Rola niezależnego eksperta na etapie wyboru technologii przygotowania wody dla nowych inwestycji 1) Autor: Antoni Litwinowicz ENERGOPOMIAR Sp. z o.o., Zakład Chemii i Diagnostyki ( Energetyka nr 7/2013) Konsekwencją złej pracy urządzeń gospodarki wodno-ściekowej stosowanych w energetyce są pojawiające się w urządzeniach zaliczanych do podstawowych osady eksploatacyjne i korozja, co zwykle prowadzi do wzrostu kosztów eksploatacji, a nawet do zniszczenia elementów urządzeń podstawowych. Nie bez znaczenia również są często występujące przy złej pracy instalacji do przygotowania wody czy też oczyszczania ścieków duże opłaty ponoszone ze względu na wielkość ładunków zanieczyszczeń zrzucanych do środowiska. Niedoceniany jest fakt wykorzystywania w urządzeniach do przygotowania wody znaczącej ilości drogich materiałów wsadowych, jakimi są np. jonity, węgle sorpcyjne, różnego rodzaju membrany. Mogą one stosunkowo łatwo ulec dezaktywacji obecnymi w wodzie zanieczyszczeniami. Koszty odtworzenia zasobów są często tak duże, że eksploatatorzy decydują się na ich dalsze użytkowanie, nie licząc się z konsekwencjami mogącymi wystąpić w urządzeniach zasilanych wodą z wadliwie pracujących stacji, np. produkcji wody zdemineralizowanej. Podobnie jest również z eksploatacją innych urządzeń, np. wstępnego przygotowania wody. Praca tego węzła rzutuje bezpośrednio na sprawność skraplaczy turbinowych, chłodnic w obiegu wody ruchowej, ale także instalacji do demineralizacji wody zasilanych taką wodą. Nieskuteczna, często niezoptymalizowana praca oczyszczalni ścieków przemysłowych czy sanitarnych stanowi poważny problem finansowy z tytułu nadmiernych opłat za zrzucane do środowiska ładunki zanieczyszczeń. Wielu trudności eksploatacyjnych można uniknąć jeszcze na etapie wyboru technologii przygotowania wody dla nowych inwestycji bądź poddawanych gruntownej modernizacji stacji uzdatniania wody. 1) Artykuł oparty na referacie wygłoszonym na IX Forum Dyskusyjnym Diagnostyka i chemia dla energetyki, zorganizowanym przez ENERGOPOMIAR w dniach 22-24 maja 2013 r. w Szczyrku.
Artykuł jest próbą zwrócenia uwagi na działania eksperckie, które powinny mieć miejsce już w najwcześniejszej fazie realizacji konkretnych projektów inwestycyjnych mających na celu wybudowanie stacji uzdatniania wody (SUW) niepowodujących problemów podczas eksploatacji i to nie tylko w pierwszych latach po oddaniu do użytkowania, ale i w dłuższej perspektywie czasowej. Podstawowe problemy w działalności eksperckiej W działalności eksperckiej z zakresu technologii przygotowania wody najważniejsze jest sprecyzowanie tematyki istotnej z punktu widzenia wyboru technologii, realizacji inwestycji, ale przede wszystkim przewidzenia możliwych utrudnień, które mogą wystąpić w późniejszej eksploatacji urządzeń. Niezbyt trafiona technologia skutkuje znacznymi kosztami eksploatacyjnymi lub nawet dodatkowymi nakładami inwestycyjnymi ponoszonymi w celu dotrzymania wymagań stawianych poszczególnym rodzajom wód produkowanych dla różnych potrzeb eksploatacji. Główne zagadnienia, które powinny być uwzględniane w trakcie działań eksperckich technologów, przedstawiają się następująco: rozpoznanie dostępnych źródeł wody surowej; określenie wymagań dotyczących jakości potrzebnej wody dla różnych obiegów; określenie parametrów gwarantowanych; wybór technologii uzdatniania wody dla określonych potrzeb; ocena możliwości wykorzystania istniejących urządzeń dla potrzeb nowych SUW; uwarunkowania środowiskowe, analiza powiązań SUW z innymi obiegami wodnymi i ściekowymi; etapowa analiza powstającej dokumentacji. Rozpoznanie dostępnych źródeł wody W wielu przypadkach projektowanie urządzeń gospodarek wodnej i ściekowej prowadzone jest w oparciu o niepełne dane dotyczące jakości wody będącej surowcem do dalszego uzdatniania czy też ścieków podawanych oczyszczaniu, które posiada inwestor. Wynika to głównie z chęci obniżenia kosztów na tym etapie działań inwestycyjnych.
Krokiem poprzedzającym projektowanie musi być wykonanie rozszerzonej analizy wody czy ścieków. Nie może to być analiza fragmentaryczna, gdzie projektant musi zakładać pewne parametry, które często później nie znajdują odzwierciedlenia w rzeczywistych warunkach. Analiza musi zawierać pełny bilans jonowy oraz wszystkie niezbędne dane, które mogą wpływać na przebieg projektowanego procesu technologicznego. Takimi istotnymi danymi są np. dla wód powierzchniowych: znajomość zawartości substancji organicznych (utlenialność, ChZT Cr, ogólny węgiel organiczny, oleje, detergenty), zawartość krzemionki jonowej i niejonowej czy też w przypadku projektowania instalacji z zastosowaniem technik membranowych dodatkowo zawartość baru, strontu, wskaźnik SDI. Często, szczególnie gdy mamy do czynienia z jakością wody zmienną w czasie (np. dla wód rzecznych), konieczna jest długofalowa obserwacja, a czasami wręcz monitorowanie jakości badanej wody w skali roku. W sposób oczywisty widać tutaj potrzebę odpowiednio wczesnego podjęcia decyzji odnośnie projektowania, aby dać czas jednostkom zajmującym się badaniami przedprojektowymi na podjęcie stosownych badań, jak również ich weryfikację. Jednak nawet najdoskonalsze rozpoznanie źródeł wody nie gwarantuje stuprocentowej pewności co do trafności przyjętej technologii. Jak zaznaczają Rolf Gimbel, Martin Jekel i Rainer Ließfeld w pracy pt. Podstawy i technologie uzdatniania wody, z powodu złożoności procesów fizycznych, chemicznych i mikrobiologicznych przebiegających podczas uzdatniania, przebiegu i wyniku uzdatniania nie można dokładnie obliczyć. Dlatego zaleca się wykonanie testów uzdatniania w skali półtechnicznej, które umożliwią przystąpienie do precyzyjnego wymiarowania w zależności od chemicznego stanu wody i przebiegu procesów podczas uzdatniania.. Należy zgodzić się z tym stwierdzeniem. Rolą niezależnego eksperta (NE) w zakresie tych zagadnień jest ocena posiadanych materiałów analitycznych pod kątem ich kompletności i przydatności do projektowania, wskazanie zakresu potrzebnych dodatkowych badań technologicznych, również ocena wyników przeprowadzonych badań pilotowych. W wyniku tych prac NE może rekomendować do wykorzystania w Programie funkcjonalno-użytkowym (PFU) lub SIWZ analizę wody, która będzie obligatoryjnie stosowana do obliczeń przez przyszłych wykonawców SUW.
Określenie wymagań dotyczących jakości potrzebnej wody dla różnych obiegów Z punktu widzenia NE określenie wymagań dotyczących jakości wody potrzebnej do uzupełniania strat w różnych obiegach powinno być rozpatrywane co najmniej dla trzech podstawowych obiegów występujących w energetyce, to jest głównego obiegu chłodzenia na ogół cyrkulacyjnego, obiegu wodno-parowego oraz obiegu ciepłowniczego. Jest to zagadnienie zawierające w sobie elementy podlegające ocenie specjalistycznej ze względu na często różniące się wymagania wynikające z aktów normatywnych i z danych podawanych przez dostawców różnych urządzeń oraz różnice wynikające z nie do końca jednolitej terminologii i różnego sposobu wykonywania analiz chemicznych. Często widać to przy współpracy z kontrahentami zagranicznymi. Poniżej przedstawiono uwarunkowania najczęściej występujące w polskiej energetyce. Stosowane w krajowej energetyce wytyczne dotyczące jakości wody chłodzącej w obiegach cyrkulacyjnych przedstawiono w tabeli 1. Dotyczą one różnych parametrów chemicznych wpływających na bezpieczną pracę układu chłodzenia oraz chłodni. Tabela 1. Wskaźniki jakości wody w obiegach cyrkulacyjnych Wskaźnik Jednostka Wartość Uwagi Zasadowość ogólna mval/l 2,0 2,8 4,0 5,0 <10 bez stabilizowania wody przy dozowaniu polifosforanów nieorganicznych przy dozowaniu fosforanów organicznych przy dozowaniu specjalnych antyskalantów ph - 6,5 8,5 Siarczany SO 4 2 mg/l 500 1000* *przy stosowaniu betonów odpornych na działanie siarczanów Żelazo jako Fe 2+ mg/l <0,3 Mangan jako Mn 2+ mg/l <0,3 Chlor wolny Cl 2 mg/l <1,0 Amoniak NH 3 mg/l <0,5 dla urządzeń, w których zastosowano stopy miedzi Zawiesina ogólna mg/l <30 Mając na uwadze powyższe dane, należy odpowiednio dobrać możliwy do zastosowania współczynnik zgęszczenia wody obiegowej K. Będzie on zależny nie tylko od
jakości wody uzupełniającej straty w obiegu chłodzenia, ale również od uwarunkowań środowiskowych oraz miejsca zrzutu odsolin. Z tego punktu widzenia istotnym parametrem mającym wpływ na kształtowanie się współczynnika zagęszczenia K jest suma chlorków i siarczanów. Postęp w dziedzinie rozwiązań konstrukcyjnych kotłów i związane z tym zwiększanie parametrów produkowanej pary stawiają coraz wyższe wymagania dla jakości wody zasilającej kotły. Jakość wody zasilającej kotły w sposób bezpośredni zależy przede wszystkim od czystości kondensatu powrotnego, ale także od jakości wody dodatkowej zdemineralizowanej kierowanej do uzupełniania strat w obiegu wodno-parowym. Ze względu na zwiększone szkodliwe oddziaływanie zanieczyszczeń zawartych w wodzie i parze w stosunku do wysokoprężnych obiegów wodno-parowych na najwyższe parametry, widać stale postępujące zaostrzanie wymagań dotyczących jakości wody i pary. Obecnie podstawowym dokumentem regulującym jakość wody zasilającej jest Polska Norma PN-EN 12952-12: Kotły wodnorurkowe i urządzenia pomocnicze. Część 12: wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej. Najwyższe wymagania zgodnie z normą musi spełniać woda zasilająca i woda wtryskowa do schładzaczy dla kotłów przepływowych. Wymagania określone normą przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Wymagania według normy PN-EN 12952-12 Parametr Jednostka Woda pozbawiona soli Ciśnienie robocze Bar cały zakres Wygląd - przejrzysta, wolna od zawiesin Przewodność właściwa w temp. 25 0 C µs/cm nie określa się Przewodność kwasowa w temp. 25 0 C µs/cm <0,2 Wartość ph w temp. 25 0 C - 7 10* Zawartość sodu + potasu ( Na + K) mg/l <0,010 Zawartość żelaza (Fe) mg/l <0,010 Zawartość miedzi (Cu) mg/l <0,003 Zawartość krzemionki (SiO 2 ) mg/l <0,020 Zawartość tlenu (O 2 ) mg/l 0,250* Zawartość substancji organicznych (jako TOC) mg/l <0,2
* w zależności od stosowanego reżimu Parametrami wymagającymi rozbudowanych urządzeń do produkcji wody dodatkowej zdemineralizowanej zapewniających ich dotrzymanie są zawartości: sodu, potasu, krzemionki, a głównie substancji organicznych (TOC, DOC). Innym powszechnie stosowanym dokumentem do określania jakości wody zasilającej jest Dyrektywa VGB-R 450 L dotycząca jakości wody zasilającej, wody kotłowej oraz pary dla elektrowni zawodowych i elektrowni przemysłowych. Dyrektywa nie przedstawia żadnych bezwzględnych wartości granicznych parametrów chemicznych, lecz wyróżnia realistyczne pola zastosowań oraz dopuszczalne obszary robocze ze względu na minimalizację korozji w obiegu woda-para, a przez to również optymalną żywotność instalacji. Dodatkowa elastyczność w konstruowaniu wymagań podanych w dyrektywie została wprowadzona poprzez zastosowanie filozofii action-level. Dotyczy ona pracy ciągłej, a w szczególności okresów uruchomienia. Obowiązuje tutaj zasada, wedle której użytkownik musi uwzględnić szczegółowy projekt swojej instalacji oraz zmodyfikować granice parametrów odpowiednio do specyficznych wymagań. I tutaj widać rolę NE, który w ramach posiadanych doświadczeń może proponować zarówno zaostrzenie niektórych parametrów, jak i ocenić granice dopuszczalnych odstępstw od przepisów. W sposób oczywisty przekłada się to na technologie stosowane w SUW. Z problemem jakości wody dodatkowej kierowanej do kotłów ciepłowniczych i do uzupełnienia obiegów ciepłowniczych związane są trzy akty normatywne. Są to: Polska Norma PN-85/C-04601: Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jaskości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych; jest to norma wycofana bez zastąpienia, jednak powszechnie stosowana; Polska Norma PN-93/C-04607: Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania dotyczące jakości wody; Polska Norma PN-EN 12952-12: Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze. Część 12: Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej. Polska Norma PN-85/C-04601 opisuje sposób badania i wymagania dotyczące jakości wody dla kotłów wodnych oraz zamkniętych obiegów ciepłowniczych. Norma dotyczy zarówno wody obiegowej, jak i wody do napełniania i uzupełniania obiegów, przy czym
występuje tu wyraźne rozgraniczenie na obiegi charakteryzujące się małym uzupełnianiem poniżej 5 m 3 /h i obiegi większe o uzupełnianiu przekraczającym 5 m 3 /h. Zapobieganie procesom korozyjnym realizowane ma być głównie poprzez podniesienie ph wody kierowanej do poszczególnych układów, dobre odgazowanie wody i związane z tym usunięcie tlenu. Natomiast procesy korozyjne związane z dużą zawartością soli silnych kwasów nie zostały uwzględnione. Procesy osadotwórcze mają być ograniczone głównie poprzez utrzymywanie praktycznie zerowej twardości wody oraz ograniczenie jej zasadowości ogólnej do poziomu poniżej 1,0 mval/l. Stopień narażenia układów na odkładanie się osadów eksploatacyjnych ocenia się na podstawie pomiarów takich parametrów jak: zasadowość ogólna, zawartość żelaza ogólnego, zawartość zawiesiny oraz służącą do kontroli stężenia najpopularniejszego środka korekcyjnego zawartość fosforanów. Niewielką uwagę poświecono zawartości substancji organicznych. Jedynym parametrem kontrolnym jest tutaj zawartość substancji ekstrahujących się rozpuszczalnikami organicznymi (oleje). W oparciu o wieloletnie doświadczenia widać, że podane w normie parametry w małym stopniu uwzględniały uwarunkowania współpracy zamkniętych obiegów ciepłowniczych z kotłami parowymi, w szczególności produkującymi parę dla turbin. Nawet niewielkie przecieki w obrębie wymienników ciepłowniczych mających styczność z parą powodują pogorszenie jakości kondensatów, a tym samym jakości wody zasilającej kotły i pary kierowanej do turbin. Można temu zapobiegać, stosując do uzupełniania sieci wodę o jakości zbliżonej do jakości wody zdemineralizowanej. Polska Norma PN-93/C-04607 ma zastosowanie do badania i oceny jakości wody stosowanej w instalacjach ogrzewania wodnego niskotemperaturowego. Stosuje się ją przy projektowaniu i eksploatacji instalacji centralnego ogrzewania wodnego z węzłami cieplnymi wymiennikowymi lub z kotłami, dla których nie zostały określone przez producenta wymagania dotyczące jakości wody zasilającej. Norma nie dotyczy instalacji z kotłami o mocy poniżej 25 kw. Norma praktycznie utraciła znaczenie dla dużych systemów ciepłowniczych, ponieważ również od strony instalacji centralnego ogrzewania układy są napełniane przeważnie wodą obiegową krążącą w głównym obiegu.
Norma dopuszcza stosowanie w takich instalacjach wody twardej o twardości ogólnej poniżej 4 mval/l, o ile producent kotła nie postanowił inaczej. Charakterystyczną cechą normy jest próba ograniczenia w wodzie zawartości chlorków i siarczanów, których suma powinna wynosić poniżej 150 mg/l. Norma silnie nawiązuje do rodzaju materiałów konstrukcyjnych stosowanych w obiegach grzewczych, w ten sposób ustalono np. limit dla zawartości jonu amonowego na poziomie poniżej 0,5 mg NH 4 /l. Polaka Norma PN-EN 12952-12 ma zastosowanie dla wszystkich kotłów wodnorurkowych do wytwarzania pary lub wody gorącej, które są ogrzewane poprzez spalanie co najmniej jednego paliwa albo za pomocą gorących spalin. W stosunku do kotłów wodnych wysokotemperaturowych określono ph wody dodatkowej, które musi być większe od 7. Ograniczono także twardość wody do wartości poniżej 0,05 mmol/l, a także zawartość żelaza, miedzi, olejów. Sprecyzowano również stanowisko autorów normy co do zawartości substancji organicznych w wodzie zasilającej, w sposób co prawda opisowy, jednak zupełnie jednoznaczny, pisząc, że negatywne zjawiska związane z ich obecnością w wodzie kotłowej powinny być ograniczone do minimum. Mając na uwadze wszystkie normy oraz uwarunkowania praktyczne, obecnie w układach ciepłowniczych, układach skojarzonych oraz w dużych elektrowniach posiadających człony ciepłownicze powinna być stosowana do uzupełniania strat woda nie tylko zdekarbonizowana i zmiękczona, ale również odsolona lub zdemineralizowana. Rolą NE jest przedstawienie propozycji dotyczących kwestii wyboru sposobu przygotowania wody uzupełniającej oraz pokazanie, jak będą pracować obiegi ciepłownicze zasilane w różny sposób. Propozycję wyjściową opracowaną przez ENERGOPOMIAR przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Jakość wody dodatkowej kierowanej do kotłów wodnych i obiegów ciepłowniczych Rodzaj oznaczenia Jednostka Wartość Uwagi Przewodność właściwa w temp. 25 0 C μs/cm <10 przed korekcją Odczyn ph >8,5 po korekcji Twardość ogólna mval/l <0,005 Zasadowość ogólna (Z og ) mval/l <0,1 przed korekcją Tlen rozpuszczony mg O 2 /l <0,020 po odgazowaniu Zawartość wolnego CO 2 mg CO 2 /l <10 przed korekcją Żelazo ogólne mg/l <0,050 Zawartość jonu amonowego mg NH 4 /l <0,50 Zawiesina ogólna mg/l <1 Substancje ekstrahujące się rozpuszczalnikami organicznymi (oleje) mg/l <1 Indeks nadmanganianowy mg KMnO 4 /l <5 Nie bez znaczenia jest tutaj także fakt, że chociażby z uwagi na brak konieczności budowania w elektrociepłowniach i elektrowniach odrębnych układów do produkcji wody dla potrzeb kotłów parowych i ciepłowniczych uproszczeniu ulegają schematy technologiczne SUW. Można tutaj także rozważać wystąpienie dodatkowego efektu ekologicznego polegającego na ograniczeniu ładunku zanieczyszczeń związanych z pracą stacji uzdatniania wody i oczyszczania chemicznego eksploatowanych układów. Określenie parametrów gwarantowanych SUW po wybudowaniu, w mniejszym lub większym stopniu, podlegają pomiarom gwarancyjnym. Jeżeli są to instalacje budowane wspólnie z nową jednostką wytwórczą, ilość kontrolowanych parametrów z reguły na SUW jest organiczna tylko do jakości wody uzdatnionej oraz wydajności instalacji wody. Jest to niewłaściwe podejście, nie dające informacji, jak przedmiotowa instalacja będzie zachowywać się w przyszłości w zmiennych warunkach eksploatacyjnych. Należy przy tym zauważyć, że SUW, chociaż jest zaliczana do grupy urządzeń pomocniczych, jest elementem, który może pogorszyć lub nawet uniemożliwić pracę nawet najstaranniej zaprojektowanego nowego bloku. Nie bez znaczenia
są tutaj także mogące się pojawić niespodziewane koszty eksploatacyjne SUW wynikające z nietrafnie dobranej technologii. Inaczej sytuacja przedstawia się dla SUW budowanych jako obiekt samodzielny. W tym przypadku zarówno zakres pomiarów, jak i ilość urządzeń podlegających kontroli bywa znacznie większy. Właściwy dobór punktów kontrolnych szczególnie ważny jest w projektowanych SUW, gdzie zamierza się zastosować techniki hybrydowe (układy do strącania zanieczyszczeń, membrany, jonity). Pozwala to w rezultacie na wykonanie głębszej analizy pracy i zachowania się SUW również w dłuższej perspektywie czasowej. Rezultatem pracy NE w tym zakresie może być pomoc przy ustaleniu punktów, które będą podlegać kontroli podczas pomiaru gwarancyjnego, ustalenie zakresu analityki, ustalenie wartości wymaganych i dopuszczalnych badanych parametrów, weryfikacja programów pomiarów, wreszcie już na etapie odbioru instalacji do eksploatacji ocena wyników takich pomiarów. Wybór technologii uzdatniania wody dla określonych potrzeb Wybór urządzeń realizujących poszczególne procesy uzdatniania jest skomplikowany i obarczony pewną wstępną wadą wynikającą z filozofii stosowanej przez wielu dostawców urządzeń, którzy przede wszystkim preferują urządzenia będące w ich portfelu. Ze względu na możliwość stosowania różnych technologii i urządzeń od licznych dostawców także rola NE nabiera szczególnego znaczenia. Chodzi tutaj o obiektywizm, który musi być zachowany przy ocenie poszczególnych rozwiązań. Pomocna w tym zakresie jest przede wszystkim znajomość przez NE urządzeń, jego doświadczenia eksploatacyjne dla takich samych lub podobnych urządzeń oraz znajomość sytuacji awaryjnych, które się zdarzyły lub mogą wydarzyć. Jak dalece dobór technologii i urządzeń ją realizujących jest zagadnieniem złożonym przedstawiono poniżej. Do urządzeń wstępnego przygotowania wody zaliczamy różnego typu reaktory, również z wypełnieniami lamelowymi, służące prowadzeniu procesu dekarbonizacji i koagulacji wody, wszelkiego rodzaju filtry oraz wymienniki sorpcyjne. Praca tych urządzeń ma istotny wpływ na stan techniczny instalacji i sieci zasilanych wodą wstępnie przygotowaną, np. urządzeń obiegu chłodzącego, jak również urządzeń służących do demineralizacji wody kierowanej do kotłów parowych lub zmiękczania wody wprowadzanej do sieci ciepłowniczych. W skrajnych przypadkach specyficzne zanieczyszczenia, jeżeli nie zostały całkowicie zatrzymane w urządzeniach do wstępnego
przygotowania wody, mogą przenikać przez dalsze urządzenia do demineralizacji wody i w rezultacie dostać się do kotłów. Przykładem takich zanieczyszczeń mogą być infekcje bakteryjne. Podstawowymi zagadnieniami wiążącymi się z pracą tych urządzeń jest określanie podatności wód na dekarbonizację i koagulację oraz optymalny dobór dawek wapna oraz rodzaju i dawki koagulantu. Nie bez znaczenia jest także ocena efektywności stosowania różnego rodzaju biocydów służących do ograniczania rozwoju glonów i zakażeń bakteryjnych. Wyniki takich badań podlegają ocenie NE. Zagadnieniem, które pojawiło się w ostatnim okresie, jest ustawianie reżimu pracy reaktorów strąceniowych realizujących tylko proces koagulacji w urządzeniach z wydzielonymi komorami reakcyjnymi i osadnikami lamelowymi w kierunku maksymalizacji stopnia usunięcia substancji organicznych. Znaczący rozwój nastąpił w technikach filtracji wody. Wprowadza się w tradycyjnych filtrach ciśnieniowych wypełnienia warstwowe posiadające oprócz zdolności do zatrzymywania zawiesin także własności sorpcyjne, a nawet jonowymienne. Wypełnienia takie stosowane są w trudnych przypadkach odżelaziania, odmanganiania, konieczności usuwania mikrozawiesin i substancji organicznych lub zatrzymywania specyficznych zanieczyszczeń, takich jak jon amonowy czy metale ciężkie. Tutaj działalność NE ma służyć przede wszystkim kontroli i ocenie wyników badań nad skutecznością działania filtrów do zanieczyszczeń usuwanych, jak i przenikania przez nie różnych zawiesin szkodliwych dla dalszych urządzeń. Pojawiła się także nowa generacja filtrów dyskowych i siatkowych o dużych wydajnościach, filtrów świecowych z odpłukiwalnymi świecami, filtrów z namywanym materiałem itp. Stawia to przed NE poważne zadanie określenia kryteriów doboru filtrów, aby w pełni spełniały stawiane im zadania. Wiąże się to z koniecznością dokładnego rozeznania rodzaju usuwanych zanieczyszczeń, a także wymiarów usuwanych cząstek. Najnowsze i najbardziej precyzyjne urządzenia do filtracji sięgnęły do technik membranowych. Pojawiły się pełno wymiarowe instalacje stosujące mikrofiltrację lub ultrafiltrację membranową jako wstępny etap przygotowania wody przed urządzeniami do demineralizacji, ale także do produkcji wody na cele chłodnicze, np. z oczyszczonych ścieków komunalnych. Są to techniki wysokosprawne, coraz szerzej stosowane w przypadkach wód trudno poddających się filtracji lub dla szczególnych wymagań, co do jakości filtratu pod względem zawartości różnego rodzaju mikrozanieczyszczeń.
Rolą NE w tym przypadku jest nie tylko precyzyjne określenie efektywności pracy danego urządzenia filtracyjnego, ale również ocena możliwości eliminacji zagrożeń związanych z zanieczyszczaniem się membran w trakcie eksploatacji. Do demineralizacji wody nadal powszechnie wykorzystuje się techniki jonitowe. W początkowej fazie budowano instalacje współprądowe w wielu różnych konfiguracjach. Obecnie projektuje się i wprowadza do eksploatacji praktycznie wyłącznie rozwiązania przeciwprądowe w technice złóż upakowanych regenerowanych od dołu lub pracujących w złożach zawieszonych. Są to techniki bardzo ekonomiczne, ograniczające znacznie zużycie wody na potrzeby własne oraz ilości potrzebnych chemikaliów do regeneracji, dające równocześnie wodę o parametrach nieosiągalnych w układach z regeneracją współprądową. Jednak jak wynika z doświadczeń eksploatacyjnych ENERGOPOMIARU, stacje demineralizacji wody pracujące w technikach przeciwprądowych ze złożami upakowanymi są zdecydowanie bardziej czułe na zanieczyszczenia mechaniczne niesione w wodzie surowej i wymagają specjalnego postępowania dla ograniczenia ilości drobnych zawiesin poprzez stosowanie wysoko sprawnych technik strąceniowych oraz filtracji. Rolą NE jest w tym przypadku zwrócenie szczególnej uwagi na jakość wody zasilającej stacje jonitowe. Dzięki rozwojowi elektroniki i pojawieniu się powszechnie dostępnych mikroprocesorów, możliwa jest budowa w pełni zautomatyzowanych instalacji wyposażonych w aparaturę do bieżącej kontroli parametrów chemicznych i fizykochemicznych pracujących lub regenerowanych ciągów technologicznych. Stawia to przed NE nowe zadania. Przy współpracy z automatykami, określa on prawidłowość algorytmów sterowania oraz dobór i nastawy parametrów pracy i regeneracji poszczególnych wymienników. Również rolą NE jest określenie ilości i rodzaju aparatury pomiarowej potrzebnej do bieżącej kontroli strategicznych parametrów procesowych oraz sterowania SUW. Podstawowym materiałem stosowanym w technologii przygotowania wody do celów energetycznych są jonity. O żywotności jonitów stosowanych w stacjach demineralizacji decyduje głównie jakość wody czy też kondensatów oczyszczanych przy ich pomocy, ale również nie bez znaczenia jest jakość dostarczonych jonitów. Również w zakresie doboru jonitów widzimy rolę NE. Począwszy od lat dziewięćdziesiątych rozpoczął się okres wprowadzania w energetyce zawodowej dużych instalacji do oczyszczania i demineralizacji wody metodami
membranowymi. Chodzi tu przede wszystkim o instalacje, gdzie zastosowano urządzenia do odwróconej osmozy, mikrofiltracji czy ultafiltracji. Doświadczenia wynikające z rozruchu i eksploatacji tych urządzeń pozwalają na stwierdzenie, że instalacje tego typu mogą być stosowane w specyficznych warunkach energetyki i są przydatne w przypadkach dysponowania tanimi źródłami wody lub wodami zawierającymi trudne do usunięcia bądź nietypowe zanieczyszczenia przenikające przez instalacje wykorzystujące techniki jonitowe. Jest to ciągle rozwijająca się technologia, gdzie wciąż pojawiają się nowe możliwości jej zastosowania w różnych obiegach wodnych czy ściekowych występujących w energetyce. Jednak stosowane w urządzeniach membrany można łatwo zniszczyć zarówno w wyniku zasilania ich wodą o nieodpowiedniej jakości, jak i nieumiejętnego stosowania środków korekcyjnych. Działalność NE polega tutaj miedzy innymi na weryfikacji często zbyt optymistycznie przyjętych założeń projektowych, gdzie projektant za wszelką cenę usiłował np. zwiększyć stopień odzysku wody. Zasadniczo każdy poważniejszy projekt powinien być poprzedzony badaniami co najmniej na skalę pilotową. Wyniki badań i sformułowane wnioski powinny podlegać ocenie NE. Ocena możliwości wykorzystania istniejących urządzeń dla potrzeb nowych SUW W elektrowniach już eksploatowanych często zachodzi konieczność oceny istniejących urządzeń gospodarki wodno-ściekowej pod kątem wykorzystania w nowych projektach SUW. Jest to pole do współpracy specjalistów branżowych, gdzie nadrzędnym wydaje się stanowisko technologów co do celowości stosowania istniejącego sposobu uzdatniania. Sytuacja jest zdecydowanie prostsza, kiedy na danym obiekcie w perspektywie do 5 lat był wykonany pomiar eksploatacyjny rozpatrywanej SUW. Właściwie przeprowadzone pomiary eksploatacyjne mają na celu: przegląd urządzeń i materiałów dotyczących historii ich eksploatacji; określenie poprawności działania urządzeń kontrolnych i pomiarowych; określenie parametrów technologicznych i wskaźników eksploatacyjnych poszczególnych urządzeń lub instalacji; próbę optymalizacji pracy urządzeń w istniejących warunkach ruchowych; sprawdzenie jakości wody w poszczególnych etapach uzdatniania;
określenie skuteczności działania neutralizatorów i oczyszczalni ścieków; działania na rzecz minimalizacji zrzucanych ładunków soli i ilości ścieków; sprawdzenie poprawności procedur technologicznych i laboratoryjnych; weryfikację sposobu prowadzenia kontroli eksploatacji; opracowanie wytycznych dla prac modernizacyjnych, remontowych lub wskazanie kierunków inwestowania; dostarczenie materiałów do opracowania lub nowelizacji instrukcji eksploatacji poszczególnych instalacji. Oczywistym jest że, do każdego z obiektów należy podejść indywidualnie, ustalając na wstępie niezbędny zakres rzeczowy prac pomiarowych. Efektem prac pomiarowych powinny być: poprawa efektywności pracy urządzeń; zmniejszenie kosztów produkcji wody uzdatnionej; poprawa parametrów produkowanej wody lub oczyszczanych ścieków; materiały do weryfikacji istniejących instrukcji eksploatacji, w tym również instrukcji stanowiskowych; niezbędna dokumentacja do aktualizacji pozwoleń wodno-prawnych; uporządkowanie systemu kontroli pracy urządzeń; zalecenia do wymiany membran, jonitów, materiałów filtracyjnych, aparatury kontrolno-pomiarowej; wskazanie kierunków modernizacji lub inwestycji. Jest to również pole do działalności NE, począwszy od opracowania założeń do pomiarów eksploatacyjnych, a skończywszy na ocenie wyników pomiarów i rekomendowaniu kierunków modernizacji lub budowy nowej SUW. Uwarunkowania środowiskowe, analiza powiązań SUW z innymi obiegami wodnymi i ściekowymi Wybór technologii uzdatniania wody nie może odbywać się w oderwaniu od innych urządzeń z zakresu gospodarki wodą i ściekami czy też odpadami w obrębie całej elektrowni. W przypadku projektowania nowych elektrowni zwykle istnieją większe możliwości w konfigurowaniu ustawienia budynków i budowli, wyboru rodzajów urządzeń, prowadzeniu sieci wody, sieci kanalizacyjnej itp. Jednak i w tym przypadku należy starannie rozważyć,
jakie są możliwości poboru wody, racjonalność wykorzystania niektórych źródeł wody, celowość zamykania obiegów wodnych, możliwość wykorzystania wód odpadowych i emitowanych ścieków w innych układach gospodarki wodno-ściekowej. Decydującym o całościowym charakterze gospodarki wodno-ściekowej są uzyskane pozwolenia wodnoprawne będące elementem pozwoleń zintegrowanych. W sposób jednoznaczny określają one możliwość pozyskania wody surowej, jak i możliwość odprowadzania ścieków. Nie można projektować czy też modernizować istniejących SUW w oderwaniu od uwarunkowań zawartych w tych dokumentach. Często zawarte w nich parametry dotyczące gospodarki wodno-ściekowej narzucają konkretne, zwykle bardziej rozbudowane, układy technologiczne. Nie rzadko powoduje to poważny konflikt pomiędzy wymaganiami prawnymi a możliwościami ekonomicznymi inwestora. Nowe instalacje zamiast być tańsze i przynosić określone oszczędności, okazują się droższe zarówno pod względem inwestycyjnym, jak i eksploatacyjnym, tylko ze względu na konieczność dochowania wymogów środowiskowych. W sposób szczególnie widoczny zagadnienia te uwypuklają się w obiektach, które nie posiadają instalacji do hydrotransportu żużla i popiołu i przynależnych do nich mokrych składowisk odpadów paleniskowych. Najczęściej w takich przypadkach konieczna jest budowa dedykowanych dla określonych potrzeb oczyszczalni ścieków przemysłowych. Rola NE polega na analizie powiązań proponowanych układów SUW z całością gospodarki wodno-ściekowej elektrowni i wskazaniu wariantów, które mogą już stanowić podstawę do wykonania analizy ekonomicznej przedsięwzięcia. Etapowa analiza powstającej dokumentacji Do wybudowania SUW potrzebna jest dokumentacja, która wykorzystywana jest na różnych etapach procesu inwestycyjnego, począwszy od dokumentacji koniecznej na etapie organizowania przetargów, a skończywszy na dokumentach odbiorowych gotowych instalacji i projektach powykonawczych. Na każdym z tych etapów potrzebne jest spojrzenie NE weryfikującego dokumentację od etapu powstawania PFU, SIWZ, poprzez projekty podstawowe i wykonawcze, a skończywszy na dokumentacji powykonawczej. Z reguły działania NE prowadzą do bardziej precyzyjnych zapisów w PFU czy SIWZ, dokładniej opisujących wymagania Zamawiającego. Ocena dokumentacji projektowej pozwala na bieżące śledzenie odchyłek od założeń pierwotnych opisanych w PFU czy też
SIWZ i w przyjętej ofercie, a także śledzenie punktów styku we fragmentach dokumentacji wykonywanych przez różnych podwykonawców oraz doprecyzowanie szczegółów, które w sposób otwarty zostały opisane w dokumentach przetargowych. Podsumowanie Wielu trudności eksploatacyjnych można uniknąć jeszcze na etapie wyboru technologii przygotowania wody dla nowych inwestycji bądź poddawanych gruntownej modernizacji SUW. Widoczna jest tutaj rola niezależnych ekspertów oceniających i weryfikujących działania ekip przygotowujących przetargi i projektujących SUW. Główne zagadnienia, które powinny być uwzględniane w trakcie działań eksperckich technologów, przedstawiają się następująco: rozpoznanie dostępnych źródeł wody surowej; określenie wymagań dotyczących jakości potrzebnej wody dla różnych obiegów; określenie parametrów gwarantowanych; wybór technologii uzdatniania wody dla określonych potrzeb; ocena możliwości wykorzystania istniejących urządzeń dla potrzeb nowych SUW; uwarunkowania środowiskowe, analiza powiązań SUW z innymi obiegami wodnymi i ściekowymi; etapowa analiza powstającej dokumentacji. Literatura [1] PN-EN 12952-12: Kotły wodnorurkowe i urządzenia pomocnicze. Część 12: Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej, 2006. [2] VGB-R 450 L: Richtlinien für die Speisewasser-,Kesselwasser- und Dampfqualität für Kraftwerke / Industriekraftwerke, VGB PowerTech, Essen 2006. [3] Podstawy i technologie uzdatniania wody, t. 1, red. Gimbel R., Jekel M., Ließfeld R., Wydawnictwo Projprzemeko, 2004.