Стільникові похилі трубчасті відстійники для охолодження гідроелектростанцій: 13 сезонів повеней, нульове відключення в Bapanxia

Гідроелектростанція на наносах-важкої річки має проблему, яку більшість інженерів з очищення води не бачать: охолоджуюча вода для турбо-генераторних установок містить стільки піску та трави, що вони повністю забивають охолоджувачі. Температура котушки статора підвищується. Підшипники перегріваються. Пристрій вимикається - не через механічну несправність, а через те, що вода, яка повинна його охолоджувати, перетворилася на абразивний шлам. На гідроелектростанції Bapanxia три агрегати потужністю 36 000 кВт-, побудовані в Швеції, стикалися з такою загрозою кожного сезону повені. У 1975 році на станції встановлено стільниковий похилий трубчастий відстійник. Над наступним13 сезонів повені- сім місяців на рік, з квітня по жовтень - жоден блок не був втрачений через збій системи охолодження.

ПРОБЛЕМУ ОХОЛОДЖУЮЧОЇ ВОДИ НЕ МОЖЕ ВИРІШИТИ ЖОДНИЙ НАСОС

Гідроелектростанції на річках з великими наносами стикаються з сезонною кризою. Під час паводкових сезонів вода у водосховищі містить концентрацію піску, яка була б немислимою на міській очисній станції. Якщо ця вода береться безпосередньо з передньої частини дамби для охолодження агрегату, пісок і рослинні залишки щільно забивають труби охолоджувача. Засмічення є механічним, і повне - очищення та днопоглиблення охолоджувачів надзвичайно складне,-забирає багато часу та часто пошкоджує обладнання. Деякі станції вдаються до чергування прямої та зворотної роботи системи охолодження, щоб промити трубки, але це допомагає лише частково: не може повністю усунути засмічення, а постійні реверси прискорюють знос самих трубок охолоджувача.

Охолоджувачі швейцарського- виробництва Bapanxia мали суворі вимоги до якості води. Потрібен був розчин для осадження -, який міг би працювати20 кг/м³ концентрація осадупід час піків повеней і при цьому постачати достатньо чистої води для охолодження трьох блоків потужністю 36 МВт.

ЯК СОТОВІ ТРУБКИ РОБИТЬ ТЕ, ЩО НЕ МОЖЕ ВІДКРИТИЙ РЕЗЕРВУАР

Стільниковий похилий трубчастий відстійник був розроблений на основі трьох принципів, які випливають із теорії мілководного{0}}шарового осадження:

Принцип 1 - Множення площі.Седиментація є функцією площі поверхні води. Додавання стільникових похилих труб збільшує ефективну площу осідання надесятки разівпорівняно з відкритим резервуаром такого самого розміру. Більша площа означає швидше розділення.

Принцип 2 - Ламінарна стабілізація потоку.Вода, що протікає через стільники, має надзвичайно великий зволожений периметр, що різко зменшує гідравлічний радіус. Це знижує число Рейнольдса, стабілізуючи потік у ламінарному режимі. Осад і вода відокремлюються чисто - без турбулентності, щоб утримувати частинки в суспензії.

Принцип 3 - осадження-шару.Усередині похилих трубок осад осідає в режимі мулового{0}}шару. Це не тільки скорочує відстань і час осідання, але й збільшує ефективну поверхню осідання, підвищуючи загальну ефективність. Модельні випробування в масштабі 1:1 показали, що при проектній концентрації осаду 20 кг/м³ і навантаженні на поверхню3–5 m³/m²·h, досягнута швидкість видалення осаду92–98%лише 3% частинок стічних вод перевищують 0,025 мм - критичного розміру, при якому починається засмічення охолоджувача.

СИСТЕМА: ВІД ЗАБОРНИКА ДАМБИ ДО ГОЛОВНИКА ОХОЛОДЖУЮЧОЇ ВОДИ

Спеціальний водозабір був побудований перед дамбою, верхній і нижній порти слугували взаємними резервами. Кожен порт має фіксовану стійку для сміття; звичайна рухома сміттєзбірна стійка в передній частині впускного отвору перехоплює більші водні бур’яни та сміття. Вода забирається через колекторну трубу на верхній стороні насосної станції та поділяється на чотири лінії, які подаються чотирмаНасоси відцентрові 12Ш-19(всі четверо підтримують один одного). Автоматичний фільтр перед кожним насосом забезпечує остаточний фільтр для дрібного сміття перед тим, як вода потрапить у відстійник.

Всередині резервуара -Діаметр 18 м, висота 18 м, надводний борт 0,3 м- вода піднімається через розподільний жолоб зі швидкістю на виході 50 мм/с. Швидкість висхідного руху на поверхні води помірна0,2–0,8 мм/с. Після проходження стільникових трубок освітлена вода піднімається та збирається через бічні отвори у вісім радіальних коротких збірних жолобів (див. Малюнок 1), які надходять у кільцеву збірну жолобу по периметру резервуара. Звідти вихідна труба діаметром 500 мм подає очищену воду до колектора охолоджувальної води, що обслуговує всі блоки. Використана охолоджувальна вода повністю скидається у хвостову трубу.

Осілий осад падає в aКонічний бункер 60 градусіву нижній частині резервуару та скидається до хвостової труби через шламопровід. Конструкція бака показана на малюнку 2.

СПЕЦИФІКАЦІЯ СТІЛЬНИКА - ТА ОНОВЛЕННЯ МАТЕРІАЛІВ

Комірки стільника являють собою правильні шестикутники з aДіаметр вписаного кола 50 мм. Кожен трубний модуль є1 м завдовжки, нахилена під 60 градусів, що дає вертикальну висоту 0,866 м. Труби зібрані в прямокутні стільники розміром 1 × 0,5 × 0,5 м.

Використовується оригінальна установка 1975 рокупаперові стільники- 80 g Крафт-папір Jiamusi, занурений у фенольну смолу та-термічно затверділий. Вартість соти паперової40 000 юанів. Це спрацювало, але матеріал мав чіткі обмеження: низька міцність і в'язкість, і він старів. Після чотирьох років роботи в1979, паперові стільники замінили наалюмінієві стільникиза ціною120 000 юанів- утричі дорожче, але набагато довговічніше. Після дев'яти років подальшої експлуатації алюміній показав лише незначну поверхневу корозію та залишився структурно недоторканим.

Потрібен сам бетонний резервуар1400 м³ бетону, 50 тонн сталевої арматури, і вартість160 000 юанів. Загалом - резервуар, паперові стільники та пізніше оновлення алюмінію - загальна сума інвестицій склала 320 000 юанів. Для системи, яка б захищала три турбо-генератори потужністю 36 МВт протягом більше десяти років, це було скромно.

ПОЛЬОВА РОБОТА: 83 ЗРАЗКИ ЗА 4 РОКИ

У період з 1977 по 1980 роки завод і станція моніторингу території водосховища зібрали83 парні проби водина вході та виході резервуара, аналізуючи як концентрацію осаду, так і розподіл часток за розміром. Результати розповідають послідовну історію:

1.Грубий осад (d > 0,025 мм) осів добре. Стічні води містили лише10–15%грубих частинок, присутніх у припливній рідині - висока швидкість видалення тієї фракції, яка насправді спричиняє засмічення.

2.Середній розмір частинок у стічній рідині був меншим, ніж у стічній рідині. Резервуар робив саме те, для чого він був розроблений: вибірково видаляв більші частки-розміру, що засмічували.

3.Відсоток осаду з d < 0,025 мм збільшився у стоках, тоді як відсоток з d > 0,025 мм зменшився -, що підтверджує вибіркове видалення проблемної грубої фракції.

4.Ефективність видалення осаду покращується з впливовою концентрацією. При розрахунковій витраті 20 кг/м³ загальна винос перевищений65%.

Таблиця 1: Ефективність видалення за розміром частинок (d > 0,025 мм границя)

Таблиця підтверджує, що ефективність видалення для грубої фракції (d > 0,025 мм) є високою, тоді як дрібна фракція (d < 0,025 мм) легше проходить через -, що є прийнятним, оскільки саме грубі частинки викликають засмічення охолоджувача.

Таблиця 2: Швидкість транспортування осаду та ефективність видалення (виміряні дані 1980 р.)

Усі три періоди вимірювання показують рівень видалення понад 50%, з найвищим показником -70%- збігається з найвищою концентрацією потоку (в середньому 9,52 кг/м³). Це підтверджує тенденцію:чим брудніше надходить вода, тим ефективніше відстійник видаляє осад- саме така поведінка, яка потрібна під час-пікового сезону повеней.

ЧОМУ ПОЛЕВІ ДАНІ НЕ ВІДПОВІДНЯЮТЬСЯ МОДЕЛІ - І ЧОМУ ЦЕ НЕ МАЛО ЗНАЧЕННЯ

Випробування моделі передбачали 92–98% видалення при проектному навантаженні. Польові дані показали 58–70%. Розрив пояснюється трьома факторами:

1. Робота з одним-танк проти конструкції з двома-танками.Станція потребувала 1280 м³/год охолоджувальної води. Проектний розрахунок - на основі необхідної площі осадження 427 м² - вимагаєдва танки(кожен по 254,5 м²). Через обмеження території було збудовано лише один. Одиночний резервуар безперервно працював вище проектного поверхневого завантаження. Час утримування в сотових трубках був коротшим, ніж припускала модель, і ефективність седиментації відповідно постраждала.

2. Нижчі-ніж-проектні впливові концентрації.За 13 років експлуатації спостерігалася середньодобова концентрація осаду 20 кг/м³два-три дні на рік-, а в деякі роки взагалі ні. Танк провів більшу частину свого терміну експлуатації, працюючи значно нижче проектного впливового навантаження. Осад також не вивантажувався в проектному обсязі, що додатково вплинуло на ефективність.

3. Обмеження вибірки.Методологія тестування -, включаючи кількість зразків, місця відбору проб і репрезентативність даних -, була визнана недостатньою для остаточної оцінки ефективності. Виміряні 58–70% є, ймовірно, консервативною оцінкою.

І все ж, незважаючи на роботу одного танка, де було зазначено два, система забезпечила те, що мало значення:нуль вимушених зупинок через збій системи охолодження за 13 сезонів паводків. 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 >Фракція 0,025 мм, щоб кулери були чистими. Це сталося.

ЩО ЦЕ ОЗНАЧАЄ ДЛЯ ІНШИХ ГЕС

1.Похилі трубчасті відстійники працюють для промислового охолодження води - не лише для очищення питної води. Цільова продуктивність інша (видалення грубих часток, а не досягнення прозорості під -NTU), але гідравлічні принципи ідентичні.

2.Вибір матеріалу залежить від застосування. Паперові соти працювали чотири роки на 40 000 юанів. Алюміній протримався дев'ять років (і далі) за 120 000 юанів. Для сучасних інсталяцій ПВХ і ПП пропонують-золоту середину, з якою ні папір, ні алюміній не могли зрівнятися в 1975 році.

3.Один маленький резервуар все ще може забезпечити експлуатаційну надійність, якщо проектна ціль правильно визначена. Резервуар Bapanxia займав половину необхідної площі -, але оскільки метою був більш холодний захист, а не ідеальна прозорість, це вдалося.

4.Для гідроелектростанцій на насичених наносами річках стільникові похилі трубчасті відстійники пропонують низьку технічну складність, низьку вартість, швидке осадження та невеликі переваги -, які є особливо цінними, коли місце розташування станції просторово обмежене.