На вашей электростанции может быть несколько систем охлаждения с замкнутым контуром. Велика вероятность, что они охлаждают или контролируют температуру некоторых очень важных компонентов. Чаще всего существуют две системы — это так называемая система водяного охлаждения подшипников (которая заботится не только о подшипниках) и система охлаждения статора для тех установок, которые имеют статор с водяным охлаждением. Системы охлаждения с замкнутым контуром также можно найти в воздухоохладителях на воздухозаборниках с турбиной внутреннего сгорания.

По самой своей природе, когда замкнутая система остается закрытой и работает таким образом в течение длительного периода времени, ее часто забывают или, в меньшей степени, пренебрегают ею. Небольшие изменения в химическом составе или скорости потока и перепаде давления во всей системе могут быть не замечены. Однако, поскольку в среднем закрепятся только коррозионные процессы, исправить их будет очень сложно. В то же время критическое оборудование для обработки данных может быть повреждено до такой степени, что это влияет на работоспособность установки. Мы начнем с некоторых автоматических приборов и методов для систем водяного охлаждения с замкнутым контуром, прежде чем рассматривать статорную систему водяного охлаждения, которая является особым случаем.

Понимание системы охлаждения с замкнутым контуром

Большинство электростанций, использующих замкнутое водяное охлаждение для механических систем (не для парового цикла), имеют несколько подсистем. Система водяного охлаждения подшипников обычно обеспечивает охлаждение важных подшипников и уплотнений насоса, водородных охладителей генератора, смазочного масла и охладителей воздушного компрессора. Другие системы охлаждения с замкнутым контуром могут включать систему холодной воды для воздухоохладителей, подачу воздуха в газовые турбины на электростанциях с комбинированным циклом и панель для отбора химических проб.

Система охлаждения с замкнутым контуром может соединять тепло с основной системой охлаждения воды в обычных трубчатых и кожуховых теплообменниках или пластинчатых и рамных теплообменниках. Системы охлаждения воды (воздушные охладители) соединяют тепло с компрессором, который, в свою очередь, использует градирню для возврата тепла в окружающую среду.

Обычно для подпитки охлаждающей воды в замкнутом контуре используется деминерализованная вода, но для предотвращения загрязнения и, в некоторых случаях, замерзания требуется химическая обработка. Чаще всего трубопроводы замкнутой системы изготавливаются из углеродистой стали. Поверхности теплообмена, например, в узлах воздухоохладителей, могут быть медными или даже алюминиевыми. Пластинчатые и рамные теплообменники часто изготавливаются из пластин нержавеющей стали. Уход и содержание этих систем требуют внимания ко всем металлам.

В замкнутой системе наиболее распространенным типом коррозии является кислородная питтинговая коррозия (рис. 1). Симптомами кислородной точечной коррозии могут быть ржавая вода или периодическое техническое обслуживание подшипников из-за истирания уплотнителей продукции.

1. Кислородная коррозия в замкнутой системе водяного охлаждения. С разрешения: М&М Инжиниринг

Для возникновения кислородной язвы сначала должны образоваться отложения, покрывающие часть поверхности металла, установить разницу между содержанием кислорода под отложениями и содержанием в поверхностной воде. Область под отложениями с дефицитом кислорода становится анодом, область вокруг отложений, насаждаемая солнцем основной массой воды, становится катодом. Такая конструкция «большой катод, маленький анод» вызывает концентрированную и усиленную точечную коррозию в ограниченной области, вызывая точечные утечки.

Если бактериям позволят размножаться внутри замкнутой системы, они смогут создать «живой» депозит. Побочные продукты бактериального заражения часто являются кислыми, дыхание также потребляет кислород, в результате чего в основе биопленки применяются стандартные методы. Это еще больше способствует развитию некоторых типов смертей, поскольку они хранят восстановленный металл в своем метаболизме.

Химическая обработка для водяного охлаждения в замкнутом контуре

Если система охлаждения с замкнутым контуром герметична и не приводит к потере воды, применяемая химическая обработка может длиться неделями или месяцами, прежде чем потребуется ее обновление. Это может привести к самоуспокоенности. С другой стороны, системы охлаждения с замкнутым контуром, в которых есть утечки и которые приводят к значительным потерям воды, практически невозможно (а иногда и очень дорого) поддерживать необходимый уровень очистки. Неправильный уровень обработки всегда приводит к использованию этих программных систем.

Ниже мы перечисляем несколько вариантов, которые можно успешно использовать для обработки систем охлаждения с замкнутым контуром, таких как система водяного охлаждения подшипников или система воздушного охлаждения с замкнутым контуром. Как правило, вы находите программу обработки, которая хорошо подходит для различных устройств в вашей системе и системных требований (например, определите, нужна ли вам защита от замерзания), а затем придерживаетесь ее.

Независимо от того, какую из трех рабочих обработок вы выберете, они, скорее всего, также будут поддерживать буферы pH (обычно каустическая кислота и борат натрия) для поддержания щелочного pH, что обеспечивает минимизацию требований к углеродистой стали. Если в замкнутой системе присутствует медь, при обработке можно добавить азол для поддержания защитного химического слоя на поверхности открытых медных металлических поверхностей.

Нитрат натрия. Нитрит натрия уже много лет используется для предотвращения замыканий в самых разных соединениях с замкнутым контуром. Нитрит является окислителем и, по сути, останавливает коррозию, распространяя «разъедая» все. Это кажется нелогичным, но когда все становится катодом, а анода нет, коррозия прекращается.

Постоянная подача нитрита в систему гарантирует, что любые образовавшиеся оголенные участки быстро пассивируются. Однако, если в контуре холодильной воды недостаточно нитрита, в трубопроводе может образоваться анод, и мы снова получим коррозионную ячейку с большим катодом и маленьким анодом. Общие рекомендации по обращению с нитритами предусматривают содержание нитрита не менее 700 ppm.

Нитриты использовались некоторыми бактериями в качестве источника энергии. Если замкнутая система загрязняет биологические бактерии, уровень нитритов может быстро снизиться. Бактерии также создают биопленки, которые создают отложения, образующие области, являющиеся анодами для всей части трубопровода. Добавление большего количества нитритов только еще больше усложняет размножение, усугубляя проблему. Системы, использующие нитрит, следует регулярно проверять на наличие неисправности. В некоторых случаях для предотвращения роста следует применять неокисляющие биоциды, такие как глутаральдегид или изотиазолин.

Молибдат натрия. Молибдат натрия обычно классифицируется как анодный ингибитор окисления. Молибдат взаимодействует с растворенным в воде кислородом, образуя на стальной стене феррикмолибдатный комплекс.

Уровни обработки молибдатом могут находиться где-то между 200 ppm и 800 ppm молибдата. Системы с замкнутым контуром, в которых используется подпитка деминерализованной водой, как правило, действующее в нижней части этой сети. К сожалению, мировые поставки металлического молибдата, как правило, концентрируются в регионах истории финансовых волнений, и с годами цены на молибдат резко возросли. Такая изменчивость цены может сделать обработку молибдатом конкурентоспособной по сравнению с обработкой нитритом или сделать ее гораздо более дорогой.

По иронии судьбы, в очень герметичных системах с замкнутым контуром уровень растворенного кислорода может упасть и, таким образом, свести к минимуму эффективность обработки молибдатом (который требует растворенного кислорода для образования пассивного слоя). Эксперты рекомендуют минимум 1 ppm растворенного раствора с осторожностью молибдатом.

Полимерные процедуры. Полимерные обработки использовались в течение многих лет для предотвращения накопления накипи и хранения продуктов в открытых градирнях. Добавленные полимеры теперь также продаются для использования в условиях замкнутого контура. Похоже, что полимер действует в качестве диспергатора любых пищевых продуктов или накипи, которые могут образовываться, поэтому он оставляет коррозию, сохраняя поверхность чистой и гарантируя, что растворенный в воде кислород равномерно воздействует на все поверхности. Это приводит к общему, но в целом низкому уровню соответствия.

Одним из преимуществ этой обработки является то, что она считается очень экологически безопасной, хотя, пока замкнутая система остается закрытой, никакого воздействия на окружающую среду не должно быть.

Мониторинг охлаждающей воды в замкнутом контуре

Ключом к правильному функционированию вашей замкнутой системы является регулярный мониторинг. Независимо от того, какое активное вещество используется в вашем приезде (нитрит, молибдат или полимер), его состояние необходимо регулярно контролировать. Как правило, еженедельного тестирования достаточно, если уровень лечения не снижается. (Вы не узнаете об этом, если не будете проводить регулярный мониторинг.) Поскольку антикоррозийная обработка углеродистой стали и меди обычно проводится в одном продукте, низкие уровни обработки могут применяться не только к трубам из углеродистой стали.

Также необходимо регулярно проверять pH воды. Учитывая степень буферизации pH при химической обработке, pH воды должен быть твердым. Падение pH может свидетельствовать о бактериальном загрязнении, особенно при обработке на основе нитритов. Еще одна вещь, которая может снизить уровень pH, — это утечки в системе, которые приводят к подпитке свежей деминерализованной водой.

Обратите внимание на другие признаки бактериального загрязнения, такие как рост слизи в смотровых стеклах или индикаторах потока, а также гнилостный запах при сборе пробы. Пластинчатые и рамные теплообменники имеют очень большую поверхность и малое расстояние для теплообмена между пластинами. Бактериальное загрязнение может не только серьезно повлиять на теплообмен, но и вызвать утечку в пластинах из нержавеющей стали. В зависимости от давления в системе с замкнутым контуром, по сравнению с разомкнутым в этот момент, подшипник охлаждающей воды может вытечь, или открытая охлаждающая вода может просочиться постоянно.

Помните, что гораздо легче предотвратить бактериальное заражение, чем попытаться восстановить систему, которая сильно загрязнена.

Системы водяного охлаждения статора

Статора системы водяного охлаждения представляет собой изолированный замкнутый контур по определенным причинам. Во-первых, он охраняет одну из самых важных частей оборудования — генератора. В этой системе есть только один металл, вызывающий уважение: медь. И эта система должна оставаться очень чистой, даже первозданной. Небольшое повышение температуры в охлаждающих стержнях статора может регулировать температуру или даже отключить генератор. Поэтому быстрая система требует особого понимания, внимания и контроля.

■ Напорный резервуар, содержащий деионизированную воду, которая обеспечивает всасывание к насосам.

■ Циркуляционные насосы

■ Теплообменник

■ Фильтры (патронные фильтры, сетчатые фильтры или и то, и другое)

■ Деионизатор смешанного действия

■ Мониторинг расхода, температуры, проводимости, растворенного раствора и, в некоторых случаях, pH.

Часто в комплект поставки входят два резервуара деионизатора и два набора фильтров, которые можно соединить по одному из них для замены фильтрующего картриджа или замены смоляного смешанного слоя.

Контур охлаждения отводит тепло от стержня статора и передает его через теплообменники. Вода проходит через фильтр смешанного действия, который удаляет любые растворимые ионные загрязнения, попадающие в воду. Эти примеси обычно представляют собой растворенный диоксид алюминия и ионизированные (растворенные) продукты, содержащие меди.

Ионообменные смолы также могут улавливать мелкие частицы оксидов меди, хотя с этой емкостью лучше справляются картриджные фильтры. Ионообменная смола со временем может истощиться (что указывает на увеличение проводимости). Но чаще всего перепад давления на пластыри (вызванный скоплением продуктов в смолах) требует замены смол.