RU2751468C2 - Heat exchanger operation method - Google Patents
Heat exchanger operation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751468C2 RU2751468C2 RU2018112810A RU2018112810A RU2751468C2 RU 2751468 C2 RU2751468 C2 RU 2751468C2 RU 2018112810 A RU2018112810 A RU 2018112810A RU 2018112810 A RU2018112810 A RU 2018112810A RU 2751468 C2 RU2751468 C2 RU 2751468C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- geothermal
- water
- primary circuit
- calcium carbonate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 23
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T50/00—Geothermal systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
- F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геотермальной энергетике и может быть использовано для эксплуатации теплообменников в режиме без солеотложения и при минимальной коррозии его внутренней поверхности.The invention relates to geothermal energy and can be used for the operation of heat exchangers in a mode without salt deposition and with minimal corrosion of its inner surface.
Известен способ эксплуатации теплообменников при использовании геотермальных вод, исключающий отложение карбоната кальция на теплообменной поверхности в первичном контуре. Способ заключается в поддержании давления в оборудовании выше равновесного значения, при котором не выделяется твердая фаза карбоната кальция в геотермальной воде [1, 2]. Данный способ эксплуатации теплообменника обладает недостатками. Высокое давление в устье геотермальной скважины приводит к снижению ее дебита, а также к увеличению кислотности раствора воды из-за повышенного содержания в нем углекислого газа.A known method of operating heat exchangers using geothermal waters, excluding the deposition of calcium carbonate on the heat exchange surface in the primary circuit. The method consists in maintaining the pressure in the equipment above the equilibrium value, at which no solid phase of calcium carbonate is released in geothermal water [1, 2]. This method of operating the heat exchanger has disadvantages. High pressure at the mouth of a geothermal well leads to a decrease in its flow rate, as well as to an increase in the acidity of the water solution due to the increased content of carbon dioxide in it.
Известен также способ эксплуатации теплообменников при использовании геотермальных вод, исключающий образование твердой фазы карбоната кальция на теплообменной поверхности в первичном контуре путем поддержания в нем равновесных параметров давления и температуры геотермальной воды [3]. Однако при резких изменениях режима потребления тепловой энергии потребителями избежать процесс солеотложения в первичном контуре удается не всегда. Это связано как с резким изменением потребления горячей воды в разное время суток, так и с колебаниями давления в первичном контуре теплообменника. В результате этого изменяется температура теплообменной поверхности, которая приводит к образованию твердой фазы карбоната кальция в первичном контуре [4]. Вследствие этого происходит резкое ухудшение работы теплообменника, требующее выполнения ремонтных работ с остановкой термораспределительных станций на геотермальных скважинах.There is also known a method of operating heat exchangers using geothermal waters, excluding the formation of a solid phase of calcium carbonate on the heat exchange surface in the primary circuit by maintaining equilibrium parameters of pressure and temperature of geothermal water in it [3]. However, with sharp changes in the mode of consumption of thermal energy by consumers, it is not always possible to avoid the process of scaling in the primary circuit. This is due both to a sharp change in hot water consumption at different times of the day, and to pressure fluctuations in the primary circuit of the heat exchanger. As a result, the temperature of the heat exchange surface changes, which leads to the formation of a solid phase of calcium carbonate in the primary circuit [4]. As a result, there is a sharp deterioration in the operation of the heat exchanger, requiring repair work with the shutdown of thermal distribution stations at geothermal wells.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности использования теплообменника путем предотвращения образования твердой фазы карбоната кальция и снижения коррозии оборудования.The proposed technical solution is aimed at increasing the efficiency of using the heat exchanger by preventing the formation of a solid phase of calcium carbonate and reducing equipment corrosion.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе эксплуатации теплообменника, включающем подачу геотермальной воды в первичный контур, подогреваемой воды противотоком во вторичный контур, регулирование расхода воды в обоих контурах с помощью запорной арматуры, направление потоков геотермальной и холодной подогреваемой воды в соответствующих контурах периодически меняется на противоположное, при этом время периода изменения направления потоков выбирается согласно показаниям датчиков солеотложения, установленных на трубопроводах подачи и отвода геотермальной воды непосредственно у входа в теплообменник. В то же время противоточное движение потоков воды в контурах теплообменника при всех изменениях сохраняется.The problem is solved due to the fact that in the method of operating the heat exchanger, which includes the supply of geothermal water to the primary circuit, heated water in counterflow to the secondary circuit, regulation of the water flow in both circuits using stop valves, the direction of flows of geothermal and cold heated water in the corresponding circuits periodically changes on the opposite, while the time of the period of changing the direction of flows is selected according to the readings of the scaling sensors installed on the pipelines for supplying and removing geothermal water directly at the entrance to the heat exchanger. At the same time, the countercurrent movement of water flows in the heat exchanger circuits remains unchanged with all changes.
Сущность изобретения поясняется чертежами. The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 - график равновесных значений давления и температуры геотермальной воды, при которых вода стабильна, т.е. не растворяет и не выделяет твердую фазу карбоната кальция.FIG. 1 is a graph of the equilibrium values of pressure and temperature of geothermal water at which the water is stable, i.e. does not dissolve and does not release a solid phase of calcium carbonate.
На фиг. 2 - схема подключения теплообменника через запорную арматуру к геотермальной скважине и к источнику воды во вторичный контур. FIG. 2 is a diagram of the connection of the heat exchanger through the shut-off valves to the geothermal well and to the water source in the secondary circuit.
На фиг. 3 - распределение температуры воды в контурах теплообменника по его длине.FIG. 3 - distribution of water temperature in the heat exchanger circuits along its length.
Для каждой геотермальной скважины существуют параметры воды, при которых она не растворяет и не выделяет твердую фазу карбоната кальция [2]. Для примера на фиг. 1 представлена линия равновесных значений давления и температуры раствора воды скважины 27 Т (г. Махачкала, РД). Эксплуатация теплообменника при параметрах давления и температуры геотермальной воды выше равновесной линии, с одной стороны, снижает дебит скважины, а с другой - приводит к повышению коррозионной активности воды из-за наличия в ней агрессивной углекислоты. При этом, чем выше параметры эксплуатации теплообменника от равновесной линии, тем выше коррозия оборудования. Эксплуатация теплообменника ниже равновесной линии приводит к отложениям карбоната кальция на его внутренней поверхности. На практике с целью исключения солеотложения на теплообменной поверхности эксплуатация теплообменников проводится при параметрах давления выше равновесного значения, что снижает эффективность использования теплообменников за счет снижения дебита скважины и коррозии его внутренней поверхности.For each geothermal well, there are water parameters at which it does not dissolve and does not release a solid phase of calcium carbonate [2]. For example, in FIG. 1 shows a line of equilibrium values of pressure and temperature of water solution of well 27 T (Makhachkala, RD). The operation of the heat exchanger at the parameters of pressure and temperature of geothermal water above the equilibrium line, on the one hand, reduces the flow rate of the well, and on the other hand, leads to an increase in the corrosive activity of water due to the presence of aggressive carbon dioxide in it. Moreover, the higher the operating parameters of the heat exchanger from the equilibrium line, the higher the corrosion of the equipment. Operating the heat exchanger below the equilibrium line results in calcium carbonate deposits on its inner surface. In practice, in order to exclude salt deposition on the heat exchange surface, the operation of heat exchangers is carried out at pressure parameters higher than the equilibrium value, which reduces the efficiency of using heat exchangers by reducing the flow rate of the well and corrosion of its inner surface.
Способ эксплуатации теплообменника в режиме без солеотложения и при минимальной коррозии его внутренней поверхности осуществляется следующим образом. При закрытых задвижках 3 и 5 и открытых 4 и 6 (фиг. 2) по линии 1 геотермальная вода подается в первичный контур теплообменника и выводится по линии 2. Одновременно, при закрытых задвижках 11 и 13 и открытых 10 и 12 по линии 8 во вторичный контур противотоком подается подогреваемая вода и выводится по линии 9. На практике отложение солей карбоната кальция, в основном, наблюдается в начале теплообменной поверхности первичного контура в связи с высокой температурой геотермальной воды (см. фиг. 1 и фиг. 3), при которой вода склонна к выделению из раствора твердой фазы карбоната кальция. По мере движения по тракту теплообменника раствор геотермальной воды переходит в состояние равновесия и в конце теплообменной поверхности переходит в состояние максимальной агрессии, т.е. в состояние, при котором происходит растворение ранее образовавшихся отложений, если таковые имеются [5]. Наличие отложений в начале теплообменной поверхности первичного контура фиксируется датчиком солеотложения 14 (фиг. 2). При наличии отложений толщиной более 1-2 мм производится смена направления движения геотермальной и холодной подогреваемой воды в соответствующих контурах теплообменника. Для этого закрываются задвижки 4 и 6 и открываются 3 и 5 (фиг. 2). При этом по линии 1 геотермальная вода подается в первичный контур теплообменника и выводится по линии 2 в обратном направлении. Одновременно задвижки 10 и 12 закрываются, а 11 и 13 открываются. При этом подогреваемая вода во вторичном контуре по линии 8 подается противотоком и выводится по линии 9 также в обратном направлении (противоположном первоначальному направлению). На фиг. 3 показано изменение распределения температур в контурах по тракту теплообменника. Сплошные линии - линии температуры геотермальной (1) и подогреваемой (2) воды, соответственно, в первичном и вторичном контуре по длине теплообменника. Пунктирные линии - линии температуры воды в первичном (1) и вторичном (2) контурах теплообменника после смены режима работы теплообменника. Как видно из фиг. 1 и 3, смена режимов эксплуатации теплообменника способствует растворению ранее образовавшихся отложений в первичном контуре, что сохраняет работу теплообменника в состоянии без ремонта.The method of operating a heat exchanger in a mode without scale deposition and with minimal corrosion of its inner surface is carried out as follows. With closed
Таким образом, благодаря периодической смене направления движения геотермальной и холодной подогреваемой воды в соответствующих контурах теплообменника в противотоке с помощью запорной арматуры, повышается эффективность использования теплообменника в режиме без солеотложения для бесперебойной подачи тепловой энергии к потребителям.Thus, due to the periodic change in the direction of movement of geothermal and cold heated water in the corresponding circuits of the heat exchanger in counterflow with the help of shut-off valves, the efficiency of using the heat exchanger in the mode without scale deposition increases for the uninterrupted supply of heat energy to consumers.
Источники информацииSources of information
1. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. - М.: Физматлит, 2008. - С. 100-107.1. Alkhasov A.B. Geothermal energy: problems, resources, technologies. - M .: Fizmatlit, 2008 .-- S. 100-107.
2. Ахмедов Г.Я. Проблемы солеотложения при использовании геотермальных вод для горячего тепловодоснабжения // Промышленная энергетика. - №9. - 2009.2. Akhmedov G.Ya. Problems of salt deposition in the use of geothermal waters for hot heat water supply // Promyshlennaya energetika. - No. 9. - 2009.
3. Ахмедов Г.Я. Работа геотермальных систем теплоснабжения в режиме без солеотложения // Промышленная энергетика. - 2010. - №4. - С. 54-59.3. Akhmedov G.Ya. Operation of geothermal heat supply systems in a regime without salt deposition // Industrial energy. - 2010. - No. 4. - S. 54-59.
4. Ахмедов Г.Я. Твердые отложения карбоната кальция в геотермальных системах // Альтернативная энергетика и экология. - 2010. - №11. - С. 81-86.4. Akhmedov G.Ya. Solid deposits of calcium carbonate in geothermal systems // Alternative energy and ecology. - 2010. - No. 11. - S. 81-86.
5. Пат. 2528776, РФ, МПК F28G 9/00. Способ очистки теплообменника от карбонатных отложений заявл. / Ахмедов Г.Я. Опубл. 20.09.2014, Бюл. №26. - 5 с.5. Pat. 2528776, RF, IPC F28G 9/00. The method of cleaning the heat exchanger from carbonate deposits declared. / Akhmedov G.Ya. Publ. 09/20/2014, Bul. No. 26. - 5 p.
6. Пат. 2387950 РФ, МПК G01B 7/06. Способ и устройство для определения толщины солеотложения / Ахмедов Г.Я. Опубл. 27.04.2010. Бюл. №12. - 7 с.6. Pat. 2387950 RF,
7. Ахмедов Г.Я. О некоторых методах контроля солеотложения в геотермальной энергетике / Промышленная энергетика. - 2010. - №6. - С. 58-62.7. Akhmedov G.Ya. On some methods of scaling control in geothermal energy / Industrial energy. - 2010. - No. 6. - S. 58-62.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112810A RU2751468C2 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Heat exchanger operation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018112810A RU2751468C2 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Heat exchanger operation method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018112810A RU2018112810A (en) | 2019-10-09 |
RU2018112810A3 RU2018112810A3 (en) | 2021-05-20 |
RU2751468C2 true RU2751468C2 (en) | 2021-07-14 |
Family
ID=68205916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018112810A RU2751468C2 (en) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | Heat exchanger operation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751468C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3470943A (en) * | 1967-04-21 | 1969-10-07 | Allen T Van Huisen | Geothermal exchange system |
RU2358209C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Geothermal heat utilisation method |
RU2528776C1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of cleaning heat exchanger from carbonate deposits |
RU2596293C2 (en) * | 2015-03-31 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН | Method of recycling energy of geothermal water |
JP6432546B2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-12-05 | Jfeスチール株式会社 | Heat source water piping, underground heat-utilizing heat pump system, cleaning method and heat exchanging method inside the primary side heat exchanger |
-
2018
- 2018-04-09 RU RU2018112810A patent/RU2751468C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3470943A (en) * | 1967-04-21 | 1969-10-07 | Allen T Van Huisen | Geothermal exchange system |
RU2358209C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Geothermal heat utilisation method |
RU2528776C1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of cleaning heat exchanger from carbonate deposits |
RU2596293C2 (en) * | 2015-03-31 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН | Method of recycling energy of geothermal water |
JP6432546B2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-12-05 | Jfeスチール株式会社 | Heat source water piping, underground heat-utilizing heat pump system, cleaning method and heat exchanging method inside the primary side heat exchanger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018112810A (en) | 2019-10-09 |
RU2018112810A3 (en) | 2021-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CO2020003099A2 (en) | Cooling water monitoring and control system | |
Walker et al. | Economic impact of condenser fouling in existing thermoelectric power plants | |
Richards et al. | A 21st-century perspective on calcium carbonate formation in potable water systems | |
Walker et al. | Utilization of municipal wastewater for cooling in thermoelectric power plants: Evaluation of the combined cost of makeup water treatment and increased condenser fouling | |
DK2657625T3 (en) | A method and device for controlling an operation of a heat pump device | |
RU2751468C2 (en) | Heat exchanger operation method | |
MX2020003005A (en) | Cooling water monitoring and control system. | |
HRP20161134T1 (en) | Method for preventing deposits in cooling water circuits | |
AU2012309972B2 (en) | Heat pump hot-water supply device | |
WO2006104181A1 (en) | Boiler apparatus | |
JP6593422B2 (en) | Circulating water cooling system and method for inhibiting corrosion of circulating water cooling system | |
JP5811053B2 (en) | Heat exchanger and operation method thereof | |
JP2009264684A (en) | Latent heat recovery type water heater | |
Jiang et al. | An investigation on scaling failure of heat exchanger in cooling water system of natural gas purification plant | |
CN105814370B (en) | Hot-water supply | |
JP2010197025A (en) | Heat source machine efficiency management system | |
Bhatt | Effect of water side deposits on the energy performance of coal fired thermal power plants | |
JP2008039224A (en) | Structure of constant pressure once-through boiler and operating method therefor | |
JP6229589B2 (en) | Heat pump water heater | |
JP6243836B2 (en) | Coke oven gas cooling method and apparatus | |
JP2017020683A (en) | Indirect type gas cooling device and deterioration diagnosis method of indirect type gas cooling device | |
Taler et al. | Experimental investigation of fouling of brazed plate heat exchangers in district heating systems | |
RU2528776C1 (en) | Method of cleaning heat exchanger from carbonate deposits | |
RU2676151C1 (en) | Method of managing work of steam boiler and device for implementing this method | |
JP2020186857A (en) | Water heater with instantaneous hot water function, and instantaneous hot water system |