Eine intelligente Zugangsplanung ermöglicht eine effiziente Wartung des Kühlturms

Zwei hyperbolische Kühltürme erheben sich 495 Fuß über dem Byron Generating Station der Exelon Corp. etwa 110 Meilen westlich von Chicago, Illinois. Die Türme tragen zur Kühlung der beiden Westinghouse-Druckwasserreaktoren bei, die am Standort bis zu 2.346 MW erzeugen können.

Wie alle klassischen hyperbolischen Kühltürme mit Nassübertragung (Abbildung 1) verwendet die Byron Generating Station Füllpackungen, um die freiliegende Oberfläche des Wassers zu vergrößern und die Kontaktzeit zwischen Luft und Wasser zu verlängern. Diese Maßnahmen erhöhen die Wärmeübertragungsrate bzw. die Wärmeübertragungsmenge. In einer folienartigen Füllpackung fließt Wasser in einem dünnen Film über Stapel vertikal ausgerichteter Kunststoffplatten mit einem Abstand von etwa 0,75 Zoll. Die Platten weisen ein gewelltes oder V-förmiges Muster auf, um die Oberfläche und Kontaktzeit weiter zu vergrößern.

Jüngste Entwicklungen bei der Folienfüllung haben zu verstopfungsarmen, offenen, eckigen Querrippen geführt, die den Durchtritt von Schmutz und biologischem Wachstum ermöglichen. Dieser Entwurf existierte jedoch noch nicht, als die Türme von Byron gebaut wurden. Im Laufe der Jahre entwickelten sich in den Füllkörpern der Station übermäßiges biologisches Wachstum und angesammelter Schlamm. Dadurch wuchsen die Füllpackungen von weniger als 100 Pfund auf mehr als das Fünffache ihres ursprünglichen Gewichts.

Normalerweise hängen Füllpakete 30 bis 35 Fuß über dem Kaltwasserbecken (Abbildung 2). Sie sind jedoch so konzipiert, dass sie sich lösen und von ihren Befestigungen fallen, wenn sie zu schwer werden. Dadurch wird eine Beschädigung der Turmstruktur verhindert.

Als mehrere der an den Kühltürmen des Kraftwerks Byron angebrachten Füllpakete überlastet waren und in das Kaltwasserbecken fielen, beschlossen die Exelon-Ingenieure, alle Füllpakete in beiden Türmen auszutauschen. Sie beschlossen außerdem, die Tropfenabscheider zu ersetzen, wabenartige PVC-Komponenten (Abbildung 3), die über dem Wasserverteilungssystem hängen, um die Menge der im Luftstrom, der den Kühlturm verlässt, enthaltenen Wassertröpfchen aufzufangen und zu begrenzen. Insgesamt müssten mehr als 5.000 Komponenten ausgetauscht werden.

Um die Wartung durchzuführen, konsultierte Exelon SPX Cooling Technologies Inc., seinen Kühlturmhersteller. Die Arbeiten mussten innerhalb von zwei dreiwöchigen Zeitfenstern im Abstand von sechs Monaten durchgeführt werden, während die Reaktoren wegen routinemäßiger planmäßiger Betankung abgeschaltet wurden. Die Planung war entscheidend. Überraschungen, Verzögerungen oder Komplikationen würden die Fähigkeit von Exelon beeinträchtigen, Strom nach Nord-Illinois zu liefern.

Die erste Herausforderung für SPX bestand darin, den Zugang zu den Füllpaketen so zu gestalten, dass die Mitarbeiter schnell und sicher arbeiten konnten. Wie bereits erwähnt, befinden sich die Füllpakete über dem Kühlbecken, das 8,5 Fuß Wasser fasst. Über den Füllkörpern befinden sich die Tropfenabscheider, dazwischen befinden sich Komponenten für die Wasserverteilung. Das Becken selbst enthält auch ein Rohrnetz für die Wasserzirkulation. Während des Betriebs fällt Wasser mit einer Geschwindigkeit in den Kühlturm, die fast der eines Gewitters entspricht. Kurz gesagt, der Zugang zu den Füllpaketen und Tropfenabscheidern erforderte umfassende Planung, äußerste Effizienz und Aufmerksamkeit für die Sicherheit.

SPX pflegt eine langjährige Beziehung zu Safway Services, einem Zugangs- und Industriedienstleistungsunternehmen mit Sitz in Waukesha, Wisconsin. Safway ist auf komplexe Industrieumgebungen spezialisiert, in denen Planung, Effizienz und Sicherheit entscheidend für den Erfolg sind.

„Wir wissen, dass Safway über die richtige Ausrüstung verfügt, und wir wissen, dass sie über die Design-(Ingenieur-)Dienstleistungen verfügen, die wir für eine Umgebung wie diese benötigen“, sagte Duane Krehbiel, Direktor von MCT Services Construction bei SPX und Projektmanager für den Exelon-Auftrag. „Bei einem Auftrag wie diesem liegt eine Menge Arbeit im Vorfeld, und wir wissen, dass Safway es richtig machen wird.“

Die „richtige Ausrüstung“, die Krehbiel nannte, ist das Systems Scaffold von Safway, das für einen schnellen und einfachen Aufbau konzipiert ist. Um es zusammenzubauen, befestigen Arbeiter horizontale oder diagonale Elemente (verzinkte Stahlrohre) an Ringen an den vertikalen Pfosten. Mit einem Hammer schlagen sie einen Keil ein, bis ein Haltestift herunterfällt und das Element festhält.

Zur Demontage heben Arbeiter den Haltestift mit einem Safway-Stemmeisenhammer an und lösen den Keil mit einer schnellen Hammerbewegung. Das Design ermöglicht eine 360-Grad-Platzierung um die vertikalen Pfostenringe, und die Ringe sind alle 21 Zoll an den vertikalen Pfosten angebracht, um eine einfache Höhenverstellung zu ermöglichen (Abbildung 4). Spezielle Komponentenheber, Stützrahmen, Streben und unterschiedliche Längen der horizontalen Elemente ermöglichen die Anpassung des Gerüsts an geneigte Flächen (z. B. an einem Kesselhohlraum) und alle Komponenten können durch kleine Öffnungen durchgeführt werden.

„Kühltürme stellen komplexe Zugangssituationen dar, und die Arbeit innerhalb der Zeitvorgaben einer Tankunterbrechung erfordert Geschwindigkeit. Systems Scaffold zeichnet sich in dieser Art von Umgebung durch seine Anpassungsfähigkeit aus“, bemerkte Jim Waichunas, Safway Tracking System-Koordinator für die Eastern Division von Safway und Verbindungsmann von SPX für das Projekt.

Um jeden Aspekt des Exelon-Projekts zu überwachen, nutzte Waichunas das Safway Tracking System, ein proprietäres Softwareprogramm, das alle Ressourcen für ein Projekt verwaltet.

„Das Safway Tracking System liefert ein klares Bild von Kosten und Engpässen und hilft uns, in Echtzeit den Überblick über andere wichtige Leistungsindikatoren zu behalten“, sagte Waichunas.

Bei einem Ausfall von drei Wochen wollte Safway den SPX-Mitarbeitern so viel Zeit wie möglich für die Ausführung ihrer Aufgabe geben. Der Plan sah den Bau von vier Gerüstabschnitten vor, die am äußeren Ring des Turms beginnen und sich zur Innenseite der Parabelkurve hin erstrecken sollten. Nach Fertigstellung würde jeder Gerüstabschnitt etwa 21 Fuß breit, 90 Fuß lang und 45 Fuß hoch sein, sodass die SPX-Mannschaft die Tropfenabscheider erreichen könnte. Nachdem die SPX-Mannschaft die Arbeit an einem Abschnitt abgeschlossen hatte, baute das Safway-Team das Gerüst ab und bewegte es seitlich, um einen neuen Bereich zu erreichen (im Bild bewegten sich die Uhrzeiger um das Zifferblatt).

„Die Wassertiefe von achteinhalb Fuß im Kaltwasserbecken und der ständige ‚Regensturm‘ innerhalb der Parabelkurve stellten die größte Herausforderung für die Terminplanung dar“, sagte Waichunas. „Exelon konnte das Becken nicht entleeren oder den Kühlwasserstrahl stoppen, bis der Ausfall begann.“

Zwei Wochen vor dem geplanten Ausfall holte Exelon Taucher. Unter der Leitung des Safway-Teams errichteten die Taucher unter Wasser die Systemgerüstbasis (Standard-Spindelhubgetriebe und Holzblockierung) und eine Gerüstebene.

„Es erforderte eine gute Planung, da eine ziemlich starke Strömung durch das Wasser herrschte“, erinnert sich Waichunas.

Nachdem die Basis angebracht war, errichtete das Safway-Team so viel Gerüst wie möglich im äußeren Ring des Kühlturms und arbeitete sich bis zum Rand des Regensturms vor. Sobald der Reaktorausfall begann, baute das Safway-Team das Gerüst schnell bis zur vollen Höhe auf und das SPX-Personal übernahm die Arbeit.

Krehbiel sagte, SPX und Safway hätten einen „Plan B“ ausgearbeitet, um Arbeiten in Nassbereichen mit einer teilweisen Abschaltung des Sprühsystems zu ermöglichen, wenn die Arbeit länger als drei Wochen dauerte. Wie sich herausstellte, brauchten sie es nicht. Mit nachweislichem Erfolg schlossen die Teams von Safway und SPX die Arbeiten am zweiten Turm etwa sechs Monate später nach einem ähnlichen Zeitplan ab.

In beiden Fällen erfüllte das SPX-Team seine Mission in den vorgesehenen drei Wochen ohne größere Zwischenfälle (Abbildung 5). Nachdem die Wartungsarbeiten abgeschlossen waren, beendete das Safway-Team den Abbau des Gerüsts – eine etwa zweiwöchige Arbeit.

„Der Abbau erfolgte eigentlich phasenweise, da unsere Mannschaft Teile des Gerüsts abgebaut hat, wo der Materialaustausch abgeschlossen war“, sagte Waichunas. „Systems Scaffold lässt sich außerdem einfach abbauen, was die Effizienz erhöht.“ ■

– Herausgegeben von Aaron Larson, einem Mitherausgeber von POWER.

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