ما أسباب ترسب الرواسب على شفرات توربين تحويل النفايات إلى طاقة؟

تنتج الترسبات على ريش توربينات تحويل النفايات إلى طاقة (WTE) عادةً عن شوائب في البخار: قطرات من مياه الغلاية تُحمل مع إمداد البخار، أو السيليكا المنقولة في الطور البخاري، أو نواتج التآكل المنطلقة من دائرة المياه والبخار. ويعتمد الإجراء التصحيحي على نوع المادة الموجودة وكيفية وصولها إلى الريش. يعيد التنظيف مسار التدفق إلى حالته الطبيعية، لكن تكرار الترسبات يشير إلى استمرار مصدر التلوث أو آلية انتقاله.

في محطات تحويل النفايات إلى طاقة، يبقى رماد الاحتراق وغاز المداخن خارج مسار البخار الطبيعي للتوربين. يؤثر تركيب النفايات في تشغيل الغلاية وأسطح نقل الحرارة، لكن وجود الرماد على جانب الاحتراق لا يثبت سبب اتساخ التوربين. يتطلب التشخيص أدلة تربط الترسبات على الريش بكيمياء البخار، أو معالجة المياه، أو حالة المعدات، أو حدث تشغيلي.

يؤدي حمل مياه الغلاية إلى انتقال الأملاح الذائبة

يحدث الحمل الميكانيكي عندما تتسرب قطرات الماء من نظام فصل البخار في الغلاية. وتحتوي هذه القطرات على مواد مذابة ومعلّقة مصدرها مياه الغلاية. وعندما تدخل البخار المحمص وتتبخر، تخلّف ملوثات قد تتراكم على الصمامات والفوهات والريش.

يزيد ارتفاع مستوى الماء في الأسطوانة، وتكوّن الرغوة، وتلف مكونات الفاصل، والتشغيل خارج نطاق الأحمال المصمم للفاصل، من احتمال حدوث الحمل. وتستدعي التغيرات السريعة في الحمل اهتمامًا خاصًا. فقد يؤدي انتفاخ الأسطوانة أثناء خفض الضغط إلى ارتفاع مستوى الماء الظاهري واضطراب عملية الفصل، حتى عندما تبدو قراءات الحالة المستقرة السابقة مقبولة.

يعزز ارتفاع إجمالي المواد الصلبة الذائبة في مياه الغلاية احتمال الحمل في الظروف غير الملائمة. وقد يشجع التلوث العضوي، بما في ذلك دخول الزيت إلى نظام المكثفات، على تكوّن الرغوة. قد تؤدي زيادة التصريف المستمر للغلاية إلى خفض تركيز المواد الصلبة الذائبة، لكنها لن تصلح فاصلًا تالفًا أو تزيل مصدر دخول الزيت.

يُعد الصوديوم في عينة بخار ممثلة مؤشرًا مفيدًا على التلوث، لأن كثيرًا من شوائب مياه الغلاية تحتوي على الصوديوم. غير أن ارتفاع الصوديوم وحده لا يحدد نقطة الدخول. قارن توقيته بمستوى الأسطوانة، وتغيرات الحمل، وكيمياء مياه الغلاية، وجودة المكثفات. يمكن لتلوث قصير أثناء بدء التشغيل أو اضطراب الحمل أن يخلّف ترسبات، حتى لو عادت العينات اللاحقة إلى طبيعتها.

يختلف سلوك السيليكا عن حمل القطرات

يمكن أن تصل السيليكا إلى البخار عبر كل من الحمل الميكانيكي والانتقال في الطور البخاري. ويتغير توزعها بين مياه الغلاية والبخار تبعًا للضغط وكيمياء المياه. لذلك، فإن فعالية فصل القطرات لا تضمن وحدها انخفاض السيليكا في البخار إلى مستوى كافٍ.

مع تمدد البخار عبر التوربين، تتراجع قدرته على الاحتفاظ بالسيليكا، ما يسمح بترسبها على الأسطح الواقعة في اتجاه الجريان. وتعتمد المراحل المتأثرة على ظروف الدخول ومسار التمدد؛ لذا فإن إسناد كل ترسبات السيليكا إلى مرحلة ثابتة في التوربين أمر غير موثوق. وغالبًا ما تكون الترسبات الغنية بالسيليكا صلبة ويصعب إزالتها بالماء وحده.

لذلك، لا تثبت قراءة الصوديوم المنخفضة في البخار أن التحكم في السيليكا مُرضٍ. وتتطلب السيليكا في البخار قياسًا مستقلًا، تدعمه سجلات السيليكا في مياه الغلاية ومعالجة مياه التعويض. وعند استخدام وحدة لإزالة المعادن، قد تؤدي استنفاد وسائط المعالجة أو اختراق الملوثات أو مشكلات التجديد إلى زيادة حمل السيليكا الداخل إلى الدورة.

تتطلب الترسبات المحتوية على الفوسفات تفسيرًا مختلفًا. ففي الغلاية التي تستخدم المعالجة بالفوسفات، يدعم وجود الفوسفات في ترسبات التوربين بقوة فرضية انتقال مياه الغلاية إلى البخار. وقد تؤدي زيادة جرعة المواد الكيميائية دون التحقيق في الحمل إلى زيادة كمية المواد المتاحة للترسب.

يساعد تركيب الترسبات على تضييق نطاق التحقيق

يساعد اللون والملمس في توثيق الترسبات، لكنهما لا يحددان هويتها بشكل موثوق. فقد تحتوي طبقة داكنة على أكاسيد الحديد ممزوجة بالأملاح، بينما قد تحتوي ترسبات فاتحة اللون على السيليكا أو عدة مركبات مستخدمة في معالجة المياه. صوّر الأسطح واجمع العينات قبل الغسل أو السفع أو استخدام المواد الكيميائية.

احتفظ بعينات المراحل والمكونات المختلفة منفصلة. سجّل المرحلة، وجانب الريشة، والموضع الشعاعي، وسُمك الترسبات، وما إذا كانت المادة مفككة أم متماسكة. يؤدي جمع كل المواد في عينة واحدة إلى فقدان معلومات الموقع التي تساعد على التمييز بين التلوث السابق للتوربين والترسب أثناء التمدد.

يحدد التحليل العنصري المكونات، بينما يساعد تحليل الأطوار المعدنية على تحديد المركبات الموجودة. كما يفيد اختبار الذوبان في الماء في اختيار طريقة التنظيف. وغالبًا ما تتطلب الترسبات المختلطة أكثر من طريقة تحليلية واحدة، ولا سيما عندما تربط الأملاح القابلة للذوبان جسيمات السيليكا أو الأكاسيد الأكثر صلابة بعضها ببعض.

تتبّع التلوث عبر دائرة المياه والبخار

قد يؤدي تسرب المكثف إلى إدخال شوائب مياه التبريد إلى المكثفات. كما يشكل رجوع مكثفات العمليات الملوثة إلى الدورة مسارًا آخر، حيثما يُستخدم تصدير الحرارة. وتعتمد الترسبات الناتجة في التوربين على نوع الملوثات وتركيزها في الغلاية ومدى انتقالها إلى البخار.

قارن العينات المأخوذة من مياه التعويض والمكثفات ومياه التغذية ومياه الغلاية وبخار مدخل التوربين. يشير التدهور الذي يظهر أولًا في المكثفات إلى مصدر مختلف عن ذلك الذي يقتصر على مياه الغلاية. وينبغي أن تشمل سجلات الكيمياء أيضًا تغييرات المعالجة، والطلب غير المعتاد على مياه التعويض، وفترات بدء التشغيل، وأي عزل لخطوط رجوع المكثفات.

عند وجود ترسبات غنية بالحديد، افحص انتقال نواتج التآكل وسجل التشغيل الحديث. فقد يؤدي التعرض أثناء التوقف، أو سوء الحفظ، أو اضطرابات بدء التشغيل إلى إطلاق الأكاسيد المتراكمة. كما يمكن لجسيمات الأكاسيد الأكبر حجمًا أن تسبب التعرية؛ لذا قد يعكس السطح الذي يجمع بين الترسبات وأضرار التصادم أكثر من آلية واحدة.

تحقق من نظام أخذ العينات قبل اعتماد نتيجة بخار تبدو نظيفة. إذ يؤثر موقع العينة وترتيب سحبها وحالة الخط والتبريد واستجابة جهاز التحليل في إمكانية رصد حدث تلوث قصير. ولا يمكن لعينة مخبرية متأخرة أُخذت بعد استئناف التشغيل المستقر أن تعيد بناء تفاصيل ارتفاع الحمل السابق.

ميّز بين أعراض التلوث وأنواع فقدان الأداء الأخرى

تغيّر الترسبات شكل الريش، وتزيد خشونة السطح، وتضيّق ممرات الفوهات. وبحسب موقعها وشدتها، قد ينتج عن ذلك انخفاض الكفاءة أو تغير ضغوط المراحل أو انخفاض القدرة الاستيعابية لتدفق البخار. قارن ضغط المرحلة وتدفق البخار عند ظروف دخول وضغط عادم وحمل متكافئة؛ فقراءة ضغط واحدة لا تكفي.

في التوربين البخاري الذي يدير مولدًا، والمتاح بقدرات تتراوح من 1.5 MW إلى 400 MW، ينبغي تقييم الخرج الكهربائي بالتزامن مع تدفق البخار والظروف الديناميكية الحرارية. ولا يكفي انخفاض الخرج وحده للتمييز بين اتساخ الريش وانخفاض درجة حرارة الدخول أو ارتفاع ضغط المكثف أو القيود الكهربائية.

يتطلب الاهتزاز القدر نفسه من الدقة في التقييم. فقد تؤدي الترسبات غير المتوازنة إلى اضطراب اتزان الدوار، لكن تغير المحاذاة ومشكلات المحامل والاحتكاك وتلف الريش قد تسبب الاهتزاز أيضًا. اربط اتجاهات الاهتزاز بأحداث الكيمياء وتغيرات الأداء، ثم تحقق من الحالة الميكانيكية أثناء الفحص. فقد تنفصل المواد المفككة، لذا فإن التغير المفاجئ في الاهتزاز لا يثبت زوال الاتساخ.

طابق الإزالة والوقاية مع الآلية المؤكدة

اختر طرق التنظيف بناءً على تحليل الترسبات وإجراءات الشركة المصنّعة للتوربين. يناسب الغسل بالماء بعض الأملاح القابلة للذوبان، بينما قد تتطلب ترسبات السيليكا الغنية أو أكاسيد الحديد شديدة الالتصاق طريقة أخرى معتمدة. قد يغيّر التنظيف الكاشط غير المنضبط هندسة الريش أو تشطيب سطحها، كما قد تتسبب المواد الكيميائية غير المناسبة في تآكل المواد أو بقائها محتجزة في الشقوق.

قبل التنظيف، قيّم التنقر والتشققات والتعرية تحت الترسبات. فقد تكون الريشة التي تبدو متسخة متضررة أيضًا بالتآكل، بما يستلزم إصلاحها أو استبدالها. ولا ينبغي إجراء الغسل أثناء التشغيل إلا إذا كان تصميم التوربين وإجراءات التشغيل يسمحان بذلك صراحةً، مع تحديد حدود إدخال الماء وتصريفه.

ينبغي أن تستند الإجراءات التصحيحية إلى الأدلة: أصلح مكونات الفصل عند ثبوت الحمل الميكانيكي، وثبّت سلوك مستوى الأسطوانة أثناء التغيرات العابرة، واستعد إزالة السيليكا عند تأكيد اختراق نظام المعالجة، أو اعزل مصدر التلوث في المكثفات. بعد إعادة التشغيل، راقب اتجاهات كيمياء البخار في عينات ممثلة أثناء بدء التشغيل وتغيرات الحمل، وكذلك أثناء التشغيل المستقر. وأعد فحص المراحل المتأثرة سابقًا عند أول توقف مناسب لتحديد ما إذا كان الترسب قد تباطأ أم عاد.