DISEÑO DE TOMA DE AGUA PARA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON REFRIGERACIÓN EN CICLO CERRADO.

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1 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARRERA DISEÑO DE TOMA DE AGUA PARA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON REFRIGERACIÓN EN CICLO CERRADO. AUTOR: TULIO RODRÍGUEZ PINNA MADRID, Junio de 2008

2 DISEÑO DE TOMA DE AGUA PARA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON REFRIGERACIÓN EN CICLO CERRADO. Autor: Rodríguez Pinna, Tulio. Director: Fernández Pablo, Juan José. Entidad Colaboradora: Empresarios Agrupados A.I.E. RESUMEN DEL PROYECTO En el presente proyecto se ha diseñado el sistema de toma de agua para satisfacer las demandas de una Central de Ciclo Combinado, de forma que, se capta el agua del mar Mediterráneo y se conduce hasta las balsas de las torres de refrigeración (que necesitan de un caudal de agua de aporte), y a la planta de tratamiento de aguas de la Central para la producción de agua desalada, desmineralizada y potable. El sistema diseñado debe satisfacer estas demandas de caudal para todas los posibles modos de funcionamiento. Para asegurar que se van a satisfacer los requerimientos de caudal, se establecen unas condiciones de operación entre las que siempre estará funcionando: condiciones en el punto de diseño (TBS = 17 ºC, HR = 67%), condiciones de máxima temperatura (TBS = 35 ºC y HR = 33,2%) y condiciones de mínima temperatura (TBS = 1,5ºC y HR = 60%). Con las condiciones de operación establecidas, se calculan los caudales de agua evaporada y arrastrada por venteo en las torres, y con un análisis de las propiedades del agua (sobretodo de la salinidad), se establecen unos máximos de concentración de sales en el sistema de agua de refrigeración. Para no rebasar ese valor de máxima concentración de sales, se realiza una purga. A partir de estos caudales que pierde el sistema de refrigeración, se calcula el aporte que es necesario realizar a las balsas de las torres para que se mantenga su caudal, de forma que, con las demandas de la planta de tratamiento de aguas, se establecen los caudales de diseño (3000 m 3 /h para el punto de diseño, 3600 m 3 /h para condiciones de máxima temperatura y 2100 m 3 /h para condiciones de mínima temperatura). Se elige como tipo de toma una captación abierta con inmisario submarino, de este modo, se diseña el trazado de la toma bordeando los lindes de la Central nuclear

3 Vandellós 1 hasta la casa de bombas, desde la que se realizará el sifonado de la tubería que se introduce en el mar (mediante un equipo de cebado de dicha tubería) e impulsará el agua a la Central (mediante un equipo de bombeo). Estudiando los problemas que pueden surgir al utilizar un agua de mar (con fangos y sólidos en suspensión), se hacen necesarios una serie de pretratamientos que garantizan la correcta calidad del agua del circuito de refrigeración, y un estudio de materiales de tuberías, para seleccionar las más adecuadas para esta aplicación. Se eligen tuberías de plástico, con lo que se evitan los problemas de corrosión e incrustaciones. Se seleccionar tuberías de polietileno (PE) para el tramo de obra marina, ya que es un material más flexible, por lo que se adapta con mayor facilidad al fondo marino y aguanta mejor las deformaciones que puedan producir las corrientes, y, a pesar de tener menor resistencia mecánica, es suficiente para este tramo en el que los esfuerzos de compresión (la tubería va sifonada) son mínimos. Para el resto de la conducción se utiliza poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), que resiste mejor los esfuerzos mecánicos, lo que es conveniente para la obra terrestre, donde la presión de vacío (en el tramo de la tubería sifonada) y la presión de impulsión alcanzan valores más críticos. Como pretratamientos, se coloca una reja en el castillete de toma, para evitar que penetren en el sistema sólidos de gran tamaño y, en la casa de bombas, dividimos la cántara de agua de mar en dos partes mediante una rejilla que realizará un filtrado del agua, disminuyendo su contenido sólidos en suspensión hasta un tamaño de partícula de 2,5 mm. De esta manera, la cántara queda dividida en una zona sucia (en la que descarga la tubería sifonada) y una zona limpia (desde la que aspiran las bombas de impulsión que conducen el agua a la Central). La rejilla móvil se limpia automáticamente con la señal que recibe de los medidores de nivel (la diferencia de nivel revela una pérdida de carga, es decir, que la rejilla esté atascada) de las dos zonas de la cántara, por lo que necesitará agua del propio sistema. Tras la impulsión de las bombas, se sitúa un sistema de filtrado que elimina todos los sólidos en suspensión de tamaño mayor de 2 mm, de forma que se puede descargar el agua impulsada directamente a las balsas de las torres de refrigeración. Consisten en dos filtros autolimpiantes que trabajan al 100% de capacidad, de forma que, cuando

4 uno esta sucio (lo detecta por la pérdida de carga que se produce en él), se cierra su válvula y el agua se filtra por el otro. También se instala en la casa de bombas un sistema de electrocloración, que dosificará hipoclorito al castillete de toma de agua de mar, evitando así la proliferación de organismos marinos en el agua del sistema de toma y el atascamiento del castillete por la acumulación de algas. Se dimensionan todos las tuberías (según las restricciones impuestas por el fabricante de las mismas) y equipos para que cumplan los requisitos de funcionamiento del diseño elegido, de manera que se selecciona un sistema de cebado que sea capaz de evacuar un caudal de aire de 24 kg/h, con una presión final de la tubería de 0,2 bar-a y un sistema de bombeo con tres bombas en paralelo, cada una de las cuales debe ser capaz de impulsar un caudal de 1800 m 3 /h, con un TDH de, al menos, 60 m, y una sumergencia requerida menor a 1,65 m.c.a. El presupuesto total de ejecución del proyecto, tuberías, filtros, rejillas, sistema de electrocloración, sistemas de bombeo y de vacío, válvulas y accesorios asciende a ,29.

5 DESIGN OF AN INTAKE WATER SYSTEM FOR A COMBINED CICLE CENTRAL WITH REFRIGERATION IN A CLOSE CIRCUIT. On the present project, an intake water system has been designed to supply the demand of a Combined Cicle Central, taking water from the Mediterranean sea and conducting it to the pools of the refrigeration towers (that need water recirculation), and to the treatment works of the Central for the production of desalted, demineralised and potable water. The system has to satisfy the demand of water flow for all kind of operating conditions, taking in consideration that it also have to supply, with the conducting flow, the internal subsystems of the intake water system. To ensure that the flow requirements are going to be satisfied, operating conditions are lay down to ensure thar it is always going to work: design conditions (DBS = 17 ºC, RH = 67%), conditions of maximum temperature (DBS = 35 ºC y RH = 33,2%) and conditions of minimum temperature (DBS = 1,5ºC y RH = 60%). With the operating conditions established, the evaporated water flow and leaks on the towers are calculated, and with an analysis of water properties (over all, salinity), maximums of brine concentration in refrigeration water are established. Not to exceed the values of brine concentration in water, the refrigeration system needs to lose some of that brine flow and refill it with water with less salinity concentration. From the flows that the system loose, it is calculated the overflow that is necessary to add on the tower pools to maintain the flowand not to exceed ehe maximum salinity concentration permited. With this calculations and the treatment works plant demands (and taking in consideration the internal demands of the system), the design flows are established. It is chosen an open intake water system with a submerged pipe. The design of the course of the pipes bounders the borders of the Nuclear Central of Vandellós1 until the pumping station, in which the vacuum of the main pipe is done and where water is propelled to the Central. Studying the problems that can come up using sea water (with mud and suspension solids), pre-treatment works are necessary to guarantee a correct sea water quality for

6 the refrigeration circuit. It also has been made a study of the pipes materials to choose the most appropriate for this application. Plastic pipes have been chosen for this project because with this type of material, incrustation and corrosion problems are avoided. Polyethylene pipes have been selected for the sea immersion pipe because it is a flexible material and it resist the deformations caused with sea currents. In spite of having less mechanic resistance, its mechanic resistance is enough, because, the compression efforts on this pipe are insignificant. For the rest of the pipes is used PRFV, which resist better mechanical efforts that appear where the vacuum pressure and the impulsion pressure get to critical values. As pre-treatment works, it is used a grill on the intake point, to avoid big particles from penetrating on the system, and on the pumping station, the pool is divided in two parts with moving grill. When the sea water goes through the grill, it filtrates, decreasing the content in suspension solids (suspension solids bigger than 2,5 mm are eliminated). The pool is divided in two parts, one with dirty water and other with clean water. The grill is cleaned automatically with a signal that is received from level meters situated on both parts of the pool. Passed the impulsion pumps, a filtration system eliminates suspension solids bigger than 1 mm from the sea water, so that this water can be discharge directly to de pools of the refrigeration towers. The filtration system has two filters which have an auto cleaning system, these means that the filters work at 100% capacity, and when they are dirty, the valve closes automatically and another filter starts working. An electrochlorination system is also installed at the pumping station, its function is to measure out the hypochlorite at the beginning of the intake system, to avoid the proliferation of seaweeds on de grid. The pipes (taking in consideration the restrictions of the pipes manufacturer) and the equipments are dimensioned. The vacuum system has to evacuate 24 kg/h air flow, with a final pressure on the pipe of 0,2 bar-a and the pumping system, which is made up of three parallel pumps, in which each one has to impulse 1800 m 3 /h, with a TDH of, at least, 60 m, and a pump submergence minor than 1,65 w.c.m. The final budget of the project, pipes, filters, grilles, electrochlorination system, pumping and vacuum systems, valves and accessories amounts to ,29.