Для oптимизации рабoты теплoвых cетей кoмпания ФПГ «Технoлoгии энергocбережения» разрабoтала метoд транcзвукoвoй cтруйнoй oбрабoтки трубoпрoвoдoв и oбoрудования котельных. Эта технология заключаетcя в локальном комплекcном выcокоинтенcивном воздейcтвии на поток обрабатываемой cреды в cовокупноcти c мгновенным (примерное время воздейcтвия – 10-4–10-6 cекунды) перепадом давления.
При иcпользовании этой технологии не применяютcя мощные дорогоcтоящие электронные генераторы ультразвука, электромагнитные и резонанcные излучатели, не раcходуется тепловая энергия. В зоне резкого перепада давления при движении среды происходит мгновенное газовыделение. При определенных условиях происходит генерация пульсаций давления достаточно высокой интенсивности за счет гидродинамических эффектов. При этом формируется широкочастотный спектр колебаний различной физической природы, в т.ч. ультразвуковых, электромагнитных и др. Генерируемые в узкой зоне потока пульсации давления
производят разрушение потока. Кроме того, при перепаде давления (от вакуума к избыточному давлению) возникает скачок давления, обусловленный переходом режима движения среды от сверхзвукового к дозвуковому. В зоне действия скачка давления происходит схлопывание парогазовых пузырей, что сопровождается мощным механическим воздействием на обрабатываемую среду.
По данным различных исследований, в зоне схлопывания пузырей локально, не оказывая разрушающего воздействия на стенки реактора комплекса ТСА-3/Н, развивается давление от 50*103 до 2*106 бар, сопровождаемое локальным кратковременным повышением температуры среды до нескольких десятков тысяч градусов. Все эти процессы приводят к разрушению мицелл крупных молекулярных образований с высвобождением газов и легких фракций, частичному расщеплению высокомолекулярных углеводородов и гетероароматических соединений. Это явление названо низкотемпературным крекингом. При разных режимах работы можно получать мягкий и жесткий низкотемпературный крекинг. При мягком низкотемпературном крекинге свойства получаемых продуктов практически не изменяются, при этом потенциал выхода светлых нефтепродуктов увеличивается на 3–8%. При жестком низкотемпературном крекинге потенциал выхода светлых нефтепродуктов можно увеличить более чем на 10–15% с изменением свойств получаемых легких нефтепродуктов.
Технология отработана большой серией исследований (более 100), НИР и ОКР на опытно-промышленных установках. Анализы образцов исходных нефтей до и после обработки, а также анализы нефтепродуктов проведены в аккредитованных лабораториях ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (ВНИИ НП), г. Москва, по методикам существующих ГОСТов на нефть и нефтепродукты и в ОАО «Средневолжский научно-исследовательский институт по переработке нефти» НК «ЮКОС» (СвНИИНП), г. Новокуйбышевск, а также в Институте горючих ископаемых Минэнерго РФ, г. Москва.
В зависимости от модификации установки предназначены для обработки и изменения структуры нефти и нефтепродуктов; для компаундирования нефтепродуктов с получением флотского мазута Ф-5, бункерных, печных и прочих топлив; для компаундирования автомобильных бензинов; для получения масел, смазок, прочих ГСМ.
Установки ТСА
В 2006 г. получен сертификат соответствия требованиям промышленной безопасности на установки (устройства) ТСА, изготовлена партия установок. В августе 2007 г. получено разрешение Ростехнадзора на право применения ТСА на опасных производственных объектах.
Установка ТСА-Н состоит из трансзвукового струйного реактора (запатентованная разработка ФПГ «Технологии энергосбережения»), напорного электронасоса, запорной арматуры и системы КИПиА. Комплекс может поставляться с полностью автоматизированным управлением.
На НПЗ установка монтируется единым блоком в стандартных 5–20-футовых контейнерах, подсоединяется байпасом к линии ввода нефти до и/или после ЭЛОУ вблизи ректификационной установки АВТ, что не требует никаких реконструкций или изменений в
технологии НПЗ. Для обеспечения работы установки необходим подвод электроэнергии с напряжением 220/380 В. Для обслуживания требуется один оператор для эпизодического контроля за работой установки.
Трансзвуковой струйный теплообменный аппарат (ТСА-Т)
ТСА-Т – это тепловая машина, использующая энергию пара для нагрева и перекачивания жидкости без применения дополнительных источников энергии. Ее работа основана на использовании явления повышенной сжимаемости сверхзвукового однородного двухфазного потока по сравнению со сжимаемостью каждой из его фаз в отдельности. Параметры конструкции аппарата рассчитываются в соответствии с новой теорией двухфазных потоков, разработанной научно-исследовательской группой ФПГ «Технологии энергосбережения». Аппарат представляет собой металлический тройник с фланцевым, муфтовым или сварным присоединением к наружным коммуникациям.
В аппарат поступают раздельно вода и пар. Смешиваясь, они образуют однородную двухфазную пароводяную смесь. Локальная скорость звука в такой смеси весьма мала (5–10 м/с). В итоге пароводяная смесь на входе в камеру смешения имеет скорость, равную или большую локальной скорости звука. При торможении сверхзвуковой смеси на выходе из камеры смешения происходит скачок давления с конденсацией паровой фазы и ростом температуры. В результате давление смеси на выходе из аппарата значительно превышает давление воды и пара на входе.
Преимущества новой технологии
Наибольшая эффективность от внедрения достигается при использовании аппаратов ТСА-Т для вновь строящихся или реконструируемых объектов. В этих случаях капитальные и эксплуатационные затраты относительно существующих проектных решений сокращаются в несколько раз.
К достоинствам аппаратов ТСА-Т относятся высокая надежность, обеспеченная простотой конструкции аппарата ТСА-Т; возможность в небольших габаритах реализовать большие мощности и расход воды; отсутствие тепловых потерь; безынерционность (мгновенное изменение температуры при изменении давления пара); возможность точного поддержания заданной температуры; возможность использовать насосный эффект с экономией электроэнергии. Кроме того, обвязка аппаратов ТСА-Т требует меньшего количества труб.
Использование технологий ТСА-Т открывает возможности повышения энергоэффективности и энергобезопасности действующих и проектируемых предприятий. В частности, приготовление горячей воды для отопления, ГВС для бытовых и технологических нужд,
нагрев исходной воды перед ХВО и нагрев химически очищенной воды перед деаэратором производятся с меньшими капитальными и эксплуатационными затратами. В результате работ по углубленному энергоаудиту разрабатывается энергетический паспорт, содержащий анализ энергоснабжения, энергопотребления и эффективности использования энергоресурсов, энергетические балансы, перечень энергосберегающих мероприятий.
Отключение от теплоцентралей предприятий, имеющих не полностью загруженные паровые мощности, перевод системы теплоснабжения предприятия на собственный источник пара всегда оказывается более выгодным, чем покупка тепла на стороне.
Включение аппарата ТСА-Т параллельно существующим пароводяным подогревателям в котельных дает возможность использовать его в качестве основного подогревателя, а также в качестве резервного, призванного скомпенсировать пик низких температур, и аварийного, способного обеспечить теплоснабжение при выходе из строя существующего оборудования. Благодаря своим малым размерам резервный аппарат (или аппараты) ТСА-Т может быть смонтирован на раме существующего пароводяного подогревателя.
Аварийная ситуация, возникающая в паровой котельной при нештатном отключении электроэнергии, связана с быстрым вскипанием воды в пароводяных подогревателях и последующим возникновением гидроударов в трубопроводах и оборудовании котельной. Поскольку при этом пар из котла не забирается, а элементы котла горячие, происходит также рост давления в котле до срабатывания предохранительных клапанов. В том случае, когда в системе отопления установлены аппараты ТСА-Т, они оказываются способными забрать пар с котла, устранив возможность возникновения гидроударов, роста давления в котле, и передать тепло этого пара в систему отопления или горячего водоснабжения. При этом в аппаратах ТСА-Т реализуется насосный эффект – во время разгрузки котла они обеспечивают циркуляцию в системе помимо сетевых насосов. Производится утилизация тепла непрерывной продувки паровых котлов и защита теплосети от углекислотной коррозии. При эксплуатации систем теплоснабжения в них часто появляется свободная углекислота. Причиной этого являются существующие методы обработки воды с помощью ионообменных фильтров с последующей деаэрацией в атмосферных деаэраторах. Свободная углекислота является ускорителем протекания коррозионных процессов в трубопроводах. Для удаления свободной углекислоты применяются различные способы: термическая деаэрация, дозирование в сетевую воду ингибиторов коррозии, силикатная обработка воды и т.п.
Наиболее эффективным и простым мероприятием для полной нейтрализации свободной углекислоты в сетевой воде является организация использования воды непрерывной продувки паровых котлов для подпитки тепловой сети. Продувочная вода паровых котлов содержит щелочь, количества которой хватает для полной нейтрализации свободной углекислоты. Это позволяет поддерживать требуемое значение рН и исключить углекислотную коррозию трубопроводов. Этот метод используется на всех ТЭЦ и котельных ОАО «Мосэнерго».
Система на основе аппарата ТСА-Т позволяет утилизировать тепло и воду непрерывной продувки котлов и нейтрализовать свободную углекислоту в тепловой сети. Применение аппарата ТСА-Т в данной системе позволяет исключить имеющее место в существующих
схемах вскипание продувочной воды и связанные с этим кавитационные процессы и гидроудары, а также сделать систему регулируемой и работающей при любых величинах непрерывной продувки котлов.
При работе системы сепаратор непрерывной продувки выводится из действия. Данная система с аппаратом ТСА-Т Ду50 может использоваться для котлов суммарной паропроизводительностью до 50 т/ч. При большей паропроизводительности котлов устанавливается несколько аппаратов Ду50 или один аппарат большего типоразмера – до Ду100. В технологических циклах некоторых предприятий образуется низкопотенциальный пар, который зачастую выбрасывается в атмосферу. Аппараты ТСА-Т дают возможность направить тепло этого пара в систему отопления.
Ольга Степанцева
