ПРЕСНАЯ ВОДА АЛЯ КРЫМА И СЕВАСТОПОЛЯ
Кандидат физико-математических наук В.В. РОГОЖКИН, М.Л. СИЗОНЕНКО, Н.А. ВАЛИЗЕР, К.А. ПОТАПОВ, А.В. ШЕВОЛДИН (АО "АТОМПРОЕКТ", С.-Петербург), кандидат физико-математических наук А.В. ПРУСОВ (Морской гидрофизический институт, г. Севастополь), доктор технических наук В.И. ГОРЫНИН (ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей", С.-Петербург), Е.В. КОЛЕНОВ (ОАО "Силовые машины", С.-Петербург)
Дефицит пресной воды -государственная проблема
Дефицит пресной воды на континентальной и прибрежной территории Республики Крым и города федерального значения Севастополь - реальная социальная и экологическая проблема для нашего государства. Парадокс, но окружённый морями полуостров Крым является, в основном,аридной1 территорией.
Городское водоснабжение Крыма базируется на воде из водохранилищ, пополняемых местными водостоками. Качество воды в водохранилищах низкое, запасы в них нестабильны и в течение жаркого лета падают до критических отметок.
Курс Правительства РФ на превращение территории Крыма в альтернативу зарубежным черноморским курортам ^ требует системного решения проблемы § круглогодичного бесперебойного, вне I зависимости от климатических и полити-° ческих коллизий, снабжения населения § Республики Крым природной пресной | водой атмосферного происхождения, | пригодной для употребления людьми, животными и растениями.
§ Принципиальное решение £ проблемы
| Прибрежная территория Крыма знаменита своими курортами, поэтому
1 От лат. Aridus - сухой.
главными при выборе технологий получения пресной питьевой воды в промышленных объёмах (более 1000 м3 в сутки) являются два условия: во-первых, отсутствие технологических токсичных отходов, загрязняющих акваторию курорта, и, во-вторых, общепризнанная мировой наукой пригодность продукта (питьевой воды) для употребления человеком.
Этим условиям заведомо не удовлетворяют все известные методы опреснения морской воды, т.к.:
- сопутствующий технологиям опреснения жидкий солевой остаток является токсичным, экологически неприемлемым веществом (десятки и сотни тонн в сутки), проблемным для сбора, хранения и утилизации;
- опреснённая морская вода ("опрес-нёнка") не пригодна для постоянного употребления в пищу человеком, наземными животными и птицами. Научным сообществом признана недопустимость даже подмешивания "опреснёнки" в водопроводную систему городов2.
Принципиальное решение проблемы промышленного питьевого водообеспе-чения Крыма и Севастополя возможно на основе учёта и использования уже
2 См. "Открытое письмо всем ветвям и органам
власти Израиля, политическим, профессиональным и общественным организациям и объединениям, средствам массовой информации, всему населению страны" от 16.07.2007г. от 13 учёных-химиков, медиков, геологов и специалистов по водообеспечению Израиля.
30
© В. В. Рогожкин и др.
существующих в приморском регионе природных форм, путей циркуляции и стока пресной воды на полуострове. В первую очередь это неограниченные запасы пресной воды в виде водяного пара в атмосфере над акваториями морей (Чёрного и Азовского), граничащих с прибрежными территориями Крымского полуострова. Атмосферный водный конденсат экологически безопасен, а сам процесс охлаждения не порождает токсичного солевого остатка и отработанных расходных материалов (фильтры и пр.).
Следует использовать и субмарин-ные разгрузки"3, выявленные на ряде прибрежных участков крымского горного массива4.
Прямая конденсация атмосферной влаги
Конденсат атмосферной влаги является единственной природной основой для питания всех источников пресной воды в Крыму, как надземных, так и подземных. Конденсат атмосферной влаги (например, дождевая вода) заведомо привычен и безвреден для человека и всех животных, и может употребляться ими в пищу после естественной минерализации в реках и водохранилищах. Отметим главные природные возможности крымского региона для решения проблемы обеспечения пресной водой: во-первых, концентрация пресной воды в воздухе (в виде пара) над акваторией морей и побережьем
3 Субмаринные (или в более широком смысле субаквальные, т.е. "подводные") воды, распространённые под морями, океанами и крупными озёрами. Термин "субмаринные источники" используется для описания источников, разгрузка которых происходит ниже уровня моря в шельфовой зоне. Обнаружить их можно по характерному вскипанию воды на поверхности моря. Роль их бывает настолько велика, что они могут уменьшать солёность морской воды. http://knowledge.allbest.ru/geology/ 3c0b65625b2ad68a4c43b88521306c36_0.html
4 Тектоническая позиция источников субмарин-
ной разгрузки горного Крыма. Пасынков А.А., Пасынкова Л.А. Международная научная конференция «Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потен-
циала Юга России» (15-18 сентября 2014 г., пгт. Кацивели, Республика Крым).
может составлять до 25 г/м3 воздуха5, во-вторых, глубинные морские воды Чёрного моря обладают весьма низкой температурой (9^8 °С) вне зависимости от времени года6. Наличие практически безграничного ресурса холодной воды, которое является благоприятным условием, если глубина моря достигает 30 м и более уже на расстоянии 150-300 м от берега, например, у южного берега Крыма (ЮБК), позволяет однозначно определиться с основным (для ЮБК) принципом работы технических средств получения природной влаги - это конденсация атмосферной влаги в теплообменном устройстве, охлаждаемом глубинной морской водой до температуры ниже точки росы. Комплекс технических средств для конденсации атмосферной влаги, накопления и передачи пресной воды потребителю назовем конденсатной станцией. По нашим расчётам для получения пресноводного конденсата в промышленных объёмах (более 1000 тонн в сутки) необходимо обеспечить расход воздуха через конденсатную станцию не менее 850 м3/с и морской воды не менее 1.3 т/с, что сегодня не является технически неразрешимой проблемой. Конденсатная станция с производительностью более 1000 т/сут пресной воды показана на рис. 1.
Описание технического предложения
К проектированию и строительству на прибрежной территории Крыма
предлагаются конденсатные станции 015
для производства и передачи прес- §
ной воды в городские водохранили- 1
ща. Основой такой станции являет- §
ся конденсатная установка (рис. 2) »
на плитном или свайном основании, |
внутри которой расположены мо- I
дульные пластинчатые или трубные £
теплообменные элементы (ТЭ) из ти- !
тановых сплавов типа ВТ-1 или корро- 1
зионно-стойких нержавеющих сталей *
--с!
5 www.sevmeteo.info. Сайт Севастопольской ме- « теостанции. Архив 2013 г.
6 Филиппов Д.М. Циркуляция и структура вод Чёрного моря. - М.: Наука, 1968. - 136 с.
Станция забора морской воды
Конденсатор
Трубопроводы охлаждающей воды
Трубопровод к потребителям
Накопитель пресной воды закрытого типа
Рис. 1.
Конденсатная станции в бухте.
типа "316-и', собранных в пучки с шагом, основанным на расчёте энергобаланса системы. Производительность ТЭ по конденсату - до 20 т/сут. Металлические стенки камеры должны быть теплоизолированы и иметь снаружи светоотражающее покрытие для уменьшения нагрева камеры солнечными лучами. Поскольку территория Крыма является сейсмически активной, крепление теплообменных элементов и оборудования к раме осуществляется через демпфирующие устройства для обеспечения сейсмоустойчивос-ти. По расчётам, высота станции над б уровнем моря должна составлять от 5 до 20 м, удалённость от побережья | не более 100 м. Принцип действия | предлагаемой конструк-£ ции следующий. Атмос-| ферный воздух аквато-I рии моря подаётся в мо-| дульную камеру конден-I сатной станции за счёт § разрежения, создаваемо-| го блоком вентиляторов, I" где охлаждается до тем-р пературы ниже точки росы за счёт теплообмена с морской водой, цир-
кулирующей внутри ТЭ. В качестве промежуточного теплоносителя могут быть использованы ещё и хладагенты типа Я22, Я401 и др., также охлаждаемые морской водой. После прохождения горизонтальных и вертикальных конденсаторов атмосферная влага (до 70%) превращается в воду, улавливается каплеуловительной системой и накапливается в бассейне конденсата.
Система трубопроводов и насосных станций
Морская вода для охлаждения теп-лообменных элементов конденсатной установки подаётся от береговой на-
Рис. 2.
Устройство конденсатной станции.
^Сухой воздух^
Вентиляторы Каплеуловитель
Вход контура охлаждения Конденсатор Выход контура охлаждения
Влажный воздух
Горизонтальный конденсатор
Морская Вертикальный вода конденсатору
Рис. 3.
Поддерживающий каркас и расположение компонентов.
сосной станции забора морской воды. Из бассейна вода направляется в закрытое водосборное хранилище для
передачи в городское водохранилище. Береговая насосная станция морской воды должна располагаться вблизи береговой линии, подавать воду в конденсаторы в сифонном режиме и обеспечивать необходимый расход охлаждающей воды (от 0.15 до 3.5 м3/с в зависимости от требуемой производительности по пресноводному конденсату). Забор морской воды должен осуществляться с глубины, обеспечивающей температуру воды не более 10 °С. Трубопроводы Ду 500 (2-4 нитки) обеспечат подачу и сброс охлаждающей воды. Для передачи пресноводного конденсата в водохранилище могут быть использованы трубы Ду 300.
Таблица 1
Пример расчёта среднесуточного дебита пресноводного конденсата для климатических показателей Севастополя (на 29.07.2013)
Время (UTC1), Ветер Видимость Явления Т Отн. влаж. Производитель-ность Удель-ныеэнер-гозатраты
Нсд 1 сд (направ-ление,м/с) °С (%) (т/сутки) (кВт-ч/т)
0 29 июля С 1 10 км +21.9 90 4406 15
3 29 июля СВ 1 10 км +20.5 93 3974 17
6 29 июля С 1 200 м туман +24.9 79 4752 14
9 29 июля Ю 2 4000 м туман +24.4 78 4406 15
12 29 июля ЮЗ 2 20 км туман +25.8 78 5100 13
15 29 июля ЮЗ 2 20 км гроза +23.3 89 5011 13
18 29 июля Ю 2 20 км гроза +22.1 93 4752 14
21 29 июля ЮВ 1 20 км +22.2 95 5011 13
Расчёты выполнены согласно РД 24.035.05-89 "Тепловой и гидравлический расчёт теплообменного оборудования АЭС" Средний суточный дебит 4670 т/сут 14 кВт-ч/т
1 Всемирное координированн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.