Naslonjene cijevi sa saćem za vodu za hlađenje hidroelektrana: 13 sezona poplava, nula isključenja u Bapanxii

Hidroelektrana na rijeci punoj sedimenta ima problem koji većina inženjera za tretman vode ne vidi: rashladna voda za turbinsko-generatorske jedinice nosi toliko pijeska i trave da čvrsto začepljuje hladnjake. Temperatura namotaja statora raste. Ležajevi se pregrevaju. Jedinica se isključuje - ne zbog mehaničke greške, već zato što se voda koja bi trebala da ga ohladi pretvorila u abrazivnu kašu. U hidroelektrani Bapanxia, ​​tri jedinice od 36.000 kW, proizvedene u Švedskoj, suočavale su se sa upravom ovom prijetnjom svake sezone poplava. Godine 1975. stanica je postavila cijevni taložnik sa saćem. Preko sledećeg13 sezona poplava- sedam mjeseci u godini, od aprila do oktobra - nijedna jedinica nije izgubljena zbog kvara rashladnog sistema.

PROBLEM RASHLADNE VODE NE MOŽE RIJEŠITI NIJEDNA PUMPA

Hidroelektrane na rijekama s velikim opterećenjem sedimenta suočavaju se sa sezonskom krizom. Tokom sezone poplava, voda iz rezervoara nosi koncentraciju pijeska koja bi bila nezamisliva u općinskom postrojenju za prečišćavanje vode. Ako se ova voda uzima direktno ispred brane za hlađenje jedinice, pijesak i biljni ostaci čvrsto zapakirajte cijevi hladnjaka. Začepljenje je mehaničko i totalno – čišćenje i iskopavanje hladnjaka je izuzetno teško, dugotrajno i često oštećuje opremu. Neke stanice pribjegavaju naizmjeničnom radu rashladnog sistema naprijed i nazad kako bi isprale cijevi, ali to samo djelimično pomaže: ne može u potpunosti ukloniti blokadu, a stalni preokreti ubrzavaju habanje samih cijevi hladnjaka.

Hladnjaci švicarske proizvodnje u Bapanxii imali su stroge zahtjeve za kvalitetom vode. Bilo je potrebno rješenje za taloženje - ono koje može podnijeti20 kg/m³ ulazna koncentracija sedimentatokom vršnih poplava i dalje isporučuju dovoljno čiste vode za hlađenje tri bloka od 36 MW.

KAKO CEVI OD SAĆA RADE ONO ŠTO OTVORENI REZERVOAR NE MOŽE

Taložnik u obliku saća dizajniran je na tri principa izvedena iz teorije sedimentacije plitkog sloja:

Princip 1 - Množenje površine.Sedimentacija je funkcija površine vode. Dodavanje saćastih cijevi povećava efektivnu površinu taloženjadesetine putau poređenju sa otvorenim rezervoarom istog otiska. Više površine znači brže odvajanje.

Princip 2 - Stabilizacija laminarnog toka.Voda koja teče kroz ćelije saća ima izuzetno veliki vlažni perimetar, što dramatično smanjuje hidraulički radijus. Ovo smanjuje Reynoldsov broj, stabilizirajući tok u laminarni režim. Talog i voda se odvajaju čisto - nema turbulencije da bi se čestice zadržale u suspenziji.

Princip 3 - Slijeganje sloja mulja.Unutar kosih cijevi sediment se taloži u obliku sloja mulja. Ovo ne samo da skraćuje razdaljinu i vrijeme taloženja, već i povećava efektivnu površinu taloženja, povećavajući ukupnu efikasnost. Ispitivanja modela u mjerilu 1:1 pokazala su da pri projektnoj koncentraciji utjecaja sedimenta od 20 kg/m³ i površinskom opterećenju od3–5 m³/m²·h, dostignuta brzina uklanjanja sedimenta92–98%, sa samo 3% efluentnih čestica većih od 0,025 mm - kritične veličine pri kojoj počinje začepljenje hladnjaka.

SISTEM: OD ZAVODA BRANE DO HLAĐENJA VODE

Ispred brane je izgrađen namjenski vodozahvat, a gornji i donji priključci služe kao međusobna podrška. Svaka luka ima fiksni stalak za smeće; Uobičajeni pokretni stalak za smeće na prednjoj strani usisnika presreće veći vodeni korov i ostatke. Voda se uvlači kroz odvodnu cijev na uzvodnoj strani pumpe i dijeli se na četiri linije, koje se napajaju iz četiriCentrifugalne pumpe 12Sh-19(sva četvorica podržavaju jedni druge). Automatsko cjedilo prije svake pumpe osigurava završni filter za sitne ostatke prije nego voda uđe u taložnik.

Unutar rezervoara -Prečnik 18 m, visina 18 m, nadvodni bok 0,3 m- voda se diže kroz razvodno korito izlaznom brzinom od 50 mm/s. Brzina nagore na površini vode je blaga0,2–0,8 mm/s. Nakon prolaska kroz cijevi sa saćem, bistrena voda se diže i sakuplja kroz bočne otvore na osam radijalnih kratkih sabirnih korita (vidi sliku 1), koji se ubacuju u prstenasto sabirno korito oko perimetra rezervoara. Odatle, izlazna cijev φ500 mm isporučuje tretiranu vodu do kolektora rashladne vode koji opslužuje sve jedinice. Iskorišćena rashladna voda se u potpunosti ispušta u izlazni otvor.

Taloženi sediment pada u aKonusni rezervoar od 60 stepenina dnu rezervoara i ispušta se u izlazni otvor kroz muljnu cijev. Struktura rezervoara je prikazana na slici 2.

SPECIFIKACIJA SAĆA - I NADGRADNJA MATERIJALA

Ćelije saća su pravilni šestouglovi sa aPrečnik upisanog kruga 50 mm. Svaki modul cijevi jeDužina 1 m, nagnuta pod uglom od 60 stepeni, što daje vertikalnu visinu od 0,866 m. Cijevi su sastavljene u pravokutne jedinice sa saćem dimenzija 1 × 0,5 × 0,5 m.

Korištena originalna instalacija iz 1975papirno saće- 80 g Jiamusi kraft papir umočen u fenolnu smolu i termički osušen. Cijena papirnog saća40,000 yuan. Uspjelo je, ali materijal je imao jasna ograničenja: slabu čvrstoću i žilavost, te je ostario. Nakon četiri godine rada, u1979, papirno saće je zamijenjeno saaluminijumsko saćepo cijeni od120,000 yuan- tri puta skuplje, ali daleko izdržljivije. Nakon devet godina kasnijeg rada, aluminij je pokazao samo manju površinsku koroziju i ostao je strukturno netaknut.

Potreban je i sam betonski rezervoar1.400 m³ betona, 50 tona čelične armature, i trošak160,000 yuan. Sve zajedno - rezervoar, papirno saće, a kasnije i nadogradnja aluminijuma - ukupna investicija je bila 320.000 juana. Za sistem koji bi štitio tri turbogeneratora od 36 MW više od jedne decenije, ovo je bilo skromno.

PERFORMANSE NA TERENU: 83 UZORKA PREKO 4 GODINE

Između 1977. i 1980. godine, postrojenje i stanica za praćenje područja akumulacije prikupljala je83 uparena uzorka vodena ulazu i izlazu rezervoara, analizirajući i koncentraciju sedimenta i distribuciju veličine čestica. Rezultati govore dosljednu priču:

1.Krupni sediment (d > 0,025 mm) dobro se taložio. Efluent je sadržavao samo10–15%grubih čestica prisutnih u influentu - visoka brzina uklanjanja frakcije koja zapravo uzrokuje začepljenje.

2.Srednja veličina čestica u efluentu bila je konstantno manja nego u influentu. Spremnik je radio upravo ono za što je i dizajniran: selektivno uklanja veće čestice veličine začepljenja.

3.Postotak sedimenta sa d < 0,025 mm se povećao u efluentu, dok je postotak sa d > 0,025 mm smanjen, što potvrđuje selektivno uklanjanje problematične grube frakcije.

4.Efikasnost uklanjanja sedimenta poboljšana je koncentracijom influenta. Pri projektnom dotoku od 20 kg/m³, prekoračeno je ukupno uklanjanje65%.

Tabela 1: Efikasnost uklanjanja prema veličini čestica (d > 0,025 mm granica)

Tabela potvrđuje da je efikasnost uklanjanja grube frakcije (d > 0,025 mm) jaka, dok fina frakcija (d < 0,025 mm) lakše prolazi - što je prihvatljivo, jer su krupne čestice one koje uzrokuju začepljenje hladnjaka.

Tabela 2: Brzina transporta sedimenta i efikasnost uklanjanja (izmjereni podaci iz 1980.)

Sva tri perioda mjerenja pokazuju stope uklanjanja iznad 50%, s najvećom stopom -70%- poklapa se sa najvećom koncentracijom influenta (prosjek 9,52 kg/m³). Ovo potvrđuje trend:što je voda koja ulazi prljavija, taložnik efikasnije uklanja sediment- upravo ono ponašanje koje je potrebno tokom vrhunca sezone poplava.

ZAŠTO PODACI NA TERENU NISU ZA MODEL - I ZAŠTO TO NIJE BILO BITNO

Testovi modela su predvidjeli 92-98% uklanjanja pri projektnom opterećenju. Terenski podaci su pokazali 58–70%. Tri faktora objašnjavaju jaz:

1. Rad sa jednim rezervoarom u odnosu na dizajn sa dva rezervoara.Stanici je bilo potrebno 1.280 m³/h rashladne vode. Projektni proračun - zasnovan na potrebnoj površini sedimentacije od 427 m² - je zahtevandva rezervoara(svaki 254,5 m²). Zbog ograničenja lokacije, izgrađen je samo jedan. Pojedinačni rezervoar je neprekidno radio iznad svog projektovanog površinskog opterećenja. Vrijeme zadržavanja unutar cijevi sa saćem bilo je kraće nego što je model pretpostavio, a efikasnost sedimentacije je u skladu s tim patila.

2. Niže od projektovane koncentracije uticaja.Tokom 13 godina rada, dnevna prosječna koncentracija sedimenta iznosila je samo 20 kg/m³dva do tri dana godišnje- a u nekim godinama, nikako. Spremnik je proveo većinu svog životnog veka radeći znatno ispod projektovanog uticaja opterećenja. Mulj se također nije ispuštao u projektovanoj zapremini, što je dodatno uticalo na efikasnost.

3. Ograničenja uzorkovanja.Metodologija testiranja – uključujući broj uzoraka, lokacije uzorkovanja i reprezentativnost podataka – priznata je kao nedovoljna za konačnu procjenu učinka. Izmjerenih 58–70% je vjerovatno konzervativna procjena.

Pa ipak, uprkos pokretanju jednog rezervoara gde su navedena dva, sistem je isporučio ono što je važno:nula prinudnih isključenja zbog kvara rashladnog sistema u 13 sezona poplava. When combined with alternating forward-reverse cooling system operation, no severe wear or clogging was found in cooler end covers or pipes during inspections. The honeycomb settler did not need to achieve 98% removal to succeed - it only needed to remove enough of the >Frakcija 0,025 mm kako bi hladnjaci bili čisti. Jeste.

ŠTA OVO ZNAČI ZA DRUGE HIDROELEKTRANE

1.Nagnute cijevi za taloženje rade za industrijsku rashladnu vodu - ne samo za tretman vode za piće. Ciljevi performansi su različiti (ukloniti grube čestice, ne postići jasnoću ispod NTU), ali hidraulički principi su identični.

2.Izbor materijala ovisi o primjeni. Papirno saće radilo je četiri godine za 40.000 juana. Aluminijum je trajao devet godina (i dalje) po ceni od 120.000 juana. Za današnje instalacije, PVC i PP nude središte u pogledu isplativosti i trajnosti s kojim ni papir ni aluminij nisu mogli parirati 1975. godine.

3.Jedan rezervoar premale veličine i dalje može pružiti operativnu pouzdanost ako je projektni cilj ispravno definiran. Bapanxia tenk je bio pola potrebne površine - ali pošto je cilj bila hladnija zaštita, a ne savršena jasnoća, uspio je.

4.Za hidroelektrane na rijekama punim sedimenta, cijevni taložnici sa saćem nude nisku tehničku složenost, nisku cijenu, brzu sedimentaciju i mali otisak - prednosti koje su posebno vrijedne kada je lokacija stanice prostorno ograničena.