孫育哲，童裕軍，孫 遜

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司，浙江天臺 317200)

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，距天臺縣城7 km，與杭州、寧波直線距離分別為150 km、94 km.電站裝機(jī)容量為1 200 MW，裝設(shè)4套單機(jī)容量為3 00 MW的立軸混流可逆式單級水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動機(jī)組.本電站供電范圍為華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù).電站建成后，以二回500kV出線接入華東電網(wǎng)，日發(fā)電量600萬kW·h，年發(fā)電量21.18億 kW·h.日抽水用電量797萬 kW·h，年抽水用電量28.13億 kW·h.

1 技術(shù)供水管路及參數(shù)簡介

機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元式供水方式，全廠共分四個(gè)單元，每個(gè)單元設(shè)有兩套供水設(shè)備，其中一套工作，另一套備用;每套供水設(shè)備包括一臺水泵，一套濾過器和各種相關(guān)閥門.兩套供水設(shè)備間設(shè)有聯(lián)絡(luò)閥門.機(jī)組技術(shù)供水泵能按運(yùn)行時(shí)間自動輪換處于‘工作’或‘備用’狀態(tài)運(yùn)行，而不需人工進(jìn)行切換選擇.常用供水源取自本機(jī)組的尾水;特殊情況下，可采用關(guān)閉機(jī)組側(cè)技術(shù)供水進(jìn)水閥，打開公用側(cè)技術(shù)供水進(jìn)水閥來供水.供水對象包括主變負(fù)載冷卻系統(tǒng)、上導(dǎo)軸承冷卻器、發(fā)電/電動機(jī)空氣冷卻器、推力和下導(dǎo)軸承冷卻器、調(diào)速器油槽冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻器、機(jī)組主軸密封、上下迷宮環(huán)等[1］，具體參數(shù)見表1.

2 技術(shù)供水管路缺陷情況分析

2.1 技術(shù)供水管路缺陷統(tǒng)計(jì)情況

(1)以1#機(jī)為例2005年投運(yùn)2008年出現(xiàn)砂眼、2009年、2010年砂眼數(shù)量逐漸增加并且在處理過程中發(fā)現(xiàn)砂眼出現(xiàn)區(qū)域管壁都已經(jīng)腐蝕變薄.砂眼統(tǒng)計(jì)情況見表2.

表1 技術(shù)供水冷卻水管路參數(shù)

表2 桐柏電廠1#機(jī)技術(shù)供水管路缺陷統(tǒng)計(jì)

(2)由表2數(shù)據(jù)可以看出2009年開始砂眼就集中的出現(xiàn)，管路的使用壽命只有短短的4年時(shí)間.

(3)風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼量與其它管路相比較，砂眼出現(xiàn)的更加頻繁;由于風(fēng)洞內(nèi)部全是電氣設(shè)備所以砂眼的危害就更加的突出.

2.2 技術(shù)供水管路缺陷原因分析

4Fe+3O2+2nH2O ═══2Fe2O3·nH2O

(1)桐柏電廠管路材料為15號鋼是碳素鋼的材料與其它材料相比其耐腐蝕性較差，所以容易造成砂眼的出現(xiàn).

15 號鋼化學(xué)成份(%)[3］:C:0.12 ～0.19 Mn:0.35 ～0.65 P:≤0.035 S:≤0.035 Cr:≤0.25 Ni:≤0.25 Cu:≤0.25 Si:0.17 ～0.37

(2)pH值代表的是溶液中的氫離子濃度，在進(jìn)行酸堿腐蝕的時(shí)候有比較大的影響，一般pH值影響的是腐蝕電極的電極電勢.pH值是6～9比較接近中性，見表3，溶液酸堿腐蝕較小，(但不代表沒有腐蝕性).桐柏電廠的水質(zhì)的pH值在6.50～7.50之間，水質(zhì)相對來說較好，但有些電廠的水質(zhì)pH值比較差是冷卻水管路腐蝕的重要原因.

(3)抽水蓄能電廠每臺機(jī)組每年有2次D級以上的檢修，在檢修期間都會對管路進(jìn)行排水，這樣管路內(nèi)壁與空氣接觸為腐蝕提供了更加優(yōu)越的環(huán)境.

(4)抽水蓄能的廠房都在山洞當(dāng)中濕度較大容易造成管路外壁的腐蝕，而且地下廠房常年溫度都在20℃～26℃在這樣的條件下碳鋼的管路更加容易發(fā)生氧化反應(yīng).(風(fēng)洞內(nèi)空氣冷卻器管路運(yùn)行環(huán)境溫度為35℃ ～40℃，下導(dǎo)及推力外循環(huán)管路運(yùn)行環(huán)境溫度為20℃ ～26℃，其它條件相同狀態(tài)下比較風(fēng)洞內(nèi)冷卻水管路砂眼出現(xiàn)數(shù)量要多于下 導(dǎo)及推力外循環(huán)管路砂眼出現(xiàn)數(shù)量.)

3.進(jìn)行單因子試驗(yàn)。（1）固液比對葛根素含量的影響：提取溫度28°C，提取時(shí)間16h，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；（2）提取時(shí)間對葛根素含量的影響：固液比0.143，提取溫度28°C，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；(3)提取溫度對葛根素含量的影響：固液比0.143，提取時(shí)間16h，酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%；(4)釀酒酵母質(zhì)量百分含量對葛根素含量的影響：固液比0.143，提取時(shí)間16h，提取溫度28°C。

表3 桐柏電廠水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)

(5)水管中水的溫度變化也會引起水中氧氣含量的變化使氧氣析出附著在管路內(nèi)壁.氣體的內(nèi)能主要是動能，當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體分子運(yùn)動速度加快，容易擺脫溶劑分子的吸引.氣體溫度升高時(shí)，體積膨脹很快，分子之間距離增大，這樣就減弱了溶劑分子對氣體分子的吸引.氣體溶解后，氣體分子受到溶劑分子的吸引，導(dǎo)致氣體分子動能大大減少，所以氣體溶解時(shí)都是放熱反應(yīng)，那么氣體跑出來就是吸熱反應(yīng)了.根據(jù)化學(xué)平衡原理，可以知道，溫度升高時(shí)，平衡就會向氣體就會跑出來的方向移動.(作為冷卻水管溫度變化較大，由技術(shù)供水冷卻水管路參數(shù)表可以看出發(fā)電/電動機(jī)空氣冷卻器的進(jìn)出水溫差為4.1℃推力下導(dǎo)軸承冷卻器的溫差為3.9℃其它的溫差也在3℃ ～4℃左右.查看水中飽和溶解氧濃度與其對應(yīng)溫度表可以看出管路由于溫差變化較大所以氧氣很容易析出，從22 ℃ ～26 ℃ 氧氣由8.74 mg/L變?yōu)?.11 mg/L，溫度對鐵腐蝕的影響通常被忽視.許多影響腐蝕的參數(shù)隨溫度的變化而變化.這些參數(shù)包括DO溶解度，溶解特性(如粘度和離子活度)，亞鐵離子氧化率，鐵銹的熱力學(xué)性質(zhì)(引起不同的相或化合物的形成)，以及生物活性.而且，管上形成的不同種的鐵銹在如銹密度和熱膨脹系數(shù)等物理性質(zhì)上有很大差別，如果鐵銹曝露在溫度梯度或變化環(huán)境中，這種差別可引起鐵銹中的機(jī)械壓力，導(dǎo)致破碎或裂縫產(chǎn)生.

3 技術(shù)供水管路砂眼危害

(1)技術(shù)供水管路的的腐蝕造成隔離閥門卡死無法操作.

(2)一些彈簧式的逆止閥由于鐵銹發(fā)卡造成一些用戶水泵的反轉(zhuǎn).

(3)造成電廠中一些進(jìn)口的油水切換閥等閥芯損壞而無法開停機(jī).

(4)造成一些濾過器濾芯的堵塞而無法正常開停機(jī).

(5)造成電廠的冷卻器由于鐵銹在冷卻器表面的沉積而導(dǎo)致冷卻效果下降造成損失.

(6)由于砂眼缺陷漏水造成機(jī)組停運(yùn)或造成的設(shè)備的損失.

(7)由于電廠電氣設(shè)備較多漏水極易引起電氣設(shè)備的短路造成嚴(yán)重的后果.

(8)特別是發(fā)電/電動機(jī)空氣冷卻器冷卻水管路處于風(fēng)洞內(nèi)電氣設(shè)施較多一但漏水會嚴(yán)重影響到定子、轉(zhuǎn)子、出線、中心點(diǎn)引線的安全運(yùn)行，可能會導(dǎo)致設(shè)備短路造成嚴(yán)重后果.

4 技術(shù)供水管路改造

4.1 更新技術(shù)供水管路

技術(shù)供水管路砂眼存在極大的危害特別是風(fēng)洞內(nèi)的管路砂眼危害更大，所以要對這些管路進(jìn)行更換，將舊管路拆除后利用原管路走向支架固定新管路.

管路材料選擇:304不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種鉻－鎳不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性，具有良好的加工性能和可焊性，抗拉強(qiáng)度、端面收縮率等都較好;且桐柏電廠上導(dǎo)軸承冷卻水管路、上/下迷宮環(huán)冷卻水管路水導(dǎo)軸承冷卻水管路、調(diào)速器油槽冷卻水管路、主軸密封冷卻水管路均采用0Cr18Ni9不銹鋼材料的水管，運(yùn)行6年來未出現(xiàn)過砂眼;所以最后選用0Cr18Ni9不繡鋼材料制作的無縫鋼管做為新的冷卻水管路進(jìn)行管路改造.

0Cr18Ni9 化學(xué)成份[3］:碳 C:≤0.07 硅 Si:≤1.00 錳 Mn:≤2.00 硫 S:≤0.030 磷 P:≤0.035 鉻 Cr:17.00 ～19.00 鎳 Ni:8.00 ～11.00

抗拉強(qiáng)度 σb:≥520MPa 條件屈服強(qiáng)度 σ0.2:≥205MPa 伸長率δ5:≥40% 斷面收縮率ψ:≥60%硬度:HB≤187MPa;HR≤90MPa;HV≤200MPa

4.2 冷卻水管道作業(yè)程序、方法及質(zhì)量工藝要求

舊管道割除→材料清點(diǎn)領(lǐng)用→管道配管→點(diǎn)焊→管子就位→焊接→支吊架安裝→管道沖管→管道恢復(fù)→管路沖水、打壓試驗(yàn)[4］具體質(zhì)量及工藝標(biāo)準(zhǔn)[5］見表 4.

表4 質(zhì)量工藝標(biāo)準(zhǔn)

5 更換新的材質(zhì)管路優(yōu)點(diǎn)

(1)0Cr18Ni9材質(zhì)的無縫鋼管不容易發(fā)生腐蝕，極大的減少了管路砂眼的出現(xiàn)，節(jié)約了維護(hù)的費(fèi)用成本.減小了因?yàn)樯把勐┧斐呻姎庠O(shè)備短路的嚴(yán)重的后果，減小了機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的可能.

(2)0Cr18Ni9材質(zhì)的無縫鋼管不會產(chǎn)生大量的鐵銹，減小技術(shù)供水管路因鐵銹造成隔離閥門卡死無法操作，彈簧式的逆止閥發(fā)卡造成一些用戶水泵的反轉(zhuǎn)，油水切換閥閥芯損壞而無法開停機(jī)，濾過器濾芯的堵塞而無法正常開停機(jī)，鐵銹在冷卻器表面的沉積而導(dǎo)致冷卻效果下降等危害，消除了多種由于冷卻水管路問題帶來的不利影響，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行.

(3)經(jīng)濟(jì)比較:(以桐柏1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路為例)

漏水造成停機(jī)損失4 a共800萬元;漏水造成設(shè)備損壞損失300萬元;處理缺陷的人力物力4 a共60萬元;桐柏電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路技改的工程價(jià)94.1萬元(人工15.555萬元材料及其它78.545萬元);2005年初裝時(shí)碳鋼管價(jià)格約20萬元;

以桐柏電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路為例(風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼出現(xiàn)到技改共4 a)，共可節(jié)約費(fèi)用:

800+300+60+15.555+20 －78.545=1 117.01 萬元

(4)管路改造前后運(yùn)行情況

改造前:1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路砂眼每6個(gè)月平均出現(xiàn)14處，每年因?yàn)樯把廴毕菰斐蓹C(jī)組不能按時(shí)開機(jī)3次，管路結(jié)垢現(xiàn)象較為明顯.

改造后:1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路改造后的運(yùn)行情況檢查良好，沒有出現(xiàn)砂眼且管路內(nèi)壁的結(jié)垢現(xiàn)象也有所好轉(zhuǎn).

桐柏抽水蓄能電廠1#機(jī)風(fēng)洞內(nèi)管路改造至今運(yùn)行的情況較好未出現(xiàn)砂眼等現(xiàn)象，桐柏電廠計(jì)劃結(jié)合機(jī)組大修對2、3、4#機(jī)組技術(shù)供水管路逐步進(jìn)行改造.

6 結(jié)語

由于抽水蓄能電廠冷卻水管路的運(yùn)行的特殊性，為了保證發(fā)電電動機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，充分發(fā)揮抽水蓄能電廠的調(diào)節(jié)作用，減小機(jī)組的維護(hù)成本提高機(jī)組運(yùn)行可靠性建議抽水蓄能電廠冷卻水管路在管路安裝時(shí)就能夠采用材質(zhì)較好的不銹鋼無縫鋼管，已經(jīng)安裝碳鋼材質(zhì)的電廠可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況管路技改.風(fēng)洞內(nèi)冷卻水管路由于其特殊的運(yùn)行環(huán)境且電氣設(shè)備較為集中建議風(fēng)洞內(nèi)管路使用或盡早更換為材質(zhì)較好的不銹鋼無縫鋼管，避免由于管路腐蝕造成不必要的損失.

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