул СаСО₃, так и за счет частиц взвеси, формулу (2)  можно представить в виде двух слагаемых:

                                            R  =  R_м +  R _ч       ,                                        (3)

где  R_м - скорость роста отложений  за счет молекул СаСО₃;  R _ч -  скорость роста отложений  за счет частиц взвеси.

Выражение для R _ч можно написать исходя из известного уравнения Фика:

                                           R _ч  =  (4pr³ ?_ч ?N k)/3  ,                                         (4)

где  r – радиус частиц, м; ?_ч  -  плотность частиц, кг/м³ ;  ?N – разность концентраций частиц в ядре потока и около поверхности осаждения, м^-3; k – коэффициент массопереноса, который характеризуется, в основном, числом Рейнольдса Rе.

Кинетика кристаллизации молекул СаСО₃ , как показали исследования на скважинах геотермальных вод г. Кизляра, подчиняется параболическому закону относительно общего пересыщения по СаСО₃:

                                            R_м =  k_о (С – С_s) ,                                            (5)

где k_о - коэффициент массопереноса к поверхности осаждения, зависящий также от числа  Рейнольдса Rе.

С учетом (4) и (5) уравнение  (3) перепишем в следующем виде

                                     R = k_о (С – С_s)  +  (4pr³ ?_ч ?N k)/3                            (6)

Анализ исследований на скв.4-Т показал, что при больших концентрациях взвеси и малых значениях числа Rе (<1000) отложения имеют рыхлую структуру, легко осыпаются при надавливании, плотность отложений составляет 1,4 ? 1,6 г/см³, что свидетельствует о лимитирующей роли частиц взвеси в формировании отложений. При высоких значениях числа Rе (>100000) и малых концентрациях взвеси (C_взв. < 4 ? 6 мг/л) плотность отложений достигает 2,5 ? 2,7 г/см³. Для сравнения отметим, что плотность кристалла кальцита 2,9 г/см3. В данном случае, естественно предположить, что отложения формируются преимущественно за счет осаждения молекул СаСО₃.

Таким образом, зная пересыщение раствора  (определяют практически по давлению и температуре геотермальной воды), концентрацию и дисперсность частиц взвеси в нем, а также коэффициенты k_о и k (рассчитываются по гидродинамическим характеристикам потока), можно прогнозировать скорость и характер отложений карбоната кальция в геотермальном оборудовании.

Преимущества перед известными аналогами

Экономия материально-энергетических ресурсов

Стадия освоения

Внедрено в производство

Результаты испытаний

Технология обеспечивает получение стабильных результатов

Технико-экономический эффект

Прогнозирование отложения солей в геотермальных системах только на одной скважине с дебитом 3000 м3/сут дает экономический эффект в 30 - 50 тыс. рублей в год.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

16.11.2006