كيف تتعامل مبادلات Accessen الحرارية مع مياه البحر الرملية والمسببة للتآكل في محطة Datang Dongying بقدرة 2×1,000 ميغاواط
مشكلات مياه البحر في محطات الكهرباء الساحلية
بالنسبة إلى وحدة ساحلية تعمل بالفحم فوق الحرجة الفائقة بقدرة 1,000 ميغاواط، تُعد مياه البحر مصدر التبريد البديهي لأنها توفر كمية كبيرة من المياه العذبة. لكن مياه البحر قاسية على المعدات. فهي تحمل الرمل والطمي والأملاح والكائنات البحرية، وتسبب مع الوقت سلسلة من المشكلات المعروفة: تترسب الرواسب في القنوات، وتؤدي أيونات الكلوريد إلى تآكل الألواح، وتقلل تغيرات درجة حرارة مياه البحر في الصيف من انتقال الحرارة.
تختار محطات ساحلية كثيرة مبادلاتها الحرارية أساسًا على أساس مساحة انتقال الحرارة، ولا تولي مياه البحر نفسها اهتمامًا كافيًا. وخلال سنوات قليلة يتراجع أداء المعدات، وتتآكل الألواح وتتسرب، بل قد يلزم إيقاف الوحدات لإصلاحها، مما يؤثر في الإنتاج الآمن والمستقر للوحدة كلها بقدرة 1,000 ميغاواط.
تشغّل محطة Datang Dongying على ساحل شاندونغ وحدتين تعملان بالفحم فوق الحرجة الفائقة بإعادة تسخين مزدوجة بقدرة 1,000 ميغاواط لكل منهما، دخلتا الخدمة في عام 2020. وتستخدم المحطة مياه البحر لتبريد دائرة مياه التبريد المغلقة، كما تشغّل نظامًا لاسترداد الحرارة يستفيد منها على مراحل متتالية. ومع اجتماع هاتين المهمتين، يجب أن تقاوم المبادلات الحرارية الانسداد والتآكل معًا. وكثيرًا ما يسأل مهندسو المحطات: لماذا تنسد بعض المبادلات اللوحية بسرعة في مياه البحر الرملية بينما تعمل أخرى بثبات لسنوات، وما تفاصيل التصميم التي تصنع الفرق؟
قنوات أوسع للحد من تراكم الرواسب
تساعد المرشحات في المنبع، لكن خط الدفاع الأول ضد الرواسب هو عرض قنوات المبادل نفسه. ففي مبادل بقنوات قياسية يعلق الرمل الناعم بسهولة في الفجوات بين تموجات الألواح. ويتراكم مع الوقت ويضيّق ممر التدفق، فيضيع جزء من مساحة انتقال الحرارة، ويستمر هبوط الضغط في الارتفاع، ولا تعود الوحدة تحقق التبريد التصميمي. ولا يعيد التنظيف الكيميائي أو بنفاثات المياه عالية الضغط الأداء إلا لفترة دون إزالة السبب، كما يستهلك التنظيف وقت التوقف ويزيد تكاليف الصيانة.
في Datang Dongying وسّعت Accessen قنوات المبادلات المصنوعة حسب الطلب حتى يقل ترسب الرواسب ويُستفاد من مساحة انتقال الحرارة التصميمية بالكامل. ويشمل التوريد أربعة مبردات لمياه التبريد في الدائرة المغلقة وأربعة مبادلات لاسترداد الحرارة من الدائرة نفسها، أكبرها بمساحة انتقال حرارة تبلغ 1,570 م²، وهي مصممة للأحمال الحرارية لوحدات بقدرة 1,000 ميغاواط. ومع هذه القنوات تخرج الرواسب العالقة من المبادل مع التدفق بدلًا من أن تترسب، ويقل عدد مرات التنظيف، ويواصل نظام استرداد الحرارة تحقيق وفوراته في الطاقة.
ألواح التيتانيوم لمقاومة التآكل على المدى الطويل
المحتوى العالي من الكلوريد في مياه البحر هو السبب الرئيسي لتآكل المعادن. فالألواح المصنوعة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ العادي تتعرض عند ملامستها مياه البحر للتآكل النقري والتآكل الشقي، وقد يؤدي ذلك إلى ثقب اللوح. والتسرب الداخلي يُدخل مياه البحر إلى دائرة المياه منزوعة المعادن، مما يهدد مباشرة الغلاية والتوربين البخاري وغيرهما من المعدات الرئيسية. واستبدال الألواح كثيرًا مكلف، والعمل نفسه يُخرج الوحدة من الخدمة، وهذا مكلف جدًا لمحطة حرارية يُفترض أن تعمل باستمرار.
على جانب مياه البحر تستخدم Accessen ألواحًا من التيتانيوم، بعمر تصميمي لمقاومة التآكل يصل إلى 20 عامًا، بما يتوافق مع دورات التشغيل الطويلة لوحدات فوق الحرجة الفائقة بإعادة تسخين مزدوجة. ويقاوم التيتانيوم بقوة هجوم الكلوريدات وتعرية مياه البحر، مما يقلل خطر تسرب الألواح. وعندما ترتفع حرارة مياه البحر في الصيف تواصل المبادلات نقل الحرارة بثبات دون انخفاض حاد في قدرة التبريد. وهكذا تبقى دائرة مياه التبريد المغلقة مستقرة، ويواصل نظام استرداد الحرارة الاستفادة من الحرارة الفائضة للوحدة، مما يساعد المحطة على تحقيق أهدافها في توفير الفحم وخفض الانبعاثات.
دروس لمشاريع محطات الكهرباء الساحلية
بوصفها معدات مساعدة للتبريد واسترداد الحرارة، تحدد المبادلات الحرارية مباشرة ما إذا كانت أهداف توفير الطاقة في المحطة تتحقق فعليًا. وفي Datang Dongying عالج الجمع بين القنوات الموسعة وألواح التيتانيوم المشكلتين المزمنتين لخدمة مياه البحر: تراكم الرواسب والتآكل.
كثيرًا ما تقارن مشاريع المحطات الساحلية الجديدة أو المجددة المبادلات الحرارية على أساس مساحة انتقال الحرارة وحدها، وتغفل المخاطر الخفية للمائع. ففي تطبيقات مياه البحر ليست المساحة سوى نقطة البداية. فتصميم القنوات لمنع الترسب، ومقاومة التآكل بمياه البحر، والأداء المستقر على كامل نطاق الحمل، كلها مهمة. ولا يمكن لنظام استرداد الحرارة أن يبقى في الخدمة ويحوّل الحرارة المهدرة إلى وفورات حقيقية في الطاقة إلا إذا كانت المبادلات الحرارية ملائمة لمياه البحر.