Honeycomb skrånende rørafsættere til vandkraftkølevand: 13 oversvømmelsessæsoner, nul nedlukninger ved Bapanxia

Et vandkraftværk på en sediment-tung flod har et problem, som de fleste vandbehandlingsingeniører aldrig ser: Kølevandet til turbine-generatorenhederne bærer så meget sand og græs, at det tilstopper kølerne fast. Statorspolens temperaturer stiger. Lejer overophedes. Enheden tripper offline - ikke på grund af en mekanisk fejl, men fordi vandet, der skal afkøle den, er blevet til slibende gylle. På Bapanxia Vandkraftværk stod tre 36.000 kW svenskbyggede-enheder over for netop denne trussel hver oversvømmelsessæson. I 1975 installerede stationen en honeycomb skrånende rørbosætter. I løbet af den næste13 oversvømmelsessæsoner- syv måneder om året, april til oktober - gik ikke en eneste enhed tabt på grund af kølesystemfejl.

KØLEVANDSPROBLEMET INGEN PUMPE KAN LØSE

Vandkraftværker på floder med store sedimentbelastninger står over for en sæsonbetinget krise. I oversvømmelsessæsoner medfører reservoirvand sandkoncentrationer, som ville være utænkelige i et kommunalt vandbehandlingsanlæg. Hvis dette vand tages direkte foran dæmningen til enhedskøling, pakker sand og planterester kølerørene tæt. Blokeringen er mekanisk og total - rengøring og uddybning af kølere er ekstremt vanskelig, tidskrævende- og beskadiger ofte udstyr. Nogle stationer tyr til vekslende fremad- og baglænsdrift af kølesystemet for at skylle rørene, men dette hjælper kun delvist: det kan ikke helt fjerne blokeringen, og de konstante vendinger fremskynder slid på selve kølerørene.

De schweizisk-lavede kølere i Bapanxia havde strenge krav til vandkvalitet. Der var behov for en sedimentationsløsning -, som kunne håndtere20 kg/m³ indgående sedimentkoncentrationunder oversvømmelser og stadig levere nok rent vand til at køle tre 36 MW enheder.

HVORDAN HONEYCOMB RØR GØR, HVAD EN ÅBEN TANK IKKE KAN

Den honeycomb skrå rør settler blev designet på tre principper afledt af lavvandede-lags sedimentationsteori:

Princip 1 - Arealmultiplikation.Sedimentation er en funktion af vandoverfladearealet. Tilføjelse af honeycomb-skrå rør øger det effektive bundfældningsareal medsnesevis af gangesammenlignet med en åben tank med samme fodaftryk. Mere areal betyder hurtigere adskillelse.

Princip 2 - Laminær flowstabilisering.Vand, der strømmer gennem honeycomb-cellerne, har en usædvanlig stor fugtet omkreds, som dramatisk reducerer den hydrauliske radius. Dette falder Reynolds-tallet og stabiliserer flowet til et laminært regime. Sediment og vand adskilles rent - ingen turbulens for at holde partikler i suspension.

Princip 3 - Slam-lagaflejring.Inde i de skrå rør lægger sediment sig i en slam--lagstilstand. Dette forkorter ikke kun bundfældningsafstanden og tiden, men øger også den effektive bundfældningsoverflade, hvilket øger den samlede effektivitet. Modelforsøg i skala 1:1 viste, at ved en konstruktionsmæssig sedimentkoncentration på 20 kg/m³ og en overfladebelastning på3–5 m³/m²·h, nåede sedimentfjernelseshastigheden92–98%, hvor kun 3 % af spildevandspartikler overstiger 0,025 mm - den kritiske størrelse, hvor køligere tilstopning begynder.

SYSTEMET: FRA DÆMNINGSINDTAG TIL KØLEVANDSHOP

Et dedikeret vandindtag blev bygget foran dæmningen, med øvre og nedre porte, der fungerede som gensidig backup. Hver port har et fast affaldsstativ; et almindeligt bevægeligt affaldsstativ ved indsugningsfronten opsnapper større vandlevende ukrudt og affald. Vand trækkes gennem et samlerør på opstrømssiden af ​​pumpehuset og opdeles i fire ledninger, der tilføres af fire12Sh-19 centrifugalpumper(alle fire bakker hinanden op). En automatisk si før hver pumpe giver et endeligt filter for fint affald, før vandet kommer ind i sedimentationstanken.

Inde i tanken -18 m diameter, 18 m højde, 0,3 m fribord- vandet stiger gennem et distributionstrug med en udløbshastighed på 50 mm/s. Den opadgående hastighed ved vandoverfladen er en mild0,2–0,8 mm/s. Efter at have passeret gennem honeycomb-rørene, stiger klaret vand og opsamles gennem sideåbninger på otte radiale korte opsamlingstrug (se figur 1), som føres ind i et ringformet opsamlingstrug rundt om tankens omkreds. Derfra leverer et φ500 mm udløbsrør det behandlede vand til kølevandssamlingen, der betjener alle enheder. Det brugte kølevand løber helt ud i haleløbet.

Aflejret sediment falder ned i en60 grader konisk tragtved tankbunden og udledes til haleløbet gennem et slamrør. Tankstrukturen er vist i figur 2.

HONEYCOMB-SPECIFIKATIONEN - OG MATERIALEOPGRADERINGEN

Honningkagecellerne er regulære sekskanter med en50 mm indskrevet cirkeldiameter. Hvert rørmodul er1 m lang, hældende 60 grader, hvilket giver en lodret højde på 0,866 m. Rørene samles til 1 × 0,5 × 0,5 m rektangulære honeycomb-enheder.

Den oprindelige installation fra 1975 brugtpapir honeycomb- 80 g Jiamusi kraftpapir dyppet i phenolharpiks og varme-hærdet. Papir honeycomb kostede40.000 yuan. Det virkede, men materialet havde klare begrænsninger: dårlig styrke og sejhed, og det ældes. Efter fire års drift, i1979, blev papirhonningkagen udskiftet medaluminium honeycombtil en pris af120.000 yuan- tre gange prisen, men langt mere holdbar. Efter ni års efterfølgende drift udviste aluminiumet kun mindre overfladekorrosion og forblev strukturelt intakt.

Selve betontanken krævede1.400 m³ beton, 50 tons stålarmering, og omkostninger160.000 yuan. Alt i alt - tank, papir honeycomb og senere opgradering af aluminium - var den samlede investering 320.000 yuan. For et system, der ville beskytte tre 36 MW turbine-generatorer i over et årti, var dette beskedent.

MARKYDELSE: 83 PRØVER OVER 4 ÅR

Mellem 1977 og 1980 indsamlede anlægget og reservoirområdets overvågningsstation83 parrede vandprøverved tankens indløb og udløb, analyserer både sedimentkoncentration og partikelstørrelsesfordeling. Resultaterne fortæller en sammenhængende historie:

1.Groft sediment (d > 0,025 mm) bundfældede sig godt. Spildevandet indeholdt kun10–15%af de grove partikler, der er til stede i influenten, - en høj fjernelseshastighed for den fraktion, der faktisk forårsager tilstopning.

2.Medianpartikelstørrelsen i effluenten var konsekvent mindre end i influenten. Tanken gjorde præcis, hvad den var designet til at gøre: selektivt at fjerne de større, tilstoppende partikler i -størrelse.

3.Procentdelen af ​​sediment med d < 0,025 mm steg i spildevandet, mens procentdelen med d > 0,025 mm faldt -, hvilket bekræfter selektiv fjernelse af den problematiske grove fraktion.

4.Effektiviteten til fjernelse af sedimenter blev forbedret med koncentrationen af ​​tilstrømningen. Ved designindflydelse på 20 kg/m³ oversteg den samlede fjernelse65%.

Tabel 1: Fjernelseseffektivitet efter partikelstørrelse (d > 0,025 mm grænse)

Tabellen bekræfter, at fjernelseseffektiviteten for den grove fraktion (d > 0,025 mm) er stærk, mens den fine fraktion (d < 0,025 mm) lettere passerer igennem -, hvilket er acceptabelt, da det er de grove partikler, der forårsager køligere tilstopning.

Tabel 2: Sedimenttransporthastighed og fjernelseseffektivitet (målte data fra 1980)

Alle tre måleperioder viser fjernelsesrater over 50 %, med den højeste frekvens -70%- falder sammen med den højeste indløbskoncentration (gennemsnit 9,52 kg/m³). Dette bekræfter tendensen:jo mere snavset det indkommende vand er, jo mere effektivt fjerner bosætteren sediment- præcis den adfærd, der kræves under oversvømmelser-sæsonens toppe.

HVORFOR FELDTATANE BLEV KORT OM MODELLEN -, OG HVORFOR DET IKKE BETYDTEDE

Modeltestene havde forudsagt 92-98 % fjernelse ved designbelastning. Feltdataene viste 58-70 %. Tre faktorer forklarer forskellen:

1. Enkelt-tankdrift mod et to-tankdesign.Stationen havde brug for 1.280 m³/t kølevand. Designberegningen - baseret på det påkrævede sedimentationsareal på 427 m² - krævedeto tanke(hver 254,5 m²). På grund af stedets begrænsninger blev der kun bygget én. Den enkelte tank kørte kontinuerligt over dens design overfladebelastning. Retentionstiden inde i honeycomb-rørene var kortere end modellen antog, og sedimentationseffektiviteten led i overensstemmelse hermed.

2. Lavere-end-indflydende koncentrationer.Over 13 års drift forekom kun en daglig gennemsnitlig sedimentkoncentration på 20 kg/m³to til tre dage om året- og i nogle år slet ikke. Tanken brugte det meste af sin levetid på at fungere et godt stykke under designets indflydende belastning. Der blev heller ikke udledt slam ved designvolumen, hvilket yderligere påvirkede effektiviteten.

3. Prøveudtagningsbegrænsninger.Testmetoden - inklusive antallet af prøver, stikprøveplaceringer og repræsentativiteten af ​​dataene - blev anerkendt som utilstrækkelig til en endelig præstationsevaluering. De målte 58-70% er sandsynligvis et konservativt skøn.

Og alligevel, på trods af at man kørte en enkelt tank, hvor to var specificeret, leverede systemet det, der betød:nul tvungne nedlukninger på grund af kølesystemfejl i 13 oversvømmelsessæsoner. 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 >0,025 mm fraktion for at holde kølerne klare. Det gjorde det.

HVAD DETTE BETYDER FOR ANDRE VANDSTATIONER

1.Skråtstillede slanger arbejder for industrielt kølevand - ikke kun til behandling af drikkevand. Ydeevnemålet er anderledes (fjern grove partikler, ikke opnå sub-NTU-klarhed), men de hydrauliske principper er identiske.

2.Materialevalget afhænger af applikationen. Papir honeycomb virkede i fire år til 40.000 yuan. Aluminium holdt ni år (og tæller) til 120.000 yuan. For nutidens installationer tilbyder PVC og PP en omkostnings-holdbarhed mellemting, som hverken papir eller aluminium kunne matche i 1975.

3.En enkelt underdimensioneret tank kan stadig levere driftssikkerhed, hvis designmålet er korrekt defineret. Bapanxia-tanken var halvdelen af ​​det nødvendige område -, men fordi målet var køligere beskyttelse, ikke perfekt klarhed, lykkedes det.

4.For vandkraftværker på sediment-fyldte floder tilbyder honeycomb skrånende rør-settlere lav teknisk kompleksitet, lave omkostninger, hurtig sedimentering og et lille fodaftryk - fordele, der er særligt værdifulde, når stationsstedet er rumligt begrænset.