Опыт и проблемы промышленной эксплуатации мембранной системы водоподготовки для котельной Увекской нефтебазы

Тихонов И.А., Блинов А.Н. ОАО «Саратовнефтепродукт»,
Скиданов Е.В., Санаев Д.А., Миронов С.Ю., Голец А.В. ООО НПП «ЛИССКОН»,
Васильев А.В., Фролов Д.В. ООО НПО «Поволжская энергетическая компания»,
Саратов, Россия
Федосеева Е.Б., Пантелеев А.А., Светличный Е.А. ЗАО «НПК «Медиана-фильтр»,
Москва, Россия

В котельной Увекской нефтебазы в эксплуатации находятся 3 паровых котла: котел № 1 ДЕ 16-  14 ГМ, котел № 3 ДЕ 6,5-14 ГМ, котел № 4 ДКВр 6,5–13. Суммарная паспортная   паропроизводиодительность котельной составляет 29 тонн/час. Вырабатываемый пар используется для технологических нужд, отопления и горячего водоснабжения предприятия и жилого поселка. За последние годы фактическая максимальная паровая нагрузка котельной не превышала 16–18 т/ч. Возврат конденсата в котельную отсутствует. Котельная эксплуатируется только в отопительный период.

До 2005 года для подготовки подпиточной воды в котельной существовала двухступенчатая схема водоподготовки на основе Nа-катионирования и предварительное осветление воды в песчаном фильтре. Атмосферный деаэратор использовался как бак запаса воды, куда подавался через барбатажную трубу пар для нагрева питательной воды до температуры 85–90 °С. Деаэрация воды не проводилась. Для поддержания заданного уровня солесодержания котловой воды из верхнего барабана осуществлялась непрерывная продувка в размере 10%.
Требуемое качество питательной воды для данного типа котлов устанавливается правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов [1], а именно общая жесткость не более 20 мкг-экв/ кг, значение рН = 8,5–10.
Эксплуатационные затраты на систему химводоочистки (ХВО) складывались из затрат на техническую соль (около 120 тыс. руб/год), затрат на периодическую химическую мойку котлов (около 50 тыс. руб/год на 1 котел), а дополнительные затраты на топливо из-за его перерасхода (4-5 %) от непрерывной продувки котлов составляли примерно 1 700 тыс. руб/год.

Исходным сырьем являлась вода акватории р. Волга, перекачиваемая насосной станцией Увекской нефтебазы в резервуар объемом 5000 м3, из которого вода под давлением 2 бар самотеком поступала на вход котельной. Статистический состав волжской воды представлен в таблице 1.

В соответствии с инвестиционной программой приведения промышленных объектов, входящих в состав компании ТНК-BP, к требованиям норм и правил промышленной безопасности, в 2005 г. было принято решение о кардинальной реконструкции котельной Увекской нефтебазы включающей в себя:

  • реконструкцию системы водоподготовки котельной на базе современных, экологичных, ресурсосберегающих технологий
  • реконструкцию автоматики безопасности паровых котлов
  • автоматический учет энергоресурсов
Контролируемые показатели
Ед. изм.
Параметр
Сухой остаток
мг/дм3
202,00–305,00
Хлориды
мг/дм3
26,12–60,65
Химическое потребление кислорода
мг/дм3
12,00–41,00
Биохимическое потребление кислорода за 5 суток
мг/дм3
0,36–2,90
Биохимическое потребление кислорода (расчетное)
мг/дм3
0,54–4,35
Щелочность
мг-экв/дм3
1,70–3,70
Водородный показатель
рН
7,40–8,00
Нефтепродукты
мг/дм3
0,07–0,92
Взвешенные вещества
мг/дм3
1,19–5,10
Жесткость
мг-экв/дм3
2,95–5,40
Карбонатная жесткость
мг/дм3
0,85–3,33
Сульфаты
мг/дм3
61,38–153,80

схема водоподготовки для котельной

Рис. 1
Проектная схема установки мембранной водоподготовки котельной Увекской нефтебазы
1 — 6 автоматических многослойных фильтров MSL\3672\MG942, 2 — 3 мембранных установки ДВС-М/150-8-6 XLE, 3 — 2 подпиточных насоса CR 15-3, 4 — 2 подпиточных насоса (резервных), 5 — пластинчатый теплообменник VT10, 6 — бак расширительный мембранный, 7 — станция дозирования «Аква-Аурат 30», 8 — станция дозирования гипохлорита натрия, 9 — 3 станции дозирования ингибитора «Genesys LF», 10 — станция дозирования бисульфита натрия, 11 — станция коррекции рН раствором NaOH, 12 — пластинчатый теплообменник VT20, 13 — счетчик-расходомер

водоподготовка для котельной

Рис. 2
Зависимость производительности установки мембранного обессоливания от температуры исходной воды

Среди нескольких вариантов новых технологий обработки воды была выбрана технология мембранного обессоливания. Общая проектная технологическая схема представлена на рис. 1.
Технологической схемой предусмотрена работа трех мембранных установок ДВС — М/150-8-6 XLE (производство ЗАО «НПК «Медиана-фильтр») номинальной производительностью 6 м3/ч каждая. Каждая мембранная установка состоит из двух корпусов с тремя обратноосмотическими мембранами типа XLE — 440 фирмы Filmtec. Выбор данного типа мембран определялся самыми низкими капитальными и эксплуатационными затратами из линейки продуктов фирмы Filmtec для обработки солоноватой воды [2]. Мембранное оборудование разрабатывалось с учетом программы расчета ROSA 6. В соответствии с рекомендациями фирмы Filmtec перед мембранными модулями установлена система подогрева исходной воды на базе пластинчатого тепло обменника, а общая система предподготовки исходной воды включала в себя:

  • дозирование гипохлорита натрия и коагулянта «АкваАурат 30»
  • осветление на блоке из шести автоматических многослойных напорных фильтров МLS/ 3672/MG942 c линейной скоростью фильтрации 6 м/ч для каждого фильтра.
  • дозирование раствора бисульфита натрия для связывания остаточного хлора;
  • дозирование ингибитора солеобразования «Genesys LF»;
  • фильтрацию на блоке картриджных фильтров с тонкостью фильтрации 5 мкм.

Для обеспечения требования питательной воды по показателю рН осуществляется дозирование в пермеат раствора NaOH. Результаты пуско-наладочных работ в течение первых трех месяцев эксплуатации новой системы водоподготовки котельной представлены на рис. 2–4.

производительность установки мембранного обессоливания от давления воды

Рис. 3.
Зависимость производительности установки мембранного обессоливания от давления воды на входе мембранного модуля

Зависимость общей жесткости пермеата от температуры воды

Рис. 4
Зависимость общей жесткости пермеата от температуры воды

схема установки мембранной водоподготовки котельной Увекской нефтебазы

Рис. 5
Скорректированная по результатам пуско-наладочных работ схема установки мембранной водоподготовки котельной Увекской нефтебазы
1 — 6 автоматических многослойных фильтров MSL\3672\MG942, 2 — 3 мембранных установки ДВС-М/150-8-6 XLE, 3 — 2 подпиточных насоса CR 15-3, 4 — 2 подпиточных насоса (резервных), 5 — пластинчатый теплообменник VT10, 6 — бак расширительный мембранный, 7 — Na-катионитный фильтр ФОВ-2,0-0,6, 8 — станция дозирования гипохлорита натрия, 9 — 3 станции дозирования ингибитора «Genesys LF», 10 — станция дозирования бисульфита натрия, 11 — станция коррекции рН раствором Na2CO3, 12 — счетчик-расходомер

Данные, представленные на рис.4 свидетельствуют о том, что качество питательной воды соответствует нормам при температуре исходной воды не более 11 °С. Ограничение температуры подпиточной воды привело к более качественному осветлению исходной воды за счет повышения ее вязкости, но резко снизилась эффективность процесса коагуляции. Это вызвало катастрофическое падение производительности мембранных установок за счет отложения коагулянта (солей алюминия) на поверхности мембран.

Экспериментально было установлено, что для интенсификации процесса коагуляции при низкой температуреводы наиболее эффективен флокулянт на основе полиакриламида марки А-155, а для реализации реакции хлопьеобразования необходима дополнительная контактная ёмкость. Данные мероприятия существенно удорожали схему предварительной подготовки воды, а также значительно усложняли эксплуатацию системы водоподготовки котельной. В результате анализа работы установки специалистами ЗАО «НПК «Медиана-фильтр», ООО «НПП «ЛИССКОН» и Увекской нефтебазы было принято решение об исключении из технологической схемы операции дозирования коагулянта. При этом пришлось изменить параметры технологического режима мембранного обессоливания от рекомендуемых программой ROSA 6, а именно увеличить давление воды на входе мембранного блока с 6 до 9 бар и увеличить расход концентрата на 30 %, разработать новую технологию химической мойки мембранных элементов.

По результатам первого года эксплуатации установки водоподготовки котельной в межотопительный период были дополнительно проведены следующие мероприятия:
1. Организована возможность доумягчения пермеатов существующем Na-катионитовом фильтре. Данное мероприятие позволило получить содержание солей жесткости в питательной воде на уровне 0–7 мкг-экв/кг и уменьшить расход концентрата до 3,5 м3/ч с одной установки. В течение отопительного сезона 2007/2008 гг. регенерация Na-катионитового фильтра не проводилась;
2. Для корректировки значения рН пермеата, раствор NaOH был заменен на более безопасный раствор кальцинированной соды. Значения рН питательной воды поддерживали на уровне 8,5–9,5, вследствие чего жесткость котловой воды уменьшилась с 100 до 17 мкг-экв/кг.
Скорректированная по результатам пуско-наладочных работ схема мембранной водоподготовки котельной Увекской нефтебазы приведена на рис.5.

ВЫВОДЫ

1. Качество питательной воды после мембранной водоподготовительной установки котельной соответствует требуемым нормам питания паровых котлов.
2. Величина непрерывной продувки снизилось с 10 % до 3 %, что позволило увеличить КПД котельной на 4 % и уменьшить общие эксплуатационные затраты примерно на 1 600 тыс. руб/год.
3. После 14 месяцев устойчивой работы котельной с мембранной установкой водоподготовки визуальный внутренний осмотр паровых котлов показал отсутствие накипи и других отложений в трубах, коллекторах и барабанах котлов.
4. Обеспечена экологичность процесса за счет отсутствия сброса на очистные сооружения предприятия солевых стоков, содержащих повышенное содержание поваренной соли, которая отрицательно влияют на жизнедеятельность микрофлоры станции биологической очистки.

ЛИТЕРАТУРA

1. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов: ПБ 10-574-03. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 11.06.2003 № 88
2. Сайт фирмы «Dow Chemical», www.Dow.com.; www.Filmtec.com.

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.