Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka

Transcription

1 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing. Siniša Družeta, dipl. ing. Sergej Pintar, dipl. ing. Rijeka, 2000.

2 SOPEX d.o.o. Put za forticu 12c, Pobri-Opatija Matulji Tel: (051) / Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing. Siniša Družeta, dipl. ing. Sergej Pintar, dipl. ing. Ova je studija napravljena za HEP d.d. - TE RIJEKA prema ugovoru 1/11/99.

3 PREDGOVOR U izradi ove studije posebnu zahvalnost dugujem direktoru i tehničkom osoblju TE Rijeka koji su uvijek bili na raspolaganju da svojim stručnim komentarima omoguće pravilan smjer rada i dovršetak studije. Prof. dr. sc. Luka Sopta, dipl. ing.

4 SADRŽAJ 1. Uvod 1 2. Opis glavnog rashladnog sustava Usisni cjevovod Usisni bazen Usisne pumpe Tlačni cjevovod Kondenzator Odvodni cjevovod Sustav Taprogge Izlazna građevina Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa Vakuum sustav Opis rada rashladnog sustava Hidraulička analiza rashladnog sustava Usisni dio sustava Ulaz u usisni cjevovod Usisni cjevovod Koljena u usisnom cjevovodu Usisni bazen Ulaz u usisni bazen Kose rešetke Rotacijska sita Glavne rashladne pumpe Tlačni cjevovod Leptirasti zatvarači glavnih rashladnih pumpi Račva iza pumpi Koljena u račvi Spajanje grana Dva koljena na usponu cjevovoda Ravni dio cjevovoda Koljeno u cjevovodu prije račve Račva prije kondenzatora 32

5 Leptirasti zatvarač poslije razdvajanja grana Koljeno prije ulaza u kondenzator Kondenzator Ulazna i izlazna komora kondenzatora Kondenzatorske cijevi Sustav Taprogge Izlazni cjevovod Račva nakon kondenzatora Koljena u račvi Prigušnice Leptirasti zatvarači Koljena prije spajanja grana Spajanja grana račve Ravni dio odvodnog cjevovoda do koljena Koljeno u odvodnom cjevovodu Ravni dio odvodnog cjevovoda od koljena do izlaznog bazena Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa Odvajanje od tlačnog cjevovoda Ukupni ravni dio cjevovoda Dva koljena u dovodnom cjevovodu Koljena u cjevovodu Ulazna i izlazna komora rashladnika zatvorenog ciklusa Cijevi u izmjenjivaču Spajanje na račvu iza kondenzatora Izlazna građevina Difuzor i pregrada u izlaznoj građevini Preljev Proračun protoka na preljevu Vakuum sustav Opis i rezultati mjerenja Opis mjernih mjesta Preračunavanje izmjerenih vrijednosti Rezultati mjerenja 61

6 5. Hidraulički model rashladnog sustava Proračun protoka na preljevu Hidraulička analiza rada glavnih rashladnih pumpi Dobavna visina pumpe Stupanj iskoristivosti pumpe Provjera radne karakteristike pumpe Piezometrička i energetska linija Radna točka rashladnog sustava Prijedlozi poboljšanja rada rashladnog sustava Skidanje prigušnica Demontaža leptirastih zatvarača ispred kondenzatora Rekonstrukcije u izlaznoj građevini Izrada propusta na preljevnoj brani Smanjenje visine preljevne brane na vodoispustu Rekonstrukcija difuzora i uklanjanje preljevne brane u izlaznoj građevini Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima Zaključak 93 Literatura 96 Prilozi 97 I Rezultati mjerenja 98 II Numeričke simulacije strujanja 99 III Shema rashladnog sustava 116 Dodatak 117 Program ispitivanja hidraulike rashladnog sustava morske vode u TE Rijeka

7 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 1 1. Uvod Naručitelj ove studije HEP d.d. Zagreb, Pogon TE Rijeka, zatražio je izradu studije koja je imala za cilj hidrodinamičku analizu rashladnog sustava TE Rijeka uz prijedlog mjera za poboljšanje rada. Stoga je trebalo provjeriti projektno rješenje i promjene nastale tijekom rada rashladnog sustava: ugradnja prigušnica, uređaja Tapproge, viseće pregrade na vodoispustu i odvajanje sustava za hlađnje turbinskog ulja. Zatim je trebalo analizirati probleme vezane uz usis morskih organizama i pojavu pojačanog pjenjenja na vodoispustu. U tu svrhu izvršena su opsežna mjerenja protoka i piezometričkih visina (tlakova) duž rashladnog sustava. Mjerenja su izvršena u periodu od do za razna opterećenja elektrane kod rada jedne ili dvije glavne rashladne pumpe. Nadalje se daje kratki prikaz ove studije. U drugom poglavlju dan je tehnički opis glavnog rashladnog sustava termoelektrane sa opisom njegovog rada. Također, kratko je opisan vakuum sustav. Treće poglavlje daje detaljnu hidrauličku analizu glavnog rashladnog sustava. Na svim njegovim elementima proračunati su hidraulički gubici. Za glavne rashladne pumpe dani su parametri rada i dijagrami radnih karakteristika. Na kraju poglavlja detaljno se prezentira formula za proračun protoka na kosom preljevu u ispusnom bazenu. Opis mjernih mjesta i postupak provedenih mjerenja prikazani su u četvrtom poglavlju. U petom poglavlju postavljen je hidraulički model glavnog rashladnog sustava. Proračunat je protok na preljevu, kalibrirana piezometrička linija i provjerena radna krivulja pumpi. Određena je radna točka glavnog rashladnog sustava. Prijedlozi za poboljšanje rada glavnog rashladnog sustava dani su u šestom poglavlju. Osnovni prijedlozi su: skidanje prigušnica i leptirastih zatvarača u račvi ispred kondenzatora, te rekonstrukcije u izlaznoj građevini. Ovakve izmjene u glavnom rashladnom sustavu bi rezultirale smanjenjem hidrauličkih gubitaka i povećanim protokom. Tim se smanjuje snage na glavnim pumpama i povećava

8 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 2 stupanj iskoristivosti glavnog rashladnog sustava. Predlaže se i izgradnja difuzora na usisu radi smanjenja unosa morskih organizama, smanjenja miješanja tople vode na ispustu s vodom na usisu i smanjenja usisnih gubitaka. Nadalje, pokazuje se da je moguće ili ukloniti kose rešetke ili napraviti rekonstrukciju sa optimalnim profilima koja bi znatno smanjila hidrauličke gubitke u odnosu na pravokutne profile. Kao prilozi studije dani su rezultati mjerenja, rezultati numeričkih simulacija i shema glavnog rashladnog sustava, a u Dodatku je dan program mjerenja.

9 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 3 2. Opis glavnog rashladnog sustava Termoelektrana Rijeka smještena je jugoistočno od grada Rijeke na morskoj obali (Slika 2.1). Elektrana je instalirane snage 320 MW i spada među najveće proizvodne objekte Hrvatske elektroprivrede. Termoelektrana spada u kondezacione i koristi morsku vodu kao rashladni medij. Slika Termoelektrana Rijeka Glavni rashladni sustav TE Rijeka (u daljnjem tekstu: rashladni sustav) spada u grupu jedno-prolaznih rashladnih sustava kod kojeg je rashladni medij morska voda. Njegova osnovna uloga je ukapljivanje vodene pare u kondenzatoru. Uz to, služi i za hlađenje ostalih postrojenja u termoelektrani. Shema glavnog rashladnog sustava dana je u Prilogu III. Rashladni sustav sastoji se od usisnih cjevovoda, usisnog bazena sa uređajima za pročišćavanje, dvije glavne pumpe morske vode, tlačnog cjevovoda do kondenzatora, kondenzatora, odvodnog cjevovoda od kondenzatora do ispusta i izlazne građevine (vidi Sliku 2.2). Morska voda kroz dvije usisne cijevi ulazi u

10 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 4 usisni bazen u kojem se iz vode filtriranjem odstranjuju krupna onečišćenja. Zatim se pomoću dvije pumpe tlači kroz zajednički vod do kondenzatora pare i nakon prolaska kroz kondenzator vodi do vodoispusnog bazena gdje se ispušta u more. Manji dio vode iz tlačnog dijela rashladnog sustava prolazi kroz rashladnike zatvorenog ciklusa koji je sekundarni sustav hlađenja. Na rashladni sustav priključen je vakuum sustav koji pored osnovne funkcije održanja niskog apsolutnog tlaka na parnoj strani kondenzatora ima zadatak održavanje nužne piezometričke visine, odnosno sifonskog efekta u rashladnom sustavu Usisni cjevovod Usisni cjevovod sastoji se od dva paralelna cjevovoda (istočni i zapadni) međusobno razmaknutih za 5 m (vidi Sliku 2.2). Ukupna dužina pojedinog cjevovoda iznosi 60 m. Cjevovodi su sastavljeni od 5 sekcija svaka dužine 12 m i promjera 3 m. Nagib cjevovoda u odnosu na horizontalu je u prosjeku 30, osim usisne sekcije koji je postavljen pod kutom od Cjevovodi su položeni uz morsko dno i učvršćeni posebnom konstrukcijom čeličnih vertikalnih nosivih cijevi. Ulazni dio cjevovoda nalazi se na dubini od 35,59 m, a gornji izlazni dio je spojen na usisni armirano-betonski bazen.

11 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 5 TLAČNI CJEVOVOD KONDENZATOR ODVODNI CJEVOVOD USISNI BAZEN PUMPE SA REŠETKAMA I ROTACIJSKIM SITIMA ISPUSNI BAZEN SA PRELJEVOM USISNI CJEVOVODI RAZINA MORA Slika 2.2 Trodimenzionalni prikaz rashladnog sustava u TE Rijeka

12 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Usisni bazen Usisni bazen je na morskoj obali, širine 8 m, ukupne dužine 34,3 m i prosječne dubine 7 m. Poprečni i uzdužni presjek bazena dani su na Slici 2.3. Betonska pregrada u sredini bazena razdvaja tok na dva dijela u kojima su smješteni uređaji za pročišćavanje. Sustav za pročišćavanje morske vode služi za zaustavljanje grubih nečistoća i morskih organizama koje voda donosi sa sobom ulaskom u rashladni sustav (školjke, alge, pijesak, itd.). Sastoji se od grube rešetke, dvije kose rešetke i dva rotacijska sita. Podvodne snimke grube rešetke i rotacijskog sita prikazane su na Slici 2.4. a) b) Slika 2.4 Podvodni snimak: a) gruba rešetka, b) rotacijsko sito Gruba rešetka izvedena je od čeličnih profila sa veličinom oka rešetke 30 x 30 cm i služi za zaustavljanje većih predmeta. Kose rešetke postavljene su pod nagibom od 75 i sastoje se od snopova čeličnih, pravokutnih profila 10 x 100 mm međusobno razmaknutih za 20 mm. Na ploči bazena instaliran je sustav za čišćenje kose rešetke (vidi Sliku 2.5). Rotacijsko sito sastoji se od niza panela veličine 3,5 x 0,5 m s mrežom veličine oka 4 x 4 mm. Paneli su postavljeni na rotirajući lančani mehanizam.

13 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 7 Slika Uređaji za čišćenje kosih rešetki postavljeni na ploči usisnog bazena Uz kose rešetke i rotacijska sita instalirani su uređaji za mjerenje pada tlaka koji ukazuju na njihov stupanj onečišćenja. Nakon sustava rešetki za pročišćavanje završava i konstrukcija betonske pregrade po sredini i voda se opet miješa te ulazi u završni dio bazena gdje su uronjene dvije usisne pumpe. Radi smirenja toka prije ulaska u pumpu bazen je lagano proširen da bi se postigao efekt difuzora. Usisne strane pumpi međusobno su odvojene betonskom pregradom radi sprečavanja interakcije usisnih vrtloga Usisne pumpe U rashladnom sustavu instalirane su dvije pumpe EV1300 snage 800 kw, proizvođača Termomeccanica Italiana S.p.A. Pumpe su vertikalne, aksijalnog tipa, kapaciteta m 3 /h, brzine vrtnje 330 min -1. Pumpe su u paralelnom spoju, a smještene su na kraju usisnog bazena, iza rotacijskih sita. Radi smanjenja ulaznih gubitaka na pumpama, dio bazena oko usisa pumpi posebno je oblikovan. Iza svake pumpe instaliran je hidraulički upravljan leptirasti zatvarač. Kod rada jedne pumpe

14 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 8 leptirasti zatvarač na drugoj pumpi je zatvoren da ne bi došlo do obrnutog smjera strujanja kroz pumpu. Smještaj pumpi prikazan je na Slici 2.6. Slika 2.6 Glavne rashladne pumpe 2.4. Tlačni cjevovod Na 1,25 m nadmorske visine, nakon pumpi i račve počinje tlačni cjevovod koji vodi do kondenzatora. Glavne rashladne pumpe tlače vodu kroz račvu u zajednički tlačni cjevovod. Tlačna čelična cijev je promjera 2,8 m i račva se na cijevi promjera 2 m koje ulaze u komore kondenzatora (vidi Sliku 2.7). Prije ulaznih komora kondenzatora u lijevu i desnu granu račve instalirani su leptirasti zatvarači i ulaz Taprogge sustava za čišćenje kondenzatorskih cijevi.

15 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 9 Slika 2.7 Ulazne komore kondenzatora 2.5. Kondenzator Kondenzator ima dva odvojena bloka. Svaki blok sastoji se od 6950 paralelno postavljenih al-brončanih cijevi duljine 11 m. Dakle, ukupno ima cijevi. U jednom bloku ima 6666 cijevi promjera 22,91 mm, a preostalih 284 rubnih cijevi je promjera 22,2 mm. Na ulazu i izlazu kondenzatorskog bloka nalaze se cijevne stijene kondenzatora (vidi Sliku 2.8). U ulaznim komorama dovedena se morska voda skreće prema kondenzatorskim cijevima, a u izlaznim komorama sva se voda iz kondenzatorskih cijevi skuplja i skreće prema odvodnim cijevima. Na vrhu svake ulazne i izlazne komore kondenzatora nalaze se priključci za vakuum sustav.

16 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 10 Slika 2.8 Cijevna stijena kondenzatora 2.6. Odvodni cjevovod Dvije grane račve, koje izlaze vertikalno iz kondenzatorskih komora, skreću pod kutom od 90 u horizontalnu ravninu. Nakon uređaja za skupljanje kuglica sustava Taprogge, prigušnica i leptirastih zatvarača, grane se preko račve spajaju u jedan odvodni cjevovod. Cjevovod ide prema moru na dužini od 15 metara, nakon čega skreće pod kutom od 90 u desno i nastavlja još narednih 23,5 m. Odvodni cjevovod završava spajanjem na difuzor izlazne građevine Sustav Taprogge Sustav Taprogge služi za čišćenje stjenki kondenzatorskih cijevi od nataloženih nečistoća. Sustav se sastoji od uređaja za ispuštanje kuglica, uređaja za

17 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 11 skupljanje kuglica, cirkulacijske pumpe, uređaja za pranje kuglica i spojenih cijevi. U struju rashladne morske vode, prije ulaznih komora kondenzatora, ispušta se veliki broj polimernih kuglica koje prolaze kroz kondenzatorske cijevi i na sebe skupljaju talog sa stjenki cijevi. Nakon prolaza kroz kondenzatorske cijevi, onečišćene kuglice skupljaju se na rešetci skupljača kuglica (vidi Sliku 2.9) i pomoću cirkulacijske pumpe odvode u uređaj za pranje kuglica. Oprane kuglice vraćaju se ponovno nazad u kondenzator. Slika 2.9 Skupljač kuglica sustava Taprogge 2.8. Izlazna građevina Izlazna građevina postavljena je na morskoj obali (Slika 2.10). Sastoji se od difuzora, ispusnog bazena sa preljevom i izlaznog kanala sa sustavom pregrada. Naknadno je na izlazu iz difuzora izvedena viseća pregrada zbog problema postizanja vakuuma u rashladnom sustavu kod njegova pokretanja. U izlaznom kanalu izveden je kosi preljev. Na izlaznom kanalu izveden je sustav pregrada koje služe za smanjenje utjecaja morskih valova. Poprečni i uzdužni presjek izlazne građevine dani su na Slici 2.11.

18 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 12 Slika 2.10 Izlazna građevina sa preljevom 2.9. Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa Iz tlačnog cjevovoda rashladnog sustava odvodi se dio rashladne vode i uvodi u cijevne izmjenjivače (rashladnike zatvorenog ciklusa) gdje se hladi rashladni medij sekundarnog sustava hlađenja zatvorenog ciklusa. Zadatak zatvorenog ciklusa je snabdijevanje svih ostalih rashladnih sustava elektrane. Sustav dobave morske vode u cijevne izmjenjivače (rashladnike) zatvorenog ciklusa sastoji se od dovodnog i odvodnog cjevovoda promjera 0,5 m, te dva izmjenjivača topline promjera 1,204 m i dužine 7,665 m. Ulazni cjevovod grane za rashladnike zatvorenog ciklusa spojen je na tlačni cjevovod kondenzatora, nakon račve iza glavnih rashladnih pumpi, a povrat vode iz ciklusa spaja se u lijevu granu račve iza kondenzatora. Izmjenjivači topline smješteni su jedan iznad drugog (Slika 2.12) i priključeni na vakuum sustav.

19 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 13 Slika 2.12 Izlaz iz rashladnika zatvorenog ciklusa Vakuum sustav Vakuum sustav pridružen je rashladnom sustavu radi stvaranja i održavanja sifonskog efekta u njemu. Na parnoj strani kondenzatora vakuum sustav služi za odstranjivanje neukapljenih plinova (zrak, itd.) i održanja niskog apsolutnog tlaka približno 0,05 bara, odnosno 95%-tnog vakuuma. Osnovni dijelovi vakuum sustava su dvije vakuum pumpe (vidi Sliku 2.13) proizvođača SCAM, snage 50 kw, dva parna ejektora za startanje te sustav cijevi za odzračivanje. Odzračivanje rashladnog sustava vrši se na vrhu ulaznih i izlaznih komora kondenzatora, na rashladnicima zatvorenog ciklusa i na odvodnoj cijevi rashladnog sustava.

20 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 14 Slika 2.13 Vakuum pumpa Opis rada rashladnog sustava Zbog specifičnosti konstrukcije rashladnog sustava TE Rijeka potrebno je opisati karakteristike rada rashladnog sustava za različite režime rada. Karakteristični režimi rada rashladnog sustava su: - pokretanje sustava - režim rada sustava sa obje glavne pumpe u pogonu - režim rada sa jednom glavnom pumpom u pogonu

21 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 15 Pokretanje glavnog rashladnog sustava je složen postupak u kojem osim glavnih rashladnih pumpi sudjeluje vakuum sustav i pumpe za hladnjake turbinskog ulja. Pokretanje rashladnog sustava započinje startanjem vakuum sustava tj. radom ejektora i vakuum pumpi. Evakuiranjem zraka iz rashladnog sustava diže se nivo vode u cjevovodima rashladnog sustava i rashladnicima zatvorenog ciklusa. Potrebna količina vode za punjenje sustava dobiva se dodavanjem vode u dovodni cjevovod kondenzatora pomoću manjih pumpi za rashladnike turbinskog ulja i usisavanjem iz akumulacije u bazenu vodoispusta za odvodni cjevovod. Naknadno je na ulazu u bazen vodoispusta dograđena viseća čelična pregrada. Time se onemogućilo usisavanje zraka u sustav prilikom spuštanja razine vode u bazenu kod pokretanja rashladnog sustava. Kada je postignut tlak vakuum sustava od 3/5 atmosferskog tlaka (40%-tni vakuum), pokreću se glavne rashladne pumpe i to jedna za drugom. Prije zatvoreni leptirasti zatvarači na glavnim pumpama otvaraju se kada pumpa ostvari određeni tlak na površinu zatvarača. U normalnom režimu rada rashladnog sustava rade jedna ili dvije pumpe ovisno o opterećenju elektrane. Vakuum sustav je u neprekidnom radu i stalno evakuira nove količine zraka koje pristižu otopljene u morskoj vodi ili ulaze u sustav propuštanjem na spojevima.

22 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Hidraulička analiza rashladnog sustava Za hidrauličku analizu rashladnog sustava korištena je postojeća projektna dokumentacija i pogonski podaci iz TE Rijeka. Hidraulička analiza učinjena je tako da su analizirani hidraulički gubici svakog pojedinog elementa. Proračuni hidrauličkih gubitaka bazirani su na teoriji strujanja fluida u cijevima ([3] i [4]) i podacima iz TE Rijeka. Hidraulički gubici dijele se na dužinske i lokalne. Dužinski hidraulički gubici su gubici u ravnoj cijevi i računaju se pomoću formule: gdje je: 2 l v h D λ d 2 g =, (3.1) l duljina cijevi d promjer cijevi g ubrzanje sile teže (g = 9,81 m/s 2 ) v srednja brzina u cijevi računa se iz protoka i promjera cijevi, po formuli: Q protok 4Q v = (3.2) 2 d π λ faktor trenja računa po formuli: λ =, (3.3) 2 e 5.74 ln Re d

23 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 17 e maksimalna visina neravnina stjenke cijevi Re Reynoldsov broj računa se po formuli: vd Re = ν ν kinematički koeficijent viskoznosti Formula (3.1) za dužinske gubitke korištena je na sljedećim dijelovima rashladnog sustava: usisni cjevovodi, tlačni cjevovod, kondenzatorske cijevi, odvodni cjevovod, ravni dijelovi u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa i cijevi izmjenjivača u zatvorenom ciklusu. Za paralelne grane cjevovoda protok se dijeli, a pad tlaka jednak je za svaku granu. Dakle, u paralelnom spoju gubici u granama se ne zbrajaju, nego je gubitak kroz jednu granu jednak gubitku kroz cijeli paralelni spoj. Za primjer, hidraulički gubitak kroz cijeli snop kondenzatorskih cijevi jednak je gubitku kroz samo jednu kondenzatorsku cijev. Hidraulički gubici ostalih dijelova sustava proračunati su pomoću formule za lokalne gubitke: h L K L 2 v 2g =. (3.4) Procjena koeficijenata lokalnih gubitaka K L preuzeta je iz knjige Handbook of Hydraulic Resistance I. E. Idel chika ([6]). Ukupni hidraulički gubitak rashladnog sustava jednak je sumi svih dužinskih i lokalnih gubitaka: h uk = hl + hd. (3.5)

24 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 18 Za hidrauličku analizu gubitaka u rashladnom sustavu, nužno je i poznavanje protoka. Protok je izračunat pomoću formule (3.15) za proračun protoka na preljevu, nakon provedenih mjerenja. Osnovni podaci za procjenu hidrauličkih gubitaka su sljedeći: 3 m Q = 11,2 protok u rashladnom sustavu kod rada obje s pumpe, Q m 2 = 5,6 s = protok u paralelnim granama usisnog Q par 3 cjevovoda, Q zc 3 m = 0,6 protok u grani za rashladnike zatvorenog s ciklusa (dobiven na osnovu proračuna hidrauličkih gubitaka u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa i glavnoj grani rashladnog sustava detaljnije opisano u poglavlju 3.7.), Q sm 3 m = Q Qzc = 10,6 protok nakon odvajanja za rashladnike s zatvorenog ciklusa, Q sm par 3 Qsm m = 2 = 5,3 protok u paralelnim granama tlačnog i s odvodnog cjevovoda, Q kon 3 Qsm 3 m = = 0,76 10 protok u kondenzatoru, s

25 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 19 m 2 6 ν = 1, kinematički viskozitet morske vode kod s temperature 17 C (iz [6]), 3 e = 5 10 m procijenjena srednja visina neravnina u cijevima rashladnog sustava, 3 e kon 0,06 10 m = procijenjena srednja visina neravnina za kondenzatorske cijevi. Za svaki dio rashladnog sustava napravljene su procjene hidrauličkog gubitka bazirane na podacima iz literature i podacima iz TE Rijeka. Hidraulički gubici procijenjeni su unutar 10% točnosti Usisni dio sustava Usisni dio sustava obuhvaća usisne cjevovode i usisni bazen sa sustavom pročišćavanja usisane morske vode (gruba i kosa rešetka te rotacijska sita) Ulazi u usisne cjevovode Ulazi u usisne cjevovode ravnog su završetka cijevi promjera 3 m. Na osnovu provedenog podvodnog snimanja (iz [1]) utvrđeno je postojanje naslaga morskih organizama (školjke, alge i sl.) u usisnim cjevovodima. Na ulazu u usisne cjevovode, prosječna debljina naslaga iznosi 10 cm što smanjuje promjer cijevi na 2,8 m. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka za ulaz u usisne cjevovode i lokalni hidraulički gubitak za zadani protok dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 2,8 0, ,04

26 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Usisni cjevovodi Cijela konstrukcija usisnih cjevovoda nalazi se pod morem, pa je veliki utjecaj morske vode na onečišćenje konstrukcije raznim morskim organizmima. Podvodnim pregledom usisnih cjevovoda ([1]) u 11. mjesecu g. ustanovljeno je da su unutarnje površine oba cjevovoda u potpunosti obrasle školjkama kao rezultat dugogodišnjeg taloženja anorganskih i organskih tvari. Dužinski gubici u usisnim cjevovodima proračunati su za dva osnovna stanja cjevovoda. U prvom proračunu promatra se cjevovod bez naslaga morskih organizama na stjenkama cijevi, a u drugom proračunu promatrano je stvarno stanje cjevovoda. Utvrđena debljina navedenih obraslina je: Istočni cjevovod - gornje pozicije cjevovoda: 5 do 10 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm na 20 % površine cjevovoda (Slika 3.1a) - donje pozicije cjevovoda: 10 do 15 cm na 98% površine, maksimalno 25 cm na 30% površine cjevovoda (Slika 3.1b) a) b) Slika Podvodni snimci obraslina u istočnom usisnom cjevovodu

27 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 21 Zapadni cjevovod - gornje pozicije cjevovoda - 3 do 5 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm na 20 % površine cjevovoda (Slika 3.2a) - donje pozicije cjevovoda - 5 do 10 cm na 98% površine, maksimalno 20 cm na 30% površine cjevovoda (Slika 3.2b) a) b) Slika Podvodni snimci obraslina u zapadnom usisnom cjevovodu Sadašnje stanje cjevovoda upućuje na proračun hidrauličkog gubitka u cjevovodu s obzirom na povećanje obraslina unutar cjevovoda. Dužinski hidraulički gubitak cjevovoda bez obraslina: na Ako promatramo cjevovod bez obraslina sa visinom neravnina procijenjenom e = 5 mm (iz [5]) dobivamo: - λ = 0, faktor trenja - Q v = ms d π 3 π 4 par 4 5,6 1 = = 0, brzina strujanja 2 2 l v 60 0,79 h L = λ = 0,022 = 0, 014 m - hidraulički gubitak d 2g 3 2 9,81

28 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 22 Dužinski hidraulički gubitak cjevovoda sa obraslinama (stvarno stanje cijevi): Prosječna debljina obraslina od d = 10 cm smanjuje promjer cijevi na: d = 3 2 d = 3 2 0,1 = 2, 8 m. Prosječna hrapavost za debljinu obraslina od 10 cm prema rezultatima podvodnih pregleda ([2]) iznosi e = 4 cm. - Q v = ms d π 2,8 π 4 par 4 5,6 1 = = 0, brzina strujanja - λ = 0, faktor trenja 2 2 l v 60 0,91 h L = λ = 0,043 = 0, 037 m - hidraulički gubitak d 2g 2,8 2 9,81 Dakle, kod debljine obraslina od d = 10 cm pokazuje se da su dužinski gubici cjevovoda 2,7 puta veći od gubitka cijevi bez obraslina za protok Q par =5,6 m 3 /s. Na Slici 3.3 prikazan je dijagram povećanja dužinskog hidrauličkog gubitka cjevovoda u odnosu na povećanje debljine naslage u cijevi i hrapavosti. Iz dijagrama je vidljivo da će se sa porastom debljine obraslina u cijevi povećavati i relativna hrapavost stijenke cijevi. S obzirom na sadašnje stanje cijevi, tj. debljinu obraslina na pojedinim mjestima čak i do 25 cm, može se očekivati sve brži razvoj novih školjki, odumiranje starih, a time i sve veće probleme u radu cijelog rashladnog sustava koje se odnose ne samo na povećanje hidrauličkih gubitaka u sustavu i smanjenje protoka, već i na povećani unos nečistoća, raspadnutih školjki, algi i sl. u usisni bazen te većeg onečišćenja rešetki za pročišćavanje.

29 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 23 Slika Porast dužinskog gubitka u cjevovodu

30 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Koljena u usisnim cjevovodima U oba usisna cjevovoda, pri njihovom početku, nalazi se koljeno od 22 za koje je procijenjen koeficijent lokalnog gubitka i proračunat hidraulički gubitak dat u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 2,8 0,909 0,2 0, Usisni bazen Na samom spoju usisnog cjevovoda na usisni bazen pojavljuju se gubici zbog ulaza cijevi pod kutom, naglog proširenja i miješanja dvije struje vode iz paralelnih grana. Usisni bazen ima ugrađene uređaje za pročišćavanje morske vode. Svaki pojedini stupanj pročišćavanja zaustavlja objekte određene veličine i ovisno o veličini oka rešetke posljedično proizvodi i hidraulički gubitak u sustavu. Tako je najmanji (zanemariv) gubitak na prvoj, gruboj rešetki, znatan je gubitak na kosim rešetkama, dok je na rotacijskim sitima gubitak nešto manji. Lokalne gubitke na rešetkama bilo je teško unaprijed procijeniti iz postojeće literature. Međutim, postojeći pogonski podaci omogućuju dobru procjenu tih lokalnih gubitaka. Procjena koeficijenata lokalnih gubitaka i samih lokalnih gubitaka za dijelove usisnog bazena dana je u sljedećim tablicama Ulaz u usisni bazen Protok Svijetli otvor Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) a x b (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 11,2 8 x 5,1 0, ,08

31 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Kose rešetke Gubici na kosim rešetkama su obično oko 7 cm piezometričke visine, što znači da se koeficijent hidrauličkih gubitaka može uzeti K = 14. Protok Svijetli otvor Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) a x b (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 3,5 x 5,1 0, , Rotacijska sita Gubici na rotacijskim sitima je obično oko 3 cm piezometričke visine, što znači da se koeficijent hidrauličkih gubitaka može uzeti K = 7. Protok Svijetli otvor Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) a x b (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 11,2 8 x 5,1 0, , Glavne rashladne pumpe Za hidrauličku analizu sustava upotrebljavane su karakteristike iz dokumentacije proizvođača pumpe Termomeccanica Italiana Instruction Book N Pumpe su aksijalne, vertikalnog tipa sa sljedećim karakteristikama: - radni medij : morska voda - projektna temperatura : 50 C - maksimalna usisna temp. : 25 C - minimalna usisna temp. : 9 C - kapacitet : t/h - dobavna visina za obje pumpe u radu : 8,25 m

32 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 26 - maksimalna dobavna visina : 20 m - brzina vrtnje : 330 min - snaga na spojci pumpe : 560 kw - snaga kod točke punjenja sifona : 810 kw - zahtjevana snaga na el.motoru : 700 kw -1 Na sljedećim dijagramima (Slika 3.4 i 3.5) prikazane su radne karakteristike pumpe EV Radne karakteristike pumpe dobivene su preračunavanjem radnih karakteristika sa manje pumpe EV 300, istog tipa. Prikazani dijagrami očitani su iz dokumentacije proizvođača. Za dvije pumpe u paralelnom radu radna karakteristika dobije se iz radne karakteristike jedne pumpe tako da se protoci zbroje, a dobavne visine ostaju iste. Radna karakteristika za paralelni rad dviju pumpi prikazana je na Slici 3.6.

33 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 27 Slika 3.4 Radna karakteristika pumpe EV 1300

34 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 28 Slika 3.5 Krivulja snage pumpe EV 1300

35 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 29 Slika 3.6 Radna karakteristika za jednu pumpu i za obje pumpe u paralelnom radu

36 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Tlačni cjevovod Leptirasti zatvarači glavnih rashladnih pumpi Za potpuno otvoreni leptirasti zatvarač (pumpa u radu) procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 1,5 3,17 0,18 0, Račva iza pumpi Pumpe su preko račve spojene na tlačni cjevovod. Račva se sastoji od koljena nakon kojeg se spajaju paralelne grane Koljena u račvi Prije spajanja grana, u svaku granu je ugrađeno koljeno pod kutom od 30. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 1,5 3,17 0,22 0, Spajanje grana Za spajanje grana račve, procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:

37 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 31 Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,6 2,8 1,82 0,28 0, Dva koljena na usponu cjevovoda Na početku i kraju uspona cjevovoda su dva koljena od 12,5. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 10,6 2,8 1,72 0,2 0, Ravni dio cjevovoda Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer Dužina sekcije Srednja brzina Faktor Dužinski Q (m 3 /s) cijevi d (m) cjevovoda l (m) strujanja v (m/s) trenja λ gubitak h D (m) 10,6 2,8 23,85 1,72 0,023 0, Koljeno u cjevovodu prije račve Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za koljeno od 90 prije račve dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 10,6 2,8 1,72 0,33 0,05

38 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Račva prije kondenzatora Nakon razdvajanja tlačnog cjevovoda u dvije grane, u svakoj grani su ugrađeni leptirasti zatvarač i koljeno od Leptirasti zatvarač poslije razdvajanja grana Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za leptirasti zatvarač dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 2 1,69 0,18 0, Koljeno prije ulaza u kondenzator Neposredno prije ulaza u kondenzator, cjevovod skreće pod 90. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za koljeno od 90 dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 2 1,69 0,22 0, Kondenzator Kondenzator se sastoji od dva bloka. Svaki blok ima ulaznu komoru, izlaznu komoru te snop od 6950 kondenzatorskih cijevi, koje prolaze kroz zajednički parni prostor. Hidraulički gubici u ulaznoj i izlaznoj komori kondenzatora (vidi Sliku 3.7) su zajedno teoretski aproksimirani kao prolazak vode kroz rešetku ekvivalentnu cijevnoj stijeni kondenzatora. Hidraulički gubitak u cijevima kondenzatora se računa

39 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 33 kao dužinski gubitak kroz jednu kondenzatorsku cijev, jer se radi o paralelno spojenim cijevima. Slika 3.7 Izlazne komore kondenzatora Ulazna i izlazna komora kondenzatora Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za ulaznu i izlaznu komoru zajedno bazirani su na podacima o hidrauličkim gubicima za strujanje kroz perforiranu ploču i dani su u sljedećoj tablici: Protok Svijetli otvor Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) a x b (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 2,78 x 3,36 0, ,36

40 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Kondenzatorske cijevi Kondenzator ima ukupno komada promjera 22,91 mm i 568 komada cijevi promjera 22,2 mm. Ukupni protok u kondenzatoru jednak je: Q sm = 13332Q Q 2, gdje je Q 1 protok kroz cijevi promjera 22,91 mm i Q 2 protok kroz cijevi promjera 22,2 mm. Budući da je pad tlaka kroz svaku cijev jednak, onda vrijedi jednakost: 2 2 l v1 l v2 λ 1 = λ2. d 2g d 2g 1 2 Kako je λ1 λ2, iz prethodne dvije jednakosti se računaju vrijednosti v 1 i v 2 odnosno Q 1 i Q 2. Za proračunati Q1 dani su procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak za jednu cijev u sljedećoj tablici: Protok Promjer Q 1 (m 3 /s) cijevi d1 (m) -3 0, ,02291 Dužina sekcije Srednja brzina Faktor Dužinski cjevovoda l (m) strujanja v 1 (m/s) trenja λ gubitak h D (m) 11 1,87 0,025 2, Sustav Taprogge Nakon kondenzatora, na obje grane račve, ugrađeni su sakupljači kuglica sustava Taprogge. Sakupljač kuglica (Slika 2.9) se sastoji od dvije rešetke koje se zatvore kada je sustav Taprogge u radu. Sakupljači imaju ugrađen svoj diferencijalni manometar koji pokazuje pad tlaka na njegovim rešetkama. Pri radu Taprogge sustava pad tlaka iznosi oko 30 cm. Na osnovu tog podatka procijenjen je koeficijent lokalnog gubitka koji je zajedno sa hidrauličkim gubitkom dan u sljedećoj tablici:

41 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 35 Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 1,8 2,08 1,36 0, Izlazni cjevovod Na izlazne komore kondenzatora spojena je račva. Nakon spajanja grana račve postoje dvije duže ravne sekcije cjevovoda i koljeno od 90 između njih. Cjevovod završava spojem sa izlaznom građevinom Račva nakon kondenzatora U svakoj grani račve nakon kondenzatora ugrađeno je koljeno, sakupljač kuglica Taprogge, prigušnica i leptirasti zatvarač Koljena u račvi Na početku račve, iza kondenzatora, ugrađeno su koljena od 90 (vidi Sliku 3.8). Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 1,8 2,08 0,22 0,05

42 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 36 Slika 3.8 Izlaz iz kondenzatora Prigušnice Prigušnica iza koje slijedi leptirasti zatvarač vidi se na Slici 3.9. Za ovakvu prigušnicu se iz [6] procjenjuje koeficijent lokalnog gubitka K L = 10. No, pošto su lokalni gubici u ovom dijelu cjevovoda nanizani neposredno jedan iza drugoga, ukupni hidraulički gubitak je nešto manji, pa se procjenjuje koeficijent K L = 7. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 1,8 2,08 7 1,55

43 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 37 Slika 3.9 Prigušnica i leptirasti zatvarač na izlazu Leptirasti zatvarači Za potpuno otvoreni leptirasti zatvarač (vidi Sliku 3.9) procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 1,8 2,08 0,18 0, Koljena prije spajanja grana Neposredno prije spajanja grana, cjevovod skreće pod 30. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 5,3 1,8 2,08 0,23 0,05

44 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Spajanje grana račve Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 11,2 2,5 2,28 0,28 0, Ravni dio odvodnog cjevovoda do koljena Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer Dužina sekcije Srednja brzina Faktor Dužinski Q (m 3 /s) cijevi d (m) cjevovoda l (m) strujanja v (m/s) trenja λ gubitak h D (m) 11,2 2,5 15,09 2,28 0,023 0, Koljeno u odvodnom cjevovodu Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 11,2 2,5 2,28 0,24 0, Ravni dio odvodnog cjevovoda od koljena do izlaznog bazena Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:

45 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 39 Protok Promjer Dužina sekcije Srednja brzina Faktor Dužinski Q (m 3 /s) cijevi d (m) cjevovoda l (m) strujanja v (m/s) trenja λ gubitak h D (m) 11,2 2,5 19,72 2,28 0,023 0, Grana za rashladnike zatvorenog ciklusa Na dugom dovodnom cjevovodu grane za rashladnike zatvorenog ciklusa nalaze se dva koljena od 45, dok na ulazu i izlazu rashladnika ima sveukupno 7 koljena od 90. Hidraulički gubitak u rashladniku je izračunat na potpuno jednak način kao kod kondenzatora rashladnog sustava. Hidraulički gubitak u glavnoj grani rashladnog sustava jednak je hidrauličkom gubitku u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa, tj.: ili opširnije: h =, gl h zc f l d 2 v 2g 2 2 v l v + K = f + K 2g d 2g gl 2 v 2g zc. (3.6) Prethodna relacija u skraćenom obliku glasi: 2 = kq, (3.7) 2 gl kq zc a zajedno sa: Q + Q Q, (3.8) gl zc = omogućuje izračun protoka:

46 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 40 Q zc 3 m = 0,6 - protok u grani za rashladnike zatvorenog ciklusa, s m 10,6 s = - protok u tlačnom cjevovodu rashladnog sustava. Q gl 3 Sa poznatim protokom izračunati su gubici duž grane za rashladnike zatvorenog ciklusa. Slijede proračuni hidrauličkih gubitaka po dijelovima grane Odvajanje od tlačnog cjevovoda Početak grane za rashladnike zatvorenog ciklusa spojen je na tlačni cjevovod rashladnog sustava, neposredno nakon račve iza pumpi. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 0,6 0,5 3,06 1 0, Ukupni ravni dio cjevovoda Procijenjeni faktor trenja i proračunati hidraulički gubitak dani su u tablici: Protok Promjer Dužina sekcije Srednja brzina Faktor Dužinski Q (m 3 /s) cijevi d (m) cjevovoda l (m) strujanja v (m/s) trenja λ gubitak h D (m) 0,6 0,5 50 3,06 0,038 1,81

47 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 41 Slika 3.10 Rashladnici zatvorenog ciklusa Dva koljena u dovodnom cjevovodu U tlačnom dijelu cjevovoda ugrađena su dva koljena od 45, gotovo neposredno jedan iza drugoga, pa se lokalni gubitak računa kao jedan jedinstveni. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 0,6 0,5 3,06 0,23 0, Koljena u cjevovodu U cjevovodu zatvorenog ciklusa ima ukupno 7 koljena od 90. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka za jedno koljeno i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:

48 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 42 Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 0,6 0,5 3,06 0,4 0, Ulazna i izlazna komora rashladnika zatvorenog ciklusa Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak za ulaznu i izlaznu komoru rashladnika zajedno bazirani su na podacima o hidrauličkim gubicima za strujanje kroz perforiranu ploču i dani su u sljedećoj tablici: Protok Svijetli otvor Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) a x b (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 0,6 0,86 x 1,204 0, , Cijevi u izmjenjivaču Hidraulički gubitak u izmjenjivaču (vidi Sliku 3.10) računa se na potpuno isti način kao i gubitak u kondenzatoru rashladnog sustava. Procijenjeni faktor trenja i proračunati dužinski gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer Dužina sekcije Srednja brzina Q (m 3 /s) cijevi d (m) cjevovoda l (m) strujanja v (m/s) - 0, , ,68 1,18 3 Faktor trenja λ 0,027 Dužinski gubitak h D (m) 0, Spajanje na račvu iza kondenzatora Završetak zatvorenog ciklusa spojen je na lijevu granu račve u odvodnom vodu rashladnog sustava, neposredno prije spajanja grana. Procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici:

49 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 43 Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 0,6 0,5 3,06 0,3 0, Izlazna građevina Izlazna građevina sastoji se od difuzorskog proširenja pravokutnog poprečnog presjeka koje vodi do ispusnog bazena sa preljevom. Nakon preljeva, građevina ima izvedene ograde za zaštitu od utjecaja valova. Hidraulički gubici u difuzoru prije bazena se opisuju kao gubici radi skretanja, proširenja i promjene oblika poprečnog presjeka te viseće pregrade na ulazu u sam bazen na vodoispustu. Hidraulički gubitak na preljevu je jednak razini vode u bazenu Difuzor i pregrada u izlaznoj građevini Pregrada naknadno ugrađena na difuzoru utječe na strujanje slično prigušnici. Dakle, predstavlja veliki lokalni hidraulički gubitak. Za difuzor i pregradu zajedno procijenjeni koeficijent lokalnog gubitka i proračunati hidraulički gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Promjer cijevi Srednja brzina Koef. lokalnog Lokalni gubitak Q (m 3 /s) d (m) strujanja v (m/s) gubitka K L hl (m) 11,2 2,5 2,28 4 1, Preljev Hidraulički gubitak na preljevu jednaki su geodetskoj razini vode u bazenu prije preljeva. Gubitak na preljevu je kao takav pribrojen svim ostalim gubicima u sustavu.

50 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 44 Lokalni gubitak na preljevu lako se odredi mjerenjem razine vode u bazenu ispred preljevne brane. Za rad rashladnog sustava s dvije pumpe, protok, razina vode u bazenu ispred preljevne brane i lokalni gubitak dani su u sljedećoj tablici: Protok Razina vode u bazenu ispred Lokalni gubitak Q (m 3 /s) preljevne brane H (m) h L (m) 11,2 2,5 2, Proračun protoka na preljevu Preljevi su pogodni za mjerenja protoka kod otvorenih vodotokova. Posebice se primjenjuju kod mjerenja na terenu jer je postupak mjerenja jednostavan i ekonomičan, a rezultati mjerenja su pouzdani. Shematski prikaz strujanja na preljevu dan je na Slici Slika Karakteristični parametri preljeva Karakteristični parametri preljeva su: - duljina preljeva b, mjeri se uzduž krune preljeva - širina krune s, mjeri se paralelno toku

51 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 45 - visina brane (ili praga) P - visina nivoa vode iznad preljeva H, mjeri se gdje se ne primjećuje pad slobodne površine, tj. na ustaljenom nivou gornje vode, - oblik brane ili praga, odnosno tzv. profil preljeva l 3H Opća formula za proračunavanje protoka na preljevu (iz [7]) glasi: Q 3/ 2 = m b 2gH (3.9) gdje su m koeficijent preljeva i g = 9,81 m/s 2. Preljev izlazne građevine rashladnog sustava TE Rijeka, na kojemu se računa protok zadan je sljedećim dimenzijama (Slika 3.12): - širina praga (krune) preljeva s = 0,98 m - visina praga p = 1,74 m - širina vodoispusta b 1 = 8,03 m b 1 b γ s 9 m Slika Skica preljeva TE Rijeka Vodoispust TE Rijeka napravljen je sa kosim preljevom pod kutom: γ = b 8,03 Arc tan 1 = Arc tan = ,74

52 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 46 Duljina kosog preljeva b: b1 8,03 b = = = 12, 06 m sinγ sin 41,74 Protok preko kosog preljeva dan je slijedećim izrazom iz [7]: Q kos = ε m b 2gH 3/ 2 σ kos (3.10) gdje je b duljina kosog preljeva, m koeficijent preljeva, ε koeficijent skraćenja radne duljine preljeva i σ kos koeficijent kosog u odnosu na normalni preljev. Eksperimentalnim rezultatima, prema [8], dobiven je izraz za koeficijent skraćenja radne duljine preljeva: 1 / 6 γ kh 2 / 2 kos kos 1 π ε = σ ε = (3.11) b gdje je k = 1,1 za preljeve praktičnog profila. Iz prethodnog izraza uz uvrštavanje poznatih veličina slijedi : 1 / 6 41,74 1,1 H 2 / 2 kos 1 π ε = = 1 0, 0923H (3.12) 12,061 Koeficijent preljeva m za praktični profil preljeva pravokutnog profila računa se prema izrazu (iz [8]): H m = 0,4074 0,7 + 0, 185 (3.13) s Uz zadani s = 0,98 m slijedi:

53 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 47 ( 0,7 0, ) m = 0, H (3.14) Konačno iz (3.10) uz izraze (3.12) i (3.14) dobivamo izraz za proračun protoka na preljevu vodoispusta TE Rijeka: 3/ 2 ( 0,0923H )( 0,7 + 0,181H ) Q = 21,765 1 H (3.15) Iz formule za proračun protoka na preljevu TE Rijeka (3.15) dobiven je dijagram protoka Q u ovisnosti o visini vode iznad preljeva H (vidi Sliku 3.13). Na slikama 3.14 i 3.15 dane su fotografije preljeva prilikom startanja sustava i u radu.

54 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 48 Slika Dijagram protoka na preljevu TE Rijeka

55 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 49 Slika 3.14 Preljev (startanje rashladnog sustava) Slika Strujanje na preljevu vodoispusta

56 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Vakuum sustav Vakuum sustav izvlači zrak iz rashladnog sustava na 8 mjesta: na cjevovodu za zapunjavanje sustava i pranje rešetki, na po dva mjesta na vrhovima ulazne i izlazne komore kondenzatora, na kraju odvodnog cjevovoda (prije spajanja sa izlaznom građevinom) i na dva mjesta na izmjenjivaču zatvorenog ciklusa. Vakuum sustav ima konstantan radni tlak od apsolutno 0,04 bara. Taj potlak služi za izvlačenja zraka iz sustava i za zapunjavanje sustava vodom do samog vrha sustava (vrh kondenzatora). Vakuum sustav ne podiže piezometričku liniju u sustavu, već samo zapunjava sustav vodom.

57 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Opis i rezultati mjerenja Za hidrauličku analizu rashladnog sustava bilo je nužno izvršiti opširna hidraulička mjerenja tlakova i razina vode na karakterističnim točkama rashladnog sustava, odnosno mjerenja piezometričke linije rashladnog sustava. Mjerenje protoka u ovom i sličnim sustavima predstavlja veliku poteškoću. Na početku je razmatrano mjerenje protoka hidrometrijskim krilcima u usisnom bazenu na pet lokacija: ispred grube rešetke, ispred kosih rešetki i iza rotacijskih sita. Uvidom u strujanje morske vode u usisnom bazenu, odnosno na naznačenim mjernim mjestima, zaključeno je da nije moguće izmjeriti protok zadovoljavajućom točnošću. Naime, kao što se vidi na Slici 4.1, nema pravocrtnog nastrujavanja na predviđene mjerne presjeke i postoji nestacionarno strujanje sa vrtlozima. Slika 4.1 Strujanje u usisnom bazenu kod grube rešetke Zatim je razmatrana mogućnost mjerenja protoka ultrazvukom. Jedino mjesto pogodno za montažu ultrazvučnog uređaja za mjerenje protoka je nebetonirani dio račve neposredno iza glavnih pumpi. Budući da je na tom mjestu leptirasti zatvarač i da se ono nalazi neposredno iza pumpe, strujanje je tu vrtložno, pa ne postoje uvjeti za zadovoljavajuće mjerenje protoka ultrazvukom.

58 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 52 Analizom strujanja u rashladnom sustavu ustanovljeno je da je jedino pogodno mjesto za mjerenje protoka preljev na vodoispustu. Poznato je da se preljevi koriste kao protokomjeri na otvorenim vodotokovima. Nakupljeno iskustvo u mjerenju protoka pomoću preljeva, laboratorijsko i u prirodi, omogućuje da se protok na preljevu izračuna preko formule sa zadovoljavajućom točnošću. Pogreška mjerenja protoka na preljevima konstruiranim kao protokomjerima je unutar 3%. Tu se prvenstveno podrazumijeva da je kanal ispred preljeva pravilan (prizmatičan) i da je nastrujavanje oko preljevne brane dvodimenzionalno i stacionarno. Budući da je preljevna brana na vodoispustu TE Rijeka pod kutom i da se nalazi neposredno iza difuzora, procjenjuje se da je proračun protoka na kosom preljevu u ispusnom bazenu pomoću mjerenja razine vode ispred preljeva unutar 6% točnosti. Prije hidrauličkih mjerenja provedena su detaljna geodetska mjerenja radi utvrđivanja geodetskih visina točaka bitnih za hidraulička mjerenja rashladnog sustava. Ukupno su izvedena tri mjerenja, a korištena je i dokumentacija o mjerenjima izvršenim godine. Na osnovu detaljno razrađenog Programa ispitivanja rashladnog sustava morske vode u TE Rijeka (vidi Dodatak na kraju studije), kojeg su odobrili Naručitelj (TE Rijeka) i Izvođač projekta (Sopex d.o.o.), izvedena su hidraulička mjerenja na rashladnom sustavu u tri navrata: termoelektrana van pogona - izvedena mjerenja: 1. mjerenje pumpe A i B u pogonu, 2. mjerenje samo pumpa B u pogonu, 3. mjerenje samo pumpa A u pogonu termoelektrana u pogonu - izvedeno jedno mjerenje sa obje pumpe u pogonu

59 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 53 - mjerene samo piezometričke visine na točkama sustava u kojima su dobiveni nejasni rezultati termoelektrana u pogonu - izvedeno jedno mjerenje sa obje pumpe u pogonu - dodatno mjerenje piezometričkih visina, mjerenje pada tlaka na rešetkama sakupljača kuglica Taprogge te očitanje pogonskih instrumenata 4.1. Opis mjernih mjesta Na rashladnom sustavu definirana su mjerna mjesta na kojima je izvršeno mjerenje. Mjerile su se sljedeće mjerne veličine na mjestima kao što je prikazano na shemi mjerenja na Slici 4.2: 1. Mjerenje razine mora na mjernom mjestu 1, uz zid na vanjskoj strani usisnog bazena. Mjerenja su izvršena mjernom letvom i preračunata na osnovu definirane geodetske kote na tom mjestu da se dobije razina mora. 2. Mjerenje razine vode na mjernim mjestima 2, 3, 4, 5, 8, 9, 12 i 13, u usisnom bazenu. Ova mjerenja su također izvršena mjernom letvom i preračunata na osnovu geodetskih kota. 3. Očitanje diferencijalnih razinomjera na mjernim mjestima 6, 7, 10 i 11, provedeno je radi uspoređivanja dobivenih vrijednosti mjernom letvom te provjeravanja njihove ispravnosti. Utvrđeno je da su tri od četiri razinomjera neispravna. 4. Mjerenje električne snage na pumpama na mjernim mjestima 14 i 15, izvršeno je očitavanjem Watt-metra u komandnoj sobi elektrane. 5. Mjerenje tlakova u sustavu na mjernim mjestima 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 i 30 (vidi Slike ), provedeno je vodenim cijevima (vertikalnim i U-cijevima), dok se na mjestima 16 i 17 mjerilo

60 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 54 manometrom. Dodatno su očitavani tlakovi na ugrađenim pogonskim manometrima. Dobivene vrijednosti tlaka su naknadno preračunate u piezometričke visine, na osnovu geodetskih visina mjernih točaka. Slika 4.3 Mjerenje tlakova na ulazu u kondenzator 6. Mjerenje temperatura na mjernim mjestima 2, 13, 18, 19, 24, 25, 31 i 33, provedeno je termofarom, uz dodatno očitavanje ugrađenih termometara. 7. Mjerenje razine vode na preljevu vodoispusta na mjernom mjestu 31. Očitavane su razine vode na ugrađenoj mjernoj letvi. Na osnovu dobivenih vrijednosti računat je protok u sustavu, preko formule za protok na preljevu. 8. Mjerenje tlaka u vakuum sustavu na mjernom mjestu 32 izvedeno je očitavanjem instrumenta N71 005, te preračunavanjem dobivene vrijednosti u veličinu tlaka.

61 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 55 Slika 4.4 Mjerna mjesta 26 i 27 mjerenje tlakova na prigušnici Slika 4.5 Mjerno mjesto 32 mjerenje tlaka na odvodnom cjevovodu

62 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Preračunavanje izmjerenih vrijednosti Rezultati svih mjerenja su zbog preglednosti dati u Prilogu I. Mjerenja su izvršena za različite režime rada sustava tj. za rad obje ili samo jedne glavne rashladne pumpe. Kod prve grupe mjerenja provedenih elektrana nije bila u pogonu. Zbog nejasnoće nekih prije mjerenih veličina izvedena su dva dodatna mjerenja kod kojih je elektrana bila u pogonu, a rashladni sustav je radio sa obje pumpe o oba mjerenja. Kod prve grupe mjerenja primijećene su pogreške u postupku ili metodi mjerenja koje su dale dosta nejasne rezultate koji su odstupali od teoretskih proračuna karakteristika rada sustava. U nastavku je dan opis metoda mjerenja i preračunavanja rezultata mjerenja. 1. Mjerenje razina vode i nivoa mora izvršeno je mjernom letvom i definiranim geodetskim točkama nadmorske visine. Rezultati očitanja označeni su sa z, a preračunata razina vode nad morem dobivena je izrazom: H = z z, (4.1) geok pri čemu je z geok nadmorska visina pojedine geodetske točke, a z očitana udaljenost od površine vode do geodetske točke (Slika 4.6). Slika 4.6 Skica mjerenja razine vode

63 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Očitanje diferencijalnih razinomjera izvedeno je na skali razinomjera koja je baždarena u cm i daje pad razine vode na kosim rešetkama i rotacijskim sitima. Na osnovu provedenih mjerenja utvrđeno je da od četiri raspoloživa razinomjera, radi samo lijevi razinomjer na kosoj rešetci. 3. Mjerenje snage pumpi vršeno je za sve režime rada pomoću Watt-metra u komandi elektrane. 4. Za mjerenje tlakova na mjernim mjestima 16 i 17, tj. na tlačnoj strani pumpi (vidi Sliku 4.7), korišten je posebno baždaren manometar sa stupnjem točnosti unutar 1% i skalom baždarenom u barima. Preračunata piezometrička visina iza pumpe dobije se po formuli: 5 10 p H = + ρ g z geo, (4.2) gdje je p očitani tlak na manometru u barima, 3 ρ gustoća = 1024,4 kg / m morske vode za temperaturu 17 C, 2 g = 9,81 m / s ubrzanje sile teže i z geo = 3, 95 m nadmorska visina mjesta manometra. z geo Slika 4.7 Mjerenje tlaka na tlačnoj strani pumpe

64 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Mjerenje tlakova na ulaznim i izlaznim komorama kondenzatora, tj. na mjernim mjestima 18, 19, 24 i 25, provedeno je očitanjem tlakova sa pogonskih manometara. Manometri su baždareni u barima, kg/cm 2 i cmhg. Preračunata piezometrička visina za skalu u barima dobije se po formuli: 5 10 p H = + ρ g z geo, (4.3a) gdje je p očitani tlak na manometru u barima, 3 ρ gustoća = 1024,4 kg / m morske vode za temperaturu 17 C i z geo nadmorska visina mjesta manometra. Preračunata piezometrička visina za skalu tlaka u kg/cm 2 formuli: dobije se po H =, 81 p + 9, (4.3b) z geo gdje je p očitani tlak na manometru u kg/cm 2 i manometra. zgeo nadmorska visina mjesta Preračunata piezometrička visina za skalu u cmhg dobije se po formuli: ρ 2 Hg H = p 10 + z ρ H O 2 geo, (4.3c) gdje je p očitani tlak na manometru u cmhg, ρ = Hg kg / m 3 gustoća žive, manometra. 3 ρ H O = 1000 kg / gustoća vode i geo 2 m z nadmorska visina mjesta

65 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Mjerenje tlakova vodenim U-cijevima izvedeno je , na mjernim mjestima Za potrebe mjerenja prethodno su u termoelektrani pripremljene U-cijevi i postavljene na mjerna mjesta prema planu mjerenja. Piezometričke visine izračunate su po formuli: H = z U + z sp, (4.4) Slika 4.8 Mjerenje tlaka pomoću U-cijevi gdje je z U razlika visina vode na U-cijevi, a z sp geodetska visina mjesta na kojem je U-cijev spojena na točku u kojoj se mjeri tlak (vidi Sliku 4.8). 7. Mjerenje piezometričke visine vodenim piezometrom izvršeno je prilikom mjerenja od i Piezometričke visine izmjerene su pomoću vertikalnih vodenih cijevi postavljenih na mjerne točke (Slika 4.9). Piezometričke visine izračunate su prema formuli: H = z v + z geok, (4.5)

66 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 60 gdje je z v izmjerena visina razine vode u cijevi od obližnje geodetske točke, a z geok nadmorska visina geodetske točke. Na mjernim mjestima i 30, gdje je u sustavu prisutan potlak, korišten je deset-litarski plastični spremnik vode. U ovim slučajevima z v je izmjerena visina razine vode u spremniku od geodetske točke (vidi Sliku 4.10). Slika 4.9 Mjerenje piezometričke visine Slika 4.10 Mjerenje piezometričke visine pomoću akumulacije vode u spremniku

67 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Mjerenje visine vode iznad krune preljeva na vodoispustu obavljeno je pomoću mjerne letve postavljene na lijevom rubu ispusnog bazena (vidi Sliku 4.11). Na osnovu provedenih geodetskih mjerenja određena je nadmorska visina krune preljeva (+1,75 m.n.m.) i prenesena na mjesto ugradnje letve. Nula na letvi postavljena je na visinu od +1,75 m. Iz izmjerene visine vode nad krunom preljeva proračunat je protok u rashladnom sustavu pomoću formule (3.15). Slika 4.11 Mjerna letva u ispusnom bazenu 9. Mjerenje temperature obavljeno je očitavanjem sa ugrađenih termometara i pomoću prijenosnog termofara Rezultati mjerenja Sve izmjerene veličine su radi preglednosti prikazane tablično u Prilogu I. Podaci relevantni za hidrauličku analizu sustava preračunati su na računalu i prikazani u posebnoj tablici, također priloženoj u Prilogu I.

68 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Hidraulički model rashladnog sustava Na osnovu hidrauličkih analiza i mjerenja, napravljen je proračun protoka na preljevu, provjerena radna karakteristika glavnih rashladnih pumpi, konstruirane su piezometrička i energetska linija te određena radna točka rashladnog sustava Proračun protoka na preljevu Iz formule za proračun protoka na preljevu TE Rijeka (3.15) proračunat je protok u rashladnom sustavu. Iz mjerenja na preljevu (vidi Prilog I) dobivene su sljedeće vrijednosti visine vode iznad preljeva H: Datum mjerenja Pumpe u pogonu Razina mora (cm) Visina vode iznad preljevne brane (cm) A + B 0, A + B 0,18 76 A 0, B 0,01 57 A + B 0, A -0,1 57 A + B -0,07 75 Iz prethodne tablice vidljivo je da visina vode iznad preljevne brane, a time i protok, ne ovisi o razini mora. Dakle, izmjerena visina vode iznad preljevne brane je: - rad sa jednom pumpom: H = 0,57 m - obje pumpe u radu: H = 0,76 m Za izmjerene vrijednosti visine vode iznad preljeva, proračunati protok rashladnog sustava TE Rijeka iznosi:

69 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka jedna pumpa u radu: Q = 7,13 m / s m / h 1 = obje pumpe u radu: Q = 11,23 m / s m / h 2 = Proračunate vrijednosti protoka na preljevu dobro se slažu sa vrijednostima protoka definiranih projektom rashladnog sustava: - jedna pumpa u radu: Q 1 = m 3 /h - obje pumpe u radu: Q2 = m 3 /h Slika 5.1 Strujanje na preljevnoj brani vodoispusta Kao što smo naglasili u 4. poglavlju, točnost proračunatih protoka na osnovu izmjerenih visina vode iznad preljevne brane procjenjuje se na unutar 6%, zbog nešto nepravilnijeg nastrujavanja na preljevnu branu (Slika 5.1).

70 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Hidraulička analiza rada glavnih rashladnih pumpi Dobavna visina pumpe Dobavna visina pumpe H n jednaka je: H n 2 2 v2 v1 p2 p1 = + + ( z2 z1 ) (5.1) 2g ρg gdje su v 1 i v2 prosječne brzine strujanja na ulaznom i izlaznom presjeku pumpe, p1 i p 2 tlakovi na usisnoj i tlačnoj strani, z1 i z 2 geodetske visine usisne i tlačne strane pumpe (vidi Sliku 5.2). v 2 z 2, p 2 v 1 z 1, p 1 Slika 5.2 Skica glavne rashladne pumpe s ulaznim i izlaznim presjecima Dobavna visina za obje pumpe u pogonu: Brzina na ulazu u pumpu v 1 izračunava se iz proračunatog protoka u rashladnom sustavu na jednoj pumpi 3 Q = 5,6m / s i površine ulaznog presjeka pumpe u usisnom bazenu 2 A = 3, m (vidi Sliku 5.2): 1 064

71 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 65 Q v 1 = = 1,83 m / s A 1 Brzina na izlazu pumpe v 2 izračunava se iz proračunatog protoka kroz jednu pumpu 3 Q = 5,6 m / s i površine poprečnog presjeka tlačne cijevi pumpe A 2 = 1,766 m 2 (vidi Sliku 5.2): Q v 2 = = 3,17 m / s A 2 Izmjerena piezometrička visina na tlačnoj strani pumpe iznosi: - obje pumpe u pogonu: H 8, 28 m 2 = Iz izmjerene visine nivoa mora u bazenu ispred usisa pumpe z 0 = -0,05 m i geodetske visine usisne strane pumpe z 1 = -4,38 m potrebno je izračunati tlak na usisnoj strani pumpe. Zbog naglog povećanja brzine strujanja na ulazu pumpe dolazi do pada tlaka. Da bi izračunali tlak na usisu pumpe postavit ćemo Bernoullijevu jednadžbu od točke 0 do točke 1 (vidi Sliku 5.3). Iz Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe: Slika 5.3 Postavljanje Bernoullijeve jednadžbe na usisu pumpe

72 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 66 p 0 ρg 2 2 v0 p1 v1 + z0 = + + z 2g ρg 2g h gub Zbog malih brzina i kratkog puta fluida od točke 0 do 1, zanemaruje se hidraulički gubitak, tj. h gub = 0. Brzina strujanja na kraju usisnog bazena v 0 (točka 0) izračunava se iz proračunatog protoka u rashladnom sustavu 3 Q = 11,2 m / s i površine omočenog oboda vode u usisnom bazenu (za izmjerenu visinu nivoa mora: z 0 = -0,05 m) A 1 = 8,5 (5,2 0,05) = 43, 775 m 2 Q v 0 = = 0,25 m / s A 1 Iz Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe: p v0 v1 = p0 + ρ + ρg 2 ( z z ) ,25 1,83 p1 = , ,4 9, ( 0,05 + 4,38) = 0,418 Pa Geodetske visine tlačne i usisne strane su z1 = 4, 38 m i z2 = +1, 25 m. Dobavna visina za radnu točku kada su obje pumpe u pogonu: ,17 1,83 0, H n = + 8,28 + 4,38 = 8, 84 m 2 9, ,4 9,81

73 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 67 Dobavna visina za jednu pumpu u pogonu: Brzina na ulazu u pumpu v 1 izračunava se iz proračunatog protoka u rashladnom sustavu 3 Q = 7,13m / s i površine ulaznog presjeka pumpe u usisnom bazenu 2 A = 3,064 m (za izmjerenu visinu nivoa mora z 0 = -0,07 m) Q v 1 = = 2,33 m / s A 1 Brzina na izlazu pumpe v 2 izračunava se iz proračunatog protoka kroz jednu pumpu pumpe A 2 =1,766 m 2 : 3 Q = 7,13 m / s i površine poprečnog presjeka tlačne cijevi Q v 2 = = 4,04 m / s A 2 Iz provedenih mjerenja očitane su vrijednosti tlaka sa manometra na tlačnoj strani pumpe (p man = 0,057 bar), na osnovu kojih je izračunata piezometrička visina u tom presjeku cjevovoda: H = p + z 1 man man = 0, ,95 = 4, 52 m. Tlak u osi cijevi ( z = 1, 25m ) je dakle: 2 p = H z = 4,52 1,25 3, 27m, tj. 2 2 = - p 0, 327 bar 2 = Iz izmjerene visine nivoa mora u bazenu ispred usisa pumpe z 0 = -0,07 m i geodetske visine usisne strane pumpe z 1 = -4,38 m potrebno je izračunati tlak na usisnoj strani pumpe. Zbog naglog povećanja brzine strujanja na ulazu

74 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 68 pumpe dolazi do pada tlaka. Da bi izračunali tlak na usisu pumpe postavit ćemo Bernoullijevu jednadžbu od točke 0 do 1 (vidi Sliku 5.3). p 0 ρg 2 2 v0 p1 v1 + z0 = + + z 2g ρg 2g h gub Brzina strujanja na kraju usisnog bazena (točka 0) v 0 izračunava se iz proračunatog protoka u rashladnom sustavu 3 Q = 7,13 m / s i površine omočenog oboda vode u usisnom bazenu izmjerenu visinu nivoa mora z 0 = -0,07 m) A = 2 1 = 8,5 (5,2 0,07) 43, 6 m (za Q v 0 = = 0,16 m / s A 1 Iz Bernoullijeve jednadžbe dobivamo tlak na usisu pumpe: p v0 v1 = p0 + ρ + ρg 2 ( z z ) ,16 2,33 p1 = , ,4 9, ( 0,07 + 4,38) = 0,406 Pa Geodetske visine tlačne i usisne strane su z1 = 4, 38 m i z2 = +1, 25 m. Dobavna visina za radnu točku kada je jedna pumpa u pogonu: ,04 2,33 0, , H n = + + (1,25 + 4,38) = 5, 4 m 2 9, ,4 9,81

75 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Stupanj iskoristivosti pumpe Snaga na osovini pumpe mjerena je preko električne snage na stezaljkama elektromotora i preračunata uz koeficijent iskoristivosti elektromotora η EM = 0, 98. P = C P EM η EM Izmjerena snaga pumpe i stvarna snaga na osovini pumpe: Režim rada Izmjerena snaga [kw] Snaga na osovini pumpe [kw] Obje pumpe u pogonu 699,6 685,608 Jedna pumpa u pogonu 501,3 491,274 Stupanj iskoristivosti pumpe jednak je omjeru ukupne snage na osovini pumpe P c i ukupne snage predane vodi od strane pumpe P v. pri čemu je PV η =, (5.2) P C PV = ρgqh n (5.3) Izračunata dobavna visina pumpi iznosi: - obje pumpe u pogonu: H n = 8, 84 m - jedna pumpa u pogonu: H n = 5, 4 m Stupnjevi iskoristivosti iznose:

76 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 70 - obje pumpe u pogonu: 1024,4 9,81 8,843 5,6 η = = 0, , jedna pumpa u pogonu: 1024,4 9,81 5,4 7 η = = 0, , Provjera radne karakteristike pumpe Na osnovu proračunatih dobavnih visina, provjerena je projektna karakteristika pumpe. Usporedbom radne karakteristike pumpe iz dokumentacije (Slika 3.6) sa dobavnim visinama i protocima dobivenim mjerenjima, vidi se (Slika 5.4) da su odstupanja unutar granica točnosti mjerenja.

77 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 71 Slika 5.4 Provjera radne karakteristike pumpi

78 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Piezometrička i energetska linija Piezometrička linija je zbroj tlačne i geodetske visine, a prikazana je po dužini sustava l (sustav je "razvijen" u jednu dimenziju): p( l) H ( l) = + z( l). ρ g Energetska linija je zbroj tlačne visine, geodetske visine i kinetičke energije izražene u metrima. Formula energetske linije u ovisnosti o varijabli l glasi: E( l) = p( l) ρ g 2 v( l) + z( l) + 2 g. Piezometrička i energetska linija predstavljaju dobar model hidraulike rashladnog sustava koji omogućava njegovu hidrauličku analizu i optimizaciju. Opsežna mjerenja su omogućila da se dovoljno precizno definira piezometrička i energetska linija, odnosno hidraulički gubici u rashladnom sustavu. Piezometrička linija kalibrirana pomoću mjerenja od prikazana je na Tablici 5.1 i na Slici 5.5. Na sljedećim slikama su ujedno prikazane gornje i donje geodetske visine (maksimalne i minimalne visine vode u svakom vertikalnom presjeku) rashladnog sustava po njegovoj dužini.

79 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 73 MJESTO U SUSTAVU BRZINA (m/s) HIDRAULIČKI GUBITAK (m) PIEZOMETRIČKA VISINA (m) more na površini 0-0,23 more na ulazu usisa 0, ,23 završetak ulaza usisa 0, ,0422 0, koljeno u usisu 0, , , neposredno nakon koljena 0, , , ulaz cijevi u bazen 0, , , neposredno nakon ulaza 0, ,0845 0, ispred grube rešetke 0, , iza grube rešetke 0, , , ispred kose rešetke 0, , iza kose rešetke 0, , ,02512 ispred rotacijskog sita 0, ,02512 iza rotacijskog sita 0, , ,05201 ispred pumpi 0, ,05201 usis pumpi 1, ,21842 manometar iza pumpi 3, ,84 8, početak koljena (iza lept. z.) 3, , , početak račve 3, , , početak uspona (koljeno) 1, , , kraj uspona (koljeno) 1, , , početak zavoja 1, , , kraj zavoja 1, , , iza račve 1, , iza leptirastog zatvarača 1, , , početak koljena 1, , ulaz u ulaznu komoru kond. 1, , , ulazna cijevna stijena 0, , ,12726 izlazna cijevna stijena 1, , , izlaz iz izlazne komore 0, , , početak koljena 2, ,66565 iza koljena 2, , , iza sakupljača kuglica 2, , , neposredno iza prigušnica 2, , , početak koljena (iza lept. z.) 2, , , iza koljena u račvi 2, , , kraj spajanja grana 2, , , početak zavoja 2, , , kraj zavoja 2, , , mjesto odzračivanja 2, , , ulaz u ispusni bazen 2, , , mjerna letva prije preljeva 0, , , Tablica 5.1 Piezometrička linija za rad obje pumpe nakon kalibracije

80 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 74 USISNI CJEVOVOD TLAČNI CJEVOVOD KONDENZATOR PRIGUŠNICE PUMPE ODVODNI CJEVOVOD USISNI BAZEN Slika 5.5 Piezometrička linija rashladnog sustava kod rada obje pumpe IZLAZNA GRAĐEVINA

81 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 75 Radi uvida u sifonski efekt u rashladnom sustavu, prikazane su maksimalne i minimalne vrijednosti tlaka duž rashladnog sustava u Tablici 5.2. Prikaz energetske linije u rashladnom sustavu dan je u Tablici 5.2 i na Slici 5.6. MJESTO U SUSTAVU MINIMALNI TLAK (m) MAKSIMALNI TLAK (m) ENERGETSKA VISINA (m) more na površini 0-0 more na ulazu usisa 31, , , završetak ulaza usisa 31, , ,23 koljeno u usisu 30, , ,22624 neposredno nakon koljena 29, , ,2178 ulaz cijevi u bazen 2, , , neposredno nakon ulaza 0 5, , ispred grube rešetke 0 5, , iza grube rešetke 0 5, , ispred kose rešetke 0 5, , iza kose rešetke 0 5, ,02011 ispred rotacijskog sita 0 5, ,02011 iza rotacijskog sita 0 5, ,04817 ispred pumpi 0 5, ,04817 usis pumpi 0 5, ,04817 manometar iza pumpi 6, , , početak koljena (iza lept. z.) 6, , , početak račve 6, , , početak uspona (koljeno) 5, , , kraj uspona (koljeno) 4, , , početak zavoja 3, , , kraj zavoja 3, , , iza račve 4, , , iza leptirastog zatvarača 4, , , početak koljena 4, , , ulaz u ulaznu komoru kond. -1, , , ulazna cijevna stijena -1, , , izlazna cijevna stijena -4, , , izlaz iz izlazne komore -4, , , početak koljena 2, , , iza koljena 2, , , iza sakupljača kuglica 2, , , neposredno iza prigušnica 0, , , početak koljena (iza lept. z.) 0, , , iza koljena u račvi 0, , , kraj spajanja grana 0, , , početak zavoja 0, , , kraj zavoja 0, , , mjesto odzračivanja 0, , , ulaz u ispusni bazen 0, , ,69305 mjerna letva prije preljeva 0 7, , Tablica 5.2 Minimalni i maksimalni tlakovi te energetske visine duž rashladnog sustava za rad obje pumpe

82 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 76 TLAČNI CJEVOVOD KONDENZATOR PRIGUŠNICE PUMPE ODVODNI CJEVOVOD USISNI BAZEN USISNI CJEVOVOD Slika 5.6 Energetska i piezometrička linija duž rashladnog sustava IZLAZNA GRAĐEVINA

83 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Radna točka rashladnog sustava Proračunavanjem ukupnih hidrauličkih gubitaka za protoke od 5 do 15 m 3 /s, dobivena je karakteristika cjevovoda. Ukupni hidraulički gubici dobiveni su tako da su za svaki protok uračunati i hidraulički gubici na preljevu na izlaznoj građevini, koji su dobiveni invertiranjem jednadžbe za protok na preljevu (3.15). Karakteristika cjevovoda i radna točka sustava kao sjecište karakteristika pumpi i cjevovoda, prikazane su na Slici 5.7. Utvrđene su radne točke rashladnog sustava: u radu s obje pumpe: - protok: Q = 11,2 m 3 /s = m 3 /h - dobavna visina pumpe: H = 8,84 m u radu s jednom pumpom: - protok: Q = 7,13 m 3 /s = m 3 /h - dobavna visina pumpe: H = 5,4 m Daljnje izmjene u sustavu (mijenjanje, izbacivanje i dodavanje novih otpora u sustav), mogu se pratiti na krivuljama karakteristika cjevovoda i pumpi, tj. može se pratiti promjena radne točke sustava. Praćenjem promjene protoka i dobavne visine pumpi (gubitka u sustavu) dobiva se potpun uvid u utjecaj određenog zahvata na cjevovodu na rad sustava. Neke od poželjnih promjena u sustavu bit će predložene u sljedećem poglavlju.

84 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 78 Slika 5.7 Radne točke rashladnog sustava

85 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Prijedlozi poboljšanja rada rashladnog sustava Rezultati provedene hidrauličke analize omogućuju slijedeće prijedloge za poboljšanje rada rashladnog sustava: 1. Skidanje prigušnica 2. Demontaža leptirastih zatvarača na ulazu u komore kondenzatora 3. Rekonstrukcije u izlaznoj građevini 4. Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu 5. Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava 6. Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima 6.1. Skidanje prigušnica Prigušnice su naknadno ugrađene u rashladni sustav sa ciljem da se postigne gornja točka punjenja rashladnika turbinskog ulja. Ugrađene su dvije prigušnice u grane račve poslije kondenzatora, između skupljača Taprogge kuglica i leptirastih zatvarača. Projektom je bilo predviđeno da se sustav za hlađenje turbinskog ulja snabdijeva rashladnom morskom vodom sa glavnim rashladnim pumpama. Međutim zbog problema koji su se javljali u radu rashladnog sustava i nakon ugrađivanja prigušnica, rashladnici turbinskog ulja su odspojeni od glavnih rashladnih pumpi i priključeni na pomoćne rashladne pumpe. Odvajanjem rashladnika turbinskog ulja od glavnih rashladnih pumpi nestaje potreba za prigušnicama. Provedenom hidrauličkom analizom ustanovljeno je da gubitak tlaka na prigušnicama iznosi približno 1,5 m piezometričke visine. Skidanje prigušnica iz rashladnog sustava direktno bi utjecalo na smanjenje potrebne snage glavnih rashladnih pumpi zbog znatnog smanjenja hidrauličkog gubitka. Međutim, skidanjem prigušnica dolazi do promjene radne točke sustava pumpa-cjevovod. Na osnovu hidrauličkog proračuna karakteristike cjevovoda, dobivene su dvije nove radne karakteristike cjevovoda, tj. radna karakteristika

86 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 80 cjevovoda bez jedne prigušnice i radna karakteristika bez obje prigušnice. Iz dobivenog dijagrama prikazanog na Slici 6.1 očitane su nove radne točke i izveden proračun potrebne snage i stupnja iskoristivosti glavnih rashladnih pumpi: Postojeća radna točka sustava Za rad obje pumpe: - potrebna snaga na osovini pumpe: P = 685, 6 kw - dobavna visina pumpe: H n = 8, 84 m - protok u sustavu: 3 Q = m / h Za rad jedne pumpe: - potrebna snaga na osovini pumpe: P = 491, 3 kw - dobavna visina pumpe: H n = 5, 4 m - protok u sustavu: 3 Q = m / h

87 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 81 Slika 6.1 Dijagram radnih karakteristika rashladnog sustava

88 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 82 Radna točka sustava bez jedne prigušnice Za rad obje pumpe: - potrebna snaga na osovini pumpe: P = 609 kw - dobavna visina pumpe: H n = 8, 32 m 3 - protok u sustavu: Q = m / h - stupanj iskoristivosti pumpe: η = 0, 80 Radna točka sustava bez obje prigušnice Za rad obje pumpe: - potrebna snaga na osovini pumpe: P = 606 kw - dobavna visina pumpe: H n = 8, 15 m 3 - protok u sustavu: Q = m / h - stupanj iskoristivosti pumpe: η = 0, 81 Potrebna snaga na pumpama proračunata je iz izraza (5.2) i (5.3). Budući da su stupnjevi iskoristivosti procijenjeni za 4% manji od projektnih (vidi 3. poglavlje), stupnjevi iskoristivosti pumpi za dobivene radne točke iz prethodnog dijagrama očitani su iz projektne krivulje iskoristivosti pumpe i smanjeni za 4%. Skidanjem obje prigušnice iz rashladnog sustava, postiže se povećanje protoka u sustavu za 0,8 m 3 /s (2900 m 3 /h) i pad dobavne visine pumpe za 0,7 m. Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za 80 kw. Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu izmjerenih podataka iznosi 700 kw, dok bi sa skidanjem obje prigušnice iznosila 618 kw. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem obje prigušnice postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon pumpi od 164 kw.

89 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 83 Moguće je da je izvođaču pogodnije izrezati prigušnice tako da ostane prsten od nekoliko centimetara. U tom slučaju hidraulički gubitak se kreće do 4 cm, za visinu ostatka prigušnice do 5 cm (vidi Sliku 6.2). Dakle, toliki hidraulički gubitak može se tolerirati. Slika 6.2 Hidraulički gubitak na ostatku odrezane prigušnice 6.2. Demontaža leptirastih zatvarača ispred kondenzatora Na ulazu i izlazu kondenzatorskih blokova instalirani su leptirasti zatvarači. Leptirastim zatvaračima predviđeno je zatvaranje pojedinih blokova kondenzatora po potrebi ili u zavisnosti o režimu rada elektrane. Budući da elektrana već godinama radi isključivo sa oba kondenzatorska bloka u svim režimima rada, prestala je osnovna funkcija leptirastih zatvarača. Predlaže se skidanje leptirastih zatvarača na dovodnim cjevovodima ispred kondenzatora. Leptiraste zatvarače iza prigušnica treba zadržati i vratiti u funkciju, tako da nakon skidanja prigušnica služe za regulaciju otpora, odnosno tlaka u rashladnom sustavu.

90 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Rekonstrukcije u izlaznoj građevini Pored prigušnica i kondenzatora, preljevna brana na vodoispustu predstavlja najveći hidraulički gubitak u sustavu. Ovdje se predlažu tri varijante rekonstrukcije Izrada propusta na preljevnoj brani Za smanjenje hidrauličkih gubitaka zbog preljevne brane na vodoispustu, prvi prijedlog je izrada propusta na preljevnoj brani. Ideja ovog prijedloga je zadržati postojeću funkciju bazena na vodoispustu. Idejno rješenje je dano na Slici 6.3. Slika 6.3 Trodimenzionalni prikaz propusta na preljevnoj brani Iz formule za protok na kosom preljevu (3.10) može se dobiti da je jedno od mogućih rješenja propust sljedećih dimenzija: - širina 5 m - dubina 1,6 m

91 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 85 Razina vode na preljevnoj brani kod rada obje pumpe time bi se smanjila za 76 cm. Skidanjem obje prigušnice i izradom propusta na preljevnoj brani, postiže se povećanje protoka u sustavu za 1 m 3 /s (3580 m 3 /h) i pad dobavne visine pumpe za 1,14 m (vidi Sliku 6.4). Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za 107 kw. Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu izmjerenih podataka iznosi 700 kw, dok bi sa skidanjem obje prigušnice i izradom propusta na preljevnoj brani iznosila 590 kw. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem obje prigušnice postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon pumpi od 220 kw.

92 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 86 Slika 6.4 Dijagram radnih karakteristika rashladnog sustava

93 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Smanjenje visine preljevne brane na vodoispustu Drugi prijedlog je da se smanji visina preljevne brane po cijeloj širini. Budući da se varijacija razine mora uslijed plime i oseke kreće od 0,608 do +1,262 m.n.m. (podatak iz TE Rijeka), moguće je smanjiti visinu preljevne brane za 0,5 m (sadašnja visina krune brane preljeva je 1,75 m.n.m.). Za rad obje pumpe i rashladni sustav bez obje prigušnice i krunom preljeva spuštenom za 0,5 m: - potrebna snaga na osovini pumpe: P = 576 kw - dobavna visina pumpe: H n = 7, 67 m - protok u sustavu: Q = m 3 / h - stupanj iskoristivosti pumpe: η = 0, 81 Skidanjem obje prigušnice iz rashladnog sustava i sniženjem preljeva za 0,5 m, postiže se povećanje protoka u sustavu za 0,95 m 3 /s (3430 m 3 /h) i pad dobavne visine pumpe za 1,17 m (vidi Sliku 6.5). Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za 109 kw. Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu izmjerenih podataka iznosi 700 kw, dok bi sa skidanjem prigušnica i smanjenjem visine preljeva za 0,5 m iznosila 588 kw. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem visine preljeva za 0,5 m postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon pumpi od 224 kw.

94 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 88 Slika 6.5 Dijagram radnih karakteristika rashladnog sustava

95 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Rekonstrukcija difuzora i uklanjanje preljevne brane u izlaznoj građevini Treći prijedlog i ujedno najskuplji je rekonstrukcija difuzora i uklanjanje preljevne brane na vodoispustu. Idejni prijedlog dan je na Slici 6.8. Uklanjanjem preljevne brane i obiju prigušnica iz rashladnog sustava postiže se povećanje protoka u sustavu za 1,79 m 3 /s (6470 m 3 /h) i pad dobavne visine pumpe za 2,2 m (vidi Sliku 6.7). Također, smanjena je i potrebna snaga na osovini pumpe za 161 kw. Potrebna snaga na elektromotoru pumpe u postojećem stanju, na osnovu izmjerenih podataka iznosi 700 kw, dok bi sa uklanjanjem preljevne brane i obje prigušnice iznosila 535 kw. Dakle, gledajući obje pumpe zajedno, skidanjem obje prigušnice i uklanjanjem preljevne brane postiglo bi se smanjenje ukupne potrebne snage za pogon pumpi od 330 kw. Rekonstrukcija difuzora sa završetkom ispod razine mora ima prednost u odnosu na sadašnje rješenje: - smanjenje gubitaka zbog eliminiranja preljevne brane i viseće pregrade - poboljšano startanje rashladnog sustava - smanjenje pjenjenja jer je pokazano ([12]) da je upravo obrušavanje vode u more uzrok intenzivnog stvaranja pjene na vodoispustu (vidi Sliku 6.6) Slika 6.6 Sadašnje pjenjenje na vodoispustu

96 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 90 Slika 6.7 Dijagram radnih karakteristika rashladnog sustava

97 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Rekonstrukcija kose rešetke u usisnom bazenu Kosa rešetka smještena je između grube rešetke i rotacijskog sita, a sastavljena je od snopova čeličnih profila dimenzija 10 x 100 mm koji su međusobno udaljeni 20 mm. Radi veće površine filtracije i lakšeg čišćenja rešetka je postavljena pod kutom od 15 u odnosu na vertikalnu ravninu usisnog bazena. Rešetka predstavlja jedan od hidrauličkih gubitaka u sustavu koji iznosi približno 7-8 cm piezometričke visine kada su obje pumpe u pogonu. Hidraulički gubitak još je veći sa onečišćenjem rešetke, što povećava ukupni gubitak rashladnog sustava, a time i potrebnu snagu pumpe. Predlaže se skidanje kose rešetke tako da rotacijska sita preuzmu ulogu kompletnog čišćenja ulazne morske vode. Alternativni prijedlog je da se ostave kose rešetke uz uvjet redizajniranja profila uz mogućnost jednostavne zamjene zaprljanih sa rezervnim čistim rešetkama. Analiza dvodimenzionalnog strujanja kroz rešetke napravljena je uz pomoć računalnih simulacija i dana u Prilogu II. Rezultati simulacije pokazuju da se zaobljenjem ulaznog i izlaznog dijela profila značajno smanjuju hidraulički gubici rešetke. Za konstrukciju optimalne rešetke potrebne su daljnje računalne simulacije uz optimiranje ne samo oblika ulaznog i izlaznog dijela profila nego i dužine profila te razmaka između profila Instaliranje difuzora na ulazu u usisni cjevovod sustava Instaliranje difuzora na usisne cjevovode ima sljedeće prednosti: - smanjenje miješanja toplije morske vode na vodoispustu s hladnijom vodom na usisu - smanjeni unos morskih organizama - smanjenje hidrauličkih gubitaka na usisu

98 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 92 Dobro oblikovani difuzor znatno smanjuje ulazne hidrauličke gubitke. Za ulaz u usisni cjevovod rashladnog sustava, hidraulički gubitak na ulazu iznosi h L = 4,2 cm (K L = 1, vidi poglavlje ). Za dobro oblikovani difuzor (po [3], [4]) može se postići K L = 0,1, odnosno hidraulički gubitak od h L = 0,4 cm. Detaljnija analiza strujanja oko difuzora napravljena je uz pomoć računalnih simulacija i prikazana u Prilogu II. Računalne simulacije omogućuju optimizaciju oblika difuzora i rješavanje dva vrlo važna problema: - smanjenje miješanja toplije morske vode na vodoispustu s hladnijom vodom na usisu - smanjenje unosa morskih organizama 6.6. Čišćenje svih naslaga u cijevima i bazenima Čišćenjem cjevovoda i bazena uklonile bi se naslage morskih organizama unutar rashladnog sustava. Učinak čišćenja je dvostruki. Prvo bi se postiglo smanjenje hidrauličkih gubitaka u sustavu, što bi se povoljno odrazilo na rad usisnih pumpi, a što je opširnije opisano u poglavlju 3.1. Također, uklanjanjem naslaga smanjio bi se intenzitet naseljavanja morskih organizama unutar rashladnog sustava. Naime, iako sustav filtracije uspijeva zaustaviti školjke i alge, planktonski organizmi mogu nesmetano ulaziti kroz sustave rešetki i glavne rashladne pumpe. U rashladnom sustavu na pogodnim mjestima gdje je temperatura mora odgovarajuća, iz planktona se razvijaju larve, a iz njih školjke koje se naseljavaju po stjenkama cjevovoda ([11]). Tako razvijene školjke u sustavu mogu blokirati mehanizme zapornica i kondenzatorske cjevovode. Zaglavljene ljuske školjki u kondenzatorskim cijevima povećavaju hidraulički gubitak u cijevima i tako smanjuju protok, a s njime i učinkovitost hlađenja pare u kondenzatoru.

99 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka Zaključak Na osnovu dostupne dokumentacije, provedenih mjerenja u pogonu u raznim režimima rada rashladnog sustava i hidrauličkih proračuna može se zaključiti da je projektno rješenje rashladnog sustava dobro odabrano, što potvrđuje i dosadašnji uspješan rad elektrane. U sklopu tog projektnog rješenja originalnost je uporaba sifonskog efekta koji značajno smanjuje potrebnu snagu pumpi i time povećava stupanj djelovanja ukupne termoelektrane. Međutim, sifonski efekt unosi određenu nestabilnost jer ovisi o vakuum sustavu. Pored dobrog projektnog rješenja bilo je nužno na rashladnom sustavu napraviti korekcije u cilju sigurnog snabdijevanja rashladnom vodom hladnjaka turbinskog ulja. Zbog toga su ugrađene prigušnice na izlazu kondenzatora. Nakon toga je rashladni sustav turbinskog ulja u potpunosti odvojen od glavnog rashladnog sustava. Zbog problema startanja glavnog rashladnog sustava ugrađena je viseća pregrada na kraju difuzora izlazne građevine. Za tako modificirani rashladni sustav napravljena su opsežna hidraulička mjerenja s ciljem ocjene stanja i prijedloga mjera za poboljšanje stupnja iskoristivosti. Hidraulička mjerenja i analiza glavnog rashladnog sustava TE Rijeka omogućuju donošenje sljedećih zaključaka: 1. U cilju povećanja stupnja iskoristivosti rashladnog sustava potrebno je smanjiti neke od hidrauličkih gubitaka pa se predlaže sljedeće: skidanje prigušnica demontaža leptirastih zatvarača na ulazu u komore kondenzatora rekonstrukcije u izlaznoj građevini rekonstrukcija ili uklanjanje kosih rešetki u usisnom bazenu instaliranje difuzora na ulazu u usisne cjevovode čišćenje svih naslaga u cjevovodima i bazenima

100 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 94 Smanjenjem hidrauličkih gubitaka smanjuje se dobavna visina pumpi i povećava protok u rashladnom sustavu. Povećani protok rezultira većom iskoristivosti kondenzatora i time se popravlja ukupni stupanj djelovanja elektrane. Smanjivanjem dobavne visine pumpi smanjuje se opasnost od proboja morske vode u parnu stranu kondenzatora preko zajedničkog vakuumskog kolektora. Međutim, ovo smanjenje dobavne visine ima i posljedicu povećanja poteškoća u održavanju vakuuma. To je posebno izraženo kod rada jedne pumpe uz ostale nepovoljne okolnosti kao što su: oseka, visoka temperatura mora, povećanje obraslosti u cjevovodima te eventualno propuštanja zraka na brtvenim i korodiranim površinama. Predloženim mjerama poboljšanja, koje su detaljno razrađene u 6. poglavlju, postiže se poboljšanje stupnja djelovanja cijele elektrane do 0.2% uz vrlo mala ulaganja i zahvate. U prethodnoj konstataciji nisu uračunati efekti povećanja termičkog stupnja djelovanja zbog efikasnijeg rada rashladnog sustava. Dakle, ukupni efekti poboljšanja su veći. Treba naglasiti da se predloženim mjerama pomiče granično područje rada sa jednom pumpom od 160 MW prema 190 MW, što predstavlja također sigurnu uštedu. 2. Smanjenje prevelike količine pjene na vodoispustu moguće je eliminiranjem preljevne brane ili smanjenjem njene visine. 3. Ugradnjom difuzora na ulazu u usisne cjevovode smanjio bi se utjecaj miješanja toplije morske vode na površini sa hladnijom vodom na usisu. 4. U cilju zaštite rashladnog sustava morske vode TE Rijeka od onečišćenja morskim organizmima (školjke, alge i sl.) predlaže se sljedeće: izgradnja difuzora na ulazu u usisne cijevi radi smanjenja ulazne brzine, a time i unosa morskih organizama u sustav

101 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 95 skidanje kosih rešetki jer je njihov učinak u sprečavanju onečišćenja zanemariv, a one predstavljaju gubitak koji se znatno povećava sa njihovim onečišćenjem ukoliko se ostavljaju kose rešetke predlaže se njihova optimalna rekonstrukcija i mogućnost fleksibilnog montiranja sa mogućnošću zamjene čišćenje cijelog sustava od naslaga morskih organizama Na kraju, preporuča se, nakon realizacije predloženih mjera poboljšanja ili dijela istih, obnoviti mjerenja i usporediti postignute rezultate.

102 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 96 Literatura [1] Aquasub p.z.r., Izvještaj o podvodnom pregledu i ispitivanju broj 16/99, Rijeka, [2] Sopta, L., Mrša, Z., Analiza strujanja vode u vodoispustu sistema za rashladnu vodu TE Rijeka, Rijeka, [3] Streeter, V., Fluid Mechanics, McGraw-Hill, New York, [4] Street, R. L., Watters, G.Z., Vennard, J. K., Elementary Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, New York, [5] Idelchik, I.E., Handbook of hydraulic resistance, Israel Program for Scientific Translation, Jerusalem, [6] CHRIS U.S. Coast Guard, Selected Properties of Fresh Water, Sea Water, Ice and Air, internet ( [7] Agroskin, I. I., Dimitrijev, G. T., Pikalov, F. I., Hidraulika, Zagreb, [8] Čugaev, R. R., Gidravlika, Energoizdat, Lenjingrad, [9] Bohl, W., Stromungsmaschinen, Vogel-Verlag, Wurzburg, [10] Wagner, W., Kreiselpumpen und Kreisel-pumpenanlagen, Vogel-Verlag, Wurzburg, [11] Stevenson, T.D.I., Mussel fouling at coastal power stations, University Marine Biological Station, Millport, [12] Institut "Ruđer Bošković" Centar za istraživanje mora, Utvrđivanje uzroka pjenjenja izlazne rashladne vode, Rovinj, [13] Družeta, S., Hidraulička analiza rashladnog sustava morske vode u TE Rijeka, Diplomski rad, Tehnički fakultet, Rijeka, [14] Pintar, S., Analiza strujanja morske vode u ulaznoj i izlaznoj građevini rashladnog sustava TE Rijeka, Diplomski rad, Tehnički fakultet, Rijeka, [15] TE Rijeka, Tehnička dokumentacija, prospekti i fotografije

103 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 97 Prilozi I II III Rezultati mjerenja Numeričke simulacije strujanja Shema sustava

104 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 98 Prilog I Rezultati mjerenja

105 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 99 Prilog II Numeričke simulacije strujanja Za potrebe ove studije napravljene su numeričke simulacije dvodimenzionalnog strujanja morske vode oko ulaza usisnih cjevovoda i kose rešetke. Ove simulacije su služile za kvalitativnu procjenu strujanja i omogućile donošenje određenih zaključaka. U ovom prilogu daje se kratki prikaz postupaka i rezultata numeričke simulacije. 1. Osnovne jednadžbe Numerički izračuni baziraju se na rješavanju osnovnih jednadžbi za očuvanje mase i količine gibanja (Navier-Stokes jednadžbe). Odabrani model za ovaj proračun je standardni k-ε turbulentni model koji je baziran na Reynolds-osrednjenim Navier- Stokes jednadžbama. Jednadžbe koje definiraju k-ε model turbulentnog strujanja su: ( ) 0 = + i i u x t ρ ρ (1) ( ) j i j l l ij i j j i j i i u u x x u x u x u x x p Dt Du = ρ δ µ ρ 3 2 (2) M b k i k t i Y G G x k x Dt Dk = ρε σ µ µ ρ (3) k C G C G k C x x Dt D b k i t i ) ( ε ρ ε ε σ µ µ ε ρ ε ε ε ε = (4)

106 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 100 G k u j u u i j = µ t +, xi x j xi µ ρcµ 2 k ε t = (5) gdje je p tlak, u i i-ta komponenta brzine, ρ gustoća, k kinetička energija turbulentnog strujanja, ε brzina disipacije, C,44, C = 1,92, C 0,09, σ k 1,0, σ = 1,3. = ε 1 ε = 1 2ε µ = Sustav jednadžbi (1)-(5) rješava se numerički. Numeričke metode i algoritmi te odgovarajući softver su sofisticirani i predstavljaju područje rada specijalista za računarsku mehaniku fluida. 2. Dvodimenzionalna simulacija strujanja na ulazu u usisni cjevovod Jedna od ideja u ovoj studiji je izgradnja difuzora na ulazu u usisne cjevovode. Svrha difuzora je smanjiti ulazne brzine, a time smanjiti unos morskih organizama i miješanje tople vode sa površine s hladnom vodom oko usisa. Strujanje u okolici usisa cjevovoda je trodimenzionalno i turbulentno. Kompjuterska simulacija takvog strujanja je vrlo zahtjevna. Za potrebe ove studije i donošenje kvalitativnih zaključaka o strujanju oko usisa napravljena je pojednostavljena dvodimenzionalna simulacija strujanja. Osnovne geometrijske veličine modela preuzete su iz dokumentacije. Usis morske vode u TE Rijeka nalazi se na 35 m dubine. Usisne cijevi su promjera 3 m, a cjevovod je u prosjeku nagnut za 30. Ulazni profil cijevi nije posebno oblikovan. Za proračunsku domenu osnovni parametri su: maksimalna dubina je 40 m, usis na dubini od 35 m, ulazni cjevovod je promjera 3 m i nagiba 30. Ukupna širina modela je 114,5 m. Nakon definiranja geometrijskih veličina izrađena je i generirana nestrukturirana mreža. Mreža za proračun izrađena je sa većim brojem elemenata na geometriji ulazne cijevi i po unutrašnjim stjenkama cijevi (vidi Sliku 1).

107 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 101 Slika 1 - Detalj mreže oko usisa Rubni uvjeti definirani su na Slici 2. ATMOSFERSKI TLAK ZADANI HIDROSTATSKI TLAK ZADANA BRZINA ČVRSTA GRANICA Slika 2 - Rubni uvjeti Rezultati proračuna prikazani su na slikama 3-6.

108 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 102 Slika 3 Vektori brzina [m/s]

109 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 103 Slika 4 Linije intenziteta brzina [m/s]

110 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 104 Slika 5 Strujnice

111 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 105 Slika 6 Linije intenziteta dinamičkog tlaka [Pa]

112 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 106 Iz prikazane simulacije zaključuje se da je strujanje oko ulaza dominantno radijalno, odnosno da su linije jednakih intenziteta brzina približno kružnice. Jasno je da bi se za 3D simulacije dobile plohe jednakih intenziteta brzina približno sfernog oblika. Drugim riječima, ove simulacije dokazuju da je usisavanje vode približno jednako iz svih smjerova, što rezultira i miješanjem površinske tople vode s hladnom pridnenom vodom. Prethodni zaključci sugeriraju izgradnju difuzora kojim bi se smanjile ulazne brzine, a time smanjilo miješanje površinske tople vode s hladnom pridnenom vodom i smanjio unos morskih organizama. 3. Simulacija strujanja na kosoj rešetci Kose rešetke s pravokutnim profilima stvaraju hidrauličke gubitke koji nisu zanemarivi, pogotovo ako su obrasle. Za procjenu hidrauličkih gubitaka na rešetkama napravljene su dvodimenzionalne numeričke simulacije strujanja za različite oblike profila rešetke. Dvodimenzionalni model rešetke dobiven je presjekom rešetke sa okomitom ravninom na profile rešetke. Na ukupnoj širini rešetke od 3,5 m smješteno je 116 profila 10 x 100 mm. Zbog sličnosti strujanja po cijeloj širini rešetke, promatrano je strujanje na pet profila rešetke. Nakon definiranja geometrija, izrade mreža i postavljanja rubnih uvjeta, izabran je standardni k-ε model turbulencije i izvršen proračun. Simulacije strujanja napravljene su za pet varijanti oblika profila (postojeći oblik profila i četiri varijacije). Nakon definiranja geometrije izrađene su i generirane nestrukturirane mreže za zadane domene. GEOMETRIJA 1 Prva geometrija je postojeća geometrija rešetke (Slika 7). Model se sastoji od pet profila rešetke dimenzije 10 x 100 mm međusobno razmaknutih 20 mm. Da bi se

113 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 107 profil strujanja ispred i iza rešetke u potpunosti formirao, mreža se proteže ispred i iza rešetke u dužini od 1000 mm tako da je cijeli model ukupne dužine 2100 mm. Slika 7 - Geometrija 1 - detalj mreže oko profila Ostale četiri varijante su: GEOMETRIJA 2 Profil postojeće rešetke skraćen je za 25% pa njegova duljina iznosi 75 mm. Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije. GEOMETRIJA 3 Profil postojeće rešetke skraćen je za 50% pa njegova duljina iznosi 50 mm. Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije.

114 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 108 Slika 8 Geometrija 4 detalj mreže oko profila GEOMETRIJA 4 Na ulaznom rubu postojećeg profila rešetke 10 x 100 mm izveden je kružni radijus R = 5 mm. Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije (Slika 8). GEOMETRIJA 5 Na ulaznom i izlaznom rubu osnovnog profila rešetke 10 x 100 mm izvedeni su kružni radijusi R = 5 mm (Slika 9). Razmak između profila nije promijenjen. Karakteristike modela i generirane mreže iste su kao i kod osnovne geometrije

115 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 109 Slika 9 - Geometrija 5 - detalj mreže oko profila Rubni uvjeti za simulacije strujanja dani su na Slici 10. SIMETRIJA ČVRSTA GRANICA ZADANA BRZINA ISTJECANJE SIMETRIJA Slika 10 - Rubni uvjeti Rezultati proračuna dani su na slikama

116 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 110 Geometrija 1 Slika 11 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 1) Slika 12 Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 1)

117 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 111 Slika 13 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 1) Geometrija 4 Slika 14 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 4)

118 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 112 Slika 15 Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 4) Slika 16 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 4)

119 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 113 Geometrija 5 Slika 17 - Vektori brzina [m/s] (Geometrija 5) Slika 18 Polje intenziteta brzina [m/s] (Geometrija 5)

120 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 114 Slika 19 - Polje tlaka [Pa] (Geometrija 5) Pad tlaka za pet varijanti oblika profila dan je na slijedećoj tablici, a pomoću dijagrama na Slici 20. Geometrije Oblik profila Pad tlaka [Pa] Smanjenje pada tlaka u odnosu na osnovnu geometriju [%] 1 10 x 100 mm x 75 mm x 50 mm x 100 mm + 1 x R5 mm x 100 mm + 2 x R5 mm Iz prethodne tablice vidi se da dobro oblikovani profil smanjuje hidraulički gubitak rešetke za čak 71%.

121 SOPEX Hidraulička analiza rashladnog sustava TE Rijeka 115 Slika 20 - Pad tlaka preko kose rešetke