Рис. 16.5 . Схема установки для транспортирования углекислых минеральных вод
I - насосная станция I подъема; II - насосная станция II подъема; III - центральные резервуары; 1 - минералопроводы от скважин 1Э и 2Э Кумского месторождения; 2 - винтовой насос 1В 20/10; 3 - ресивер; 4 - центробежный насос 4МСК10-9; 5 - центробежный насос 4МСК-10-6; 6 и 7 - минералопроводы от источников «Нарзан» и «Березовский»; 8 - резервуар; 9 - минералопровод к потребителям
При движении газожидкостной смеси вдоль винта спонтанный газ вследствие повышения давления растворялся в минеральной воде. Для сглаживания пульсации при поступлении газожидкостной смеси из скважин после винтовых насосов были установлены ресиверы. Из них минеральная вода, перенасыщенная углекислым газом, забиралась центробежными насосами и подавалась по напорному минералопроводу до насосной станции II подъема. Оттуда минеральная вода перекачивалась с помощью центробежных насосов в центральные резервуары Кисловодского курорта. Чтобы центробежные насосы, установленные в насосных станциях I и II подъема, стабильно подавали минеральную воду, был обеспечен перевод спонтанного газа в растворенное состояние. Это достигалось повышением давления перед центробежными насосами до (2,33)*105 Па (при 13°С).
На насосной станции II подъема после смешения минеральных вод двух скважин (1Э и 2Э) фиксировалось 7,3 г/л углекислого газа. Кумская минеральная вода расходом 300 м3/сут поступала в здание центральных резервуаров, где смешивалась с минеральной водой источника «Нарзан», содержащей 1,4 г/л растворенной двуокиси углерода, и с Березовской минеральной водой, содержащей 1,8 г/л СО2.
В центральные резервуары емкостью 1000 м3 поступала уже смешанная минеральная вода. Из резервуаров вся минеральная вода, предназначенная для водолечебниц курорта, выходила с единым содержанием растворенной двуокиси углерода 1,9-2,1 г/л (при 9°С). После пуска опытно-промышленной установки такое содержание СО2 стабильно сохранялось в центральных резервуарах.
Готовые минеральные воды в Главных нарзанных и Октябрьских ваннах содержали в среднем 1,45 г/л растворенной СО2, т.е. было достигнуто ее оптимальное содержание.
При транспортировании газонасыщенных минеральных вод необходимо учитывать и тепловые процессы, сопутствующие движению воды по трубопроводу, так как они определяют характер изменения температуры воды по длине трубопровода, а температура воды воздействует на карбонатное и углекислотное равновесие в ней, на объемно-расходное газосодержание в смеси, на структуру потока и ряд других факторов.
При расчете внутренних минералопроводов потери напора на преодоление местных сопротивлений следует принимать в размере 30% потерь напора по длине труб. В минералопроводах больших диаметров, где применяют сварные фасонные части, потери напора возрастают из-за наличия швов от сварки, уменьшающего живое сечение. В связи с этим при применении сварных фасонных частей следует принимать потери напора в местных сопротивлениях до 50% потерь напора по длине труб.
Транспортировка пелоидов.
Необходимость правильно оценивать в процессе проектирования потери давления при транспортировании разжиженных и кондиционных лечебных грязей возрастает с увеличением длины магистрали.
Разделение грязей на разжиженные и кондиционные в достаточной мере условно. В той или иной степени разжиженные грязи подаются по трубопроводам при гидромеханизированной добыче, очистке от механической засоренности (частицами крупнее 0,25 мм), сбросе отработанных грязей на регенерацию, искусственном приготовлении и т.д. В пределах бальнеогрязевых хозяйств транспортируют высококонцентрированные кондиционные грязи, подвергая их в процессе транспортировки механической обработке и термоподготовке. В некоторых случаях чрезмерно-плотные грязи нуждаются в предварительном разжижении. В других случаях требуется, наоборот, их уплотнение («обезвоживание»). Уменьшение влажности на несколько процентов может привести к увеличению потерь давления в несколько раз (при прочих равных условиях) и наоборот.
В настоящее время принято подразделять грязи на разжиженные и кондиционные по показателю πкр = 1200 кг/м3. Этот показатель удобен тем, что на практике часто используются грязи различных месторождений при πкр > 1200 кг/м3. С другой стороны, концентрация, соответствующая πкр = 1200 кг/м3, определяет «вторую критическую» концентрацию, при которой грязевые гидросмеси приобретают новое «качественное состояние», характерное для высококонцентрированных вязкопластичных субстанций.
Как показали результаты исследований, проведенных В.П.Евстафьевым, при течении иловых лечебных грязей по напорным трубопроводам наиболее оптимален стационарный структурно-ламинарный (квазиламинарный) режим течения.
Гидравлические системы грязелечебниц можно отнести к категории внутрицеховых. Эти системы отличаются сравнительно небольшой протяженностью линейной части (до 200-300 м) и высокой насыщенностью напорных трубопроводов (диаметром 150-100-50 мм) различными фасонными частями и специальными, в частности для нагрева пелоидов, устройствами и приспособлениями. Анализ проектируемых и действующих бальнеотехнических гидравлических систем показал, что на каждые 100 м напорных трубопроводов приходится до 18-20 фасонных частей с преобладанием одно- или двухсекционных отводов и нагревательных устройств.
По внутренним трубопроводам транспортируются пелоиды как минерального (π до 1800 кг/м3), так и геоорганического происхождения (π≤1000 кг/м3).
Потери напора в местных сопротивлениях при проектировании бальнеотехнических систем до настоящего времени принимаются равными 70% линейных независимо от их конструктивных особенностей и взаимного расположения в схеме напорных трубопроводов. Однако опыт эксплуатации ряда действующих систем показал, что фактические значения потерь напора в местных сопротивлениях превышают принимаемые для проектирования более чем в 2 раза. В результате этого характеристики систем не соответствуют расчетным, что приводит к снижению их надежности.
16.6. Бальнеотехнические сооружения и устройства.
16.6.1. Каптажи минеральных вод.
Каптажи минеральных вод сооружают для возможности рациональной эксплуатации этих вод, организации наблюдений за режимом источников, обеспечения защиты источников от загрязнения и устранения возможности подтока поверхностных или грунтовых вод. Основным требованием, предъявляемым к каптажным сооружениям, является максимальное сохранение физико-химического состава и бальнеологических свойств минеральных вод, выводимых источниками.
В практике различают две разновидности каптажа:
1) сооружение для захвата естественного выхода минеральной воды;
2) сооружение, посредством которого минеральные воды выводятся в наиболее удобном месте с наиболее целесообразной глубины.
К каптажным сооружениям относятся буровые скважины, шахтные колодцы, горизонтальные водосборы - так называемые штольни, каптажи поверхностных источников.
Тип каптажа определяется конкретными гидрогеологическими условиями, специфическим физико-химическим составом воды, а также заданными количественными и качественными ее параметрами. Для выбора типа каптажа необходимо знать генезис данной воды, тщательно изучить геологию участка, иметь результаты измерений параметров источника за возможно больший период. В пределах артезианских бассейнов наиболее целесообразно осуществлять каптаж минеральных вод буровыми скважинами различной глубины, заложенными до водоносного пласта. В условиях горных местностей можно рекомендовать каптаж углекислых, радоновых и других типов вод в виде буровых скважин, расположенных в штольнях, с целью срезки уровня в скважинах и увеличения их дебита, или горизонтальные водосборы в штольнях при малой глубине залегания и небольшой мощности водоносного пласта. Для вод, формирующихся на небольшой глубине в четвертичных отложениях и в коре выветривания, например железистых, радоновых и некоторых других, а также для напорных и слабо напорных вод при ограниченной глубине их залегания, каптажи можно осуществить в виде шахтных колодцев. Подобные же колодцы следует устраивать при каптаже поверхностного восходящего источника. Каптаж нисходящего источника следует осуществлять подземной камерой обычного типа, обратив особое внимание на улавливание всех струй выходящей на поверхность воды.
При каптаже буровыми скважинами возможны два случая: а) минеральные воды самоизливаются
б) статический уровень минеральной воды находится ниже поверхности
земли и воду необходимо поднимать на эту поверхность.
При эксплуатации фонтанирующих газонасыщенных минеральных вод в ряде случаев может наблюдаться пульсирующий режим работы скважины. Пульсации можно избежать применением телескопической колонны труб с последовательно уменьшающимися кверху сечениями или регулированием выпуска.
Если при эксплуатации газонасыщенных минеральных вод их уровень не может подняться выше устья под действием гидростатического давления, необходимо применить искусственное возбуждение откачкой, которая дает импульс для проявления подъемной силы газа и возобновления естественного газлифта.
При любом варианте каптаж должен обеспечить водозабор, контроль режима и рациональное распределение минеральной воды.
Устройство элементов каптажа различно для газонасыщенных минеральных вод, для вод, не содержащих спонтанных газов, и при принудительной подаче минеральных вод на дневную поверхность.
При самоизливающихся минеральных водах устье скважины оборудуют оголовком, который должен удовлетворять следующим требованиям:
1) нормальная эксплуатация скважин при различных режимах;
2) стойкость материала оголовка против коррозионного действия минеральных вод;