Voštinové naklonené rúrkové usadzovače pre vodnú chladiacu vodu: 13 povodňových sezón, nulové odstávky v Bapanxii

Vodná elektráreň na rieke ťažkej sedimenty má problém, ktorý väčšina inžinierov na úpravu vody nikdy nevidí: chladiaca voda pre jednotky turbíny a generátora nesie toľko piesku a trávy, že upcháva chladiče. Teplota cievky statora stúpa. Ložiská sa prehrievajú. Jednotka sa vypne – nie kvôli mechanickej poruche, ale preto, že voda, ktorá ju má ochladzovať, sa zmenila na abrazívny kal. Vo vodnej elektrárni Bapanxia čelili tri bloky s výkonom 36 000 kW vyrobené vo Švédsku počas každej záplavovej sezóny. V roku 1975 stanica nainštalovala voštinovú naklonenú rúrkovú usadzovačku. Počas nasledujúceho13 povodňových sezón- sedem mesiacov v roku, apríl až október - v dôsledku poruchy chladiaceho systému sa nestratila ani jedna jednotka.

PROBLÉM CHLADIACEJ VODY NEVYRIEŠI ŽIADNE ČERPADLO

Vodné elektrárne na riekach s veľkým zaťažením sedimentmi čelia sezónnej kríze. Počas povodňových období nesie voda z nádrží koncentrácie piesku, ktoré by boli v mestskej čistiarni vody nemysliteľné. Ak sa táto voda odoberá priamo z prednej časti priehrady na chladenie jednotky, piesok a rastlinný odpad tesne zabalia rúrky chladiča. Blokovanie je mechanické a celkové - čistenie a bagrovanie chladičov je mimoriadne náročné, časovo náročné a často poškodzuje zariadenie. Niektoré stanice sa uchyľujú k striedavému chodu chladiaceho systému vpred a vzad na preplachovanie rúrok, ale to pomáha len čiastočne: nemôže úplne odstrániť upchatie a neustále reverzácie urýchľujú opotrebovanie samotných rúrok chladiča.

Chladiče švajčiarskej výroby v Bapanxii mali prísne požiadavky na kvalitu vody. Bol potrebný sedimentačný roztok – taký, ktorý by to zvládol20 kg/m³ prítokového sedimentupočas povodňových špičiek a stále dodávať dostatok čistej vody na chladenie troch 36 MW blokov.

AKO VOŠTOVÉ TRUBKY ČO NEDOKÁŽU OTVORENÁ NÁDRŽ

Voštinový naklonený rúrkový usadzovač bol navrhnutý na troch princípoch odvodených z teórie sedimentácie v plytkej vrstve:

Princíp 1 - Plošné násobenie.Sedimentácia je funkciou plochy vodnej hladiny. Pridaním voštinových naklonených rúrok sa zväčší efektívna plocha usadzovaniadesiatky krátv porovnaní s otvorenou nádržou s rovnakou stopou. Väčšia plocha znamená rýchlejšie oddelenie.

Princíp 2 - Stabilizácia laminárneho toku.Voda pretekajúca bunkami plástu má výnimočne veľký zmáčaný obvod, ktorý dramaticky znižuje hydraulický polomer. Toto znižuje Reynoldsovo číslo a stabilizuje tok do laminárneho režimu. Sediment a voda sa oddelia čisto - žiadne turbulencie, ktoré by udržali častice v suspenzii.

Princíp 3 - Usadzovanie vrstvy kalu.Vo vnútri naklonených rúrok sa sediment usadzuje v režime kalovej vrstvy. To nielen skracuje vzdialenosť a čas usadzovania, ale tiež zvyšuje efektívnu plochu usadzovania, čím sa zvyšuje celková účinnosť. Modelové testy v mierke 1:1 ukázali, že pri projektovanej koncentrácii sedimentu 20 kg/m³ a povrchovom zaťažení3–5 m³/m²·h, dosiahnutá rýchlosť odstraňovania sedimentu92–98%, pričom len 3 % vytekajúcich častíc presahuje 0,025 mm – kritická veľkosť, pri ktorej začína upchávanie chladiča.

SYSTÉM: OD NASÁVANIA PREHRADY AŽ PO ZÁVOD NA CHLADENIE VODY

Pred hrádzou bol vybudovaný vyhradený odber vody, pričom horný a dolný prístav slúžili ako vzájomné zálohy. Každý port má pevný kôš na odpadky; spoločný pohyblivý kôš na odpadky v prednej časti nasávania zachytáva väčšie vodné buriny a nečistoty. Voda je nasávaná cez zberné potrubie na protiprúdnej strane čerpacej stanice a rozdelená do štyroch potrubí, napájaných štyrmi12Sh-19 odstredivé čerpadlá(všetky štyri sa navzájom podporujú). Automatické sitko pred každým čerpadlom poskytuje konečný filter pre jemné nečistoty predtým, ako voda vstúpi do sedimentačnej nádrže.

Vo vnútri nádrže -Priemer 18 m, výška 18 m, voľný bok 0,3 m- voda stúpa cez rozvodný žľab výstupnou rýchlosťou 50 mm/s. Vzostupná rýchlosť na vodnej hladine je mierna0,2–0,8 mm/s. Po prechode voštinovými rúrkami vyčistená voda stúpa nahor a zbiera sa cez bočné otvory na ôsmich radiálnych krátkych zberných žľaboch (pozri obrázok 1), ktoré sa privádzajú do prstencového zberného žľabu po obvode nádrže. Odtiaľ vedie výstupné potrubie φ500 mm upravenú vodu do zberača chladiacej vody, ktorý slúži všetkým jednotkám. Použitá chladiaca voda vyteká úplne do výfuku.

Usadený sediment padá do a60 stupňový kužeľový zásobníkna dne nádrže a odvádza sa do odpadového potrubia cez kalové potrubie. Konštrukcia nádrže je znázornená na obrázku 2.

ŠPECIFIKÁCIA VOŠTINY - A AKTUALIZÁCIA MATERIÁLU

Voštinové bunky sú pravidelné šesťuholníky s aPriemer vpísanej kružnice 50 mm. Každý rúrkový modul jeDĺžka 1 m, sklon 60 stupňov, čo dáva vertikálnu výšku 0,866 m. Rúry sú zostavené do obdĺžnikových voštinových jednotiek s rozmermi 1 × 0,5 × 0,5 m.

Použitá pôvodná inštalácia z roku 1975papierový plást- 80 g Kraftový papier Jiamusi namočený vo fenolovej živici a vytvrdený teplom. Papierový plást stál40,000 yuan. Fungovalo to, ale materiál mal jasné obmedzenia: slabú pevnosť a húževnatosť a starol. Po štyroch rokoch prevádzky sa v1979, bol papierový plást nahradenýhliníkový plástza cenu120,000 yuan- trojnásobná cena, ale oveľa odolnejšia. Po deviatich rokoch následnej prevádzky hliník vykazoval len malú povrchovú koróziu a zostal štrukturálne neporušený.

Vyžaduje sa samotná betónová nádrž1 400 m³ betónu, 50 ton oceľovej výstužea náklady160,000 yuan. Dokopy - nádrž, papierová voština a neskôr vylepšenie hliníka - celková investícia bola 320 000 juanov. Pre systém, ktorý by chránil tri 36 MW turbínové generátory viac ako desať rokov, to bolo skromné.

VÝKONNOSŤ NA TERÉNE: 83 VZORIEK ZA 4 ROKY

V rokoch 1977 až 1980 sa v závode a v areáli nádrže vykonávali zbery83 párových vzoriek vodyna vstupe a výstupe nádrže, pričom sa analyzuje koncentrácia sedimentu aj distribúcia veľkosti častíc. Výsledky hovoria konzistentný príbeh:

1.Hrubý sediment (d > 0,025 mm) sa dobre usadil. Odpadová voda obsahovala iba10–15%hrubých častíc prítomných v prítoku - vysoká rýchlosť odstraňovania frakcie, ktorá skutočne spôsobuje upchávanie.

2.Stredná veľkosť častíc vo výtoku bola konzistentne menšia ako v prítoku. Nádrž robila presne to, na čo bola navrhnutá: selektívne odstraňovala väčšie častice s upchávacou veľkosťou.

3.Percento sedimentu s d < 0,025 mm sa zvýšilo vo výtoku, zatiaľ čo percento s d > 0,025 mm sa znížilo, čo potvrdzuje selektívne odstránenie problematickej hrubej frakcie.

4.Účinnosť odstraňovania sedimentov sa zlepšila s koncentráciou prítoku. Pri projektovanom prítoku 20 kg/m³ celkový odber prekročil65%.

Tabuľka 1: Účinnosť odstraňovania podľa veľkosti častíc (d > hranica 0,025 mm)

Tabuľka potvrdzuje, že účinnosť odstraňovania pre hrubú frakciu (d > 0,025 mm) je vysoká, zatiaľ čo jemná frakcia (d < 0,025 mm) prechádza ľahšie - čo je prijateľné, pretože sú to hrubé častice, ktoré spôsobujú upchávanie chladiča.

Tabuľka 2: Rýchlosť transportu sedimentu a účinnosť odstraňovania (údaje namerané v roku 1980)

Všetky tri obdobia merania ukazujú miery odstraňovania nad 50 %, s najvyššou mierou –70%- zhoduje sa s najvyššou koncentráciou prítoku (priemer 9,52 kg/m³). Toto potvrdzuje trend:čím špinavšia je privádzaná voda, tým efektívnejšie usadzovač odstraňuje usadeniny- presne také správanie, aké je potrebné počas povodňových sezón.

PREČO TERÉNNE ÚDAJE ZAOBCHÁDZALI OD MODELU – A PREČO NA TO NEHRALO

Modelové testy predpovedali 92–98 % odstránenie pri konštrukčnom zaťažení. Údaje z terénu ukázali 58–70 %. Rozdiel vysvetľujú tri faktory:

1. Jednonádržová prevádzka oproti dvojnádržovej konštrukcii.Stanica potrebovala 1 280 m³/h chladiacej vody. Požadovaný projektový výpočet - na základe požadovanej sedimentačnej plochy 427 m²dve nádrže(každá 254,5 m²). Kvôli obmedzeným miestam bola postavená iba jedna. Jediný tank bežal nepretržite nad svoje projektované plošné zaťaženie. Retenčný čas vo voštinových trubiciach bol kratší, ako predpokladal model, a podľa toho utrpela aj účinnosť sedimentácie.

2. Koncentrácie prítoku nižšie ako projektované.Za 13 rokov prevádzky sa priemerná denná koncentrácia sedimentu vyskytla len 20 kg/m³dva až tri dni v roku- a v niektorých rokoch vôbec. Nádrž strávila väčšinu svojho života prevádzkou hlboko pod návrhovým zaťažením. Kal sa tiež nevypúšťal v projektovanom objeme, čo ďalej ovplyvnilo účinnosť.

3. Obmedzenia odberu vzoriek.Metodológia testovania – vrátane počtu vzoriek, miest odberu vzoriek a reprezentatívnosti údajov – bola uznaná ako nedostatočná na definitívne vyhodnotenie výkonu. Nameraných 58–70 % je pravdepodobne konzervatívny odhad.

A napriek tomu, napriek prevádzke jednej nádrže, kde boli špecifikované dve, systém priniesol to, na čom záležalo:nulové nútené odstávky v dôsledku poruchy chladiaceho systému v 13 povodňových sezónach. 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 >Frakcia 0,025 mm, aby boli chladiče čisté. Stalo sa.

ČO TO ZNAMENÁ PRE OSTATNÉ VODNÉ ELEKTRÁRNE

1.Sklonené rúrkové usadzovače pracujú pre priemyselnú chladiacu vodu - nielen pre úpravu pitnej vody. Cieľ výkonu je odlišný (odstráňte hrubé častice, nedosiahnete čistotu pod NTU), ale hydraulické princípy sú identické.

2.Výber materiálu závisí od aplikácie. Papierový plást fungoval štyri roky za 40 000 juanov. Hliník vydržal deväť rokov (a pribúdať) za 120 000 juanov. Pre dnešné inštalácie ponúkajú PVC a PP strednú cestu nákladovej trvanlivosti, ktorej sa v roku 1975 nevyrovnal papier ani hliník.

3.Jedna poddimenzovaná nádrž môže stále poskytovať prevádzkovú spoľahlivosť, ak je projektový cieľ správne definovaný. Nádrž Bapanxia mala polovicu požadovanej plochy – ale keďže cieľom bola ochrana chladiča, nie dokonalá prehľadnosť, podarilo sa.

4.Pre vodné elektrárne na riekach plných sedimentov ponúkajú voštinové naklonené rúrkové usadzovače nízku technickú zložitosť, nízke náklady, rýchlu sedimentáciu a malý pôdorys – výhody, ktoré sú obzvlášť cenné, keď je lokalita stanice priestorovo obmedzená.