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        水電站廠內(nèi)滲漏集水井清淤改造

        2020-04-28 10:27:58王衛(wèi)剛毛鵬展
        水電站機(jī)電技術(shù) 2020年3期

        王衛(wèi)剛,毛鵬展

        (1.黃河萬家寨水利樞紐有限公司,山西 太原030002,2.水利部杭州機(jī)械設(shè)計研究所,浙江 杭州310012)

        0 引言

        龍口水電站位于山西省河曲縣與內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)的黃河中上游地區(qū),上游距萬家寨水利樞紐25.6 km,為萬家寨水電站的梯級反調(diào)節(jié)電站。電站共安裝5臺機(jī)組,其中4臺為單機(jī)容量100 MW的軸流式機(jī)組和1臺為容量20 MW的混流式機(jī)組,總裝機(jī)容量為420 MW。廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)是水力發(fā)電機(jī)組重要的輔助設(shè)備之一,主要任務(wù)是避免廠房內(nèi)部積水與潮濕,一般是將廠內(nèi)滲漏水通過排水溝和排水管引至設(shè)在廠房最底部的集水井中,再用專設(shè)的滲漏排水泵排至尾水。

        1 存在的問題

        龍口水電站廠內(nèi)滲漏集水井主要收集1號~10號壩段滲漏排水和1號、2號機(jī)組水輪機(jī)頂蓋滲漏排水以及其他生產(chǎn)排出的污水。集水井地板高程為830.50 m,有效容積為431 m3。集水井共設(shè)置有3臺型號為300H-40的立式長軸深井泵,額定流量:660 m3/h,揚(yáng)程:39 m,功率:132 kW。排水泵的運(yùn)行方式由水位傳感器自動控制,排水泵2臺主用,1臺備用,定期自動輪換。系統(tǒng)未設(shè)計泥沙排淤裝置,機(jī)組自2009年投運(yùn)以來,集水井未進(jìn)行過清淤工作,由于黃河泥沙較多,長時間淤積導(dǎo)致水泵軸承磨損、液位傳感器故障、集水井容積變小等問題(曾引發(fā)過傳感器因泥沙淤積發(fā)生故障導(dǎo)致的集水井廊道被淹沒事件)。

        1.1 排淤泵設(shè)備問題

        龍口電站廠內(nèi)滲漏集水井自2009年投運(yùn)以來,從未進(jìn)行過清淤工作,加之黃河泥沙較多,多年來集水井內(nèi)淤積泥沙較厚。原設(shè)計為:廠內(nèi)滲漏集水井、溢流壩段滲漏集水井和檢修集水井,共用一臺移動式潛水排污泵,型號為某泵業(yè)公司生產(chǎn)的WQ3260-216 型,額定流量:50~120 m3/h,揚(yáng)程:27~43 m,額定功率:15 kW,潛水排污泵運(yùn)行方式為手動控制運(yùn)行,清淤時將泵放入井底,平時提出放在井外。

        因施工期間及2009年投運(yùn)后,對于集水井泥沙排淤工作未足夠重視,該排淤泵從未運(yùn)行過,一直安裝在溢流壩段滲漏集水井中,在2014年10月對該泵進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn):該排污泵已被泥沙淤積到井底,且設(shè)備已損壞。各集水井泥沙淤積嚴(yán)重,廠內(nèi)滲漏集水井最深處淤積達(dá)3.7 m;溢流壩段集水井最深處淤積達(dá)3 m;檢修集水井淤積達(dá)3.5 m。長期的泥沙淤積和未投運(yùn)排淤泵已導(dǎo)致淤泥板結(jié)和設(shè)備損壞。

        1.2 集水井泥沙淤積

        龍口電站地處黃河中上游,7~9月為汛期,河水中泥沙含量較重,過機(jī)平均含沙量為11.47~19.29 kg/m3。經(jīng)過多年泥沙淤積,廠內(nèi)滲漏集水井已淤積嚴(yán)重,已達(dá)到淤排平衡水平。經(jīng)測量計算:廠內(nèi)滲漏集水井最高處淤積約3.7 m(用測量繩從吊物孔測量)。井底淤積形態(tài):排水泵周圍已達(dá)到淤排平衡,排水泵吸入口周邊形成較深的“凹坑”。遠(yuǎn)離排水泵部位淤積較重,從井壁到排水泵周圍呈現(xiàn)斜坡態(tài),見圖1。

        圖1 集水井泥沙淤積

        集水井的泥沙淤積的危害:①淤泥將直接導(dǎo)致投入式液位傳感器出現(xiàn)故障或測試不準(zhǔn),影響主、備排水泵的正常啟停。②隨著集水井內(nèi)泥沙含量的增加,將加快排水泵葉輪及軸承的磨損程度。③含沙水流是排水泵潤滑水軸封盤根漏水的主要原因之一。④隨著井內(nèi)淤積,集水井的有效容積將被壓縮,增加了排水泵的啟動次數(shù),縮短排水泵的使用壽命。⑤泥沙淤積過重時,會導(dǎo)致排水泵吸水口被堵塞,排水泵不能正常工作,存在水淹廠房的危險。

        1.3 沖淤設(shè)施不合理

        原設(shè)計未設(shè)置集水井清污通道和相關(guān)設(shè)施,多年來從未進(jìn)行清淤工作,僅采用潛水排污泵,并未在多泥沙河流電站集水井設(shè)置沖淤和攪拌設(shè)施。加之黃河中上游區(qū)段泥沙顆粒較細(xì),沙與泥混合在一起,黏性較大,泥沙板結(jié)嚴(yán)重,僅靠排污泵本身抽排很難清理。排污泵排淤過程只能抽排潛水泵的周圍泥沙,對于板結(jié)及井壁四周的泥沙毫無作用。

        2 改造方案

        2.1 清淤泵的選擇

        選用潛水排污泵,潛水排污泵比深井泵耗電小,效率高,安裝方便?,F(xiàn)有技術(shù)在密封上已達(dá)到較高水平,不用考慮電機(jī)進(jìn)水和密封不嚴(yán)的問題。綜合考慮造價和質(zhì)量,潛水泵作排污泵為首選產(chǎn)品。結(jié)合目前該集水井淤積較為嚴(yán)重的情況,采購1臺DN100潛水排污泵,型號為:KTZ411,揚(yáng)程:40 m,額定排水量60 m3/h,額定功率:11 kW,重量:133 kg,尺寸為:373 mm×806 mm(直徑×高)。該泵的性能參數(shù)能夠滿足集水井清淤的揚(yáng)程、流量、管路直徑等因素的要求。考慮到該泵和揚(yáng)水管安裝后重量較大,安裝時除將水泵水平放置在集水井淤泥上之外,還應(yīng)考慮用導(dǎo)繩(鏈)將該泵進(jìn)行懸吊,方便排水泵檢修時起吊。

        2.2 增設(shè)沖淤設(shè)施

        沖淤系統(tǒng)可利用電站現(xiàn)有的0.7 MPa檢修用氣和1號機(jī)組蝸殼取水對井底泥沙進(jìn)行攪拌擾流,使泥沙盡量與水混合后通過排污泵排至電站尾水。從水輪機(jī)層低壓氣罐室檢修用氣分支處接入DN15沖淤氣管,在集水井泵房增設(shè)DN15球閥用于沖淤控制,采用DN15不銹鋼管作為氣管同排污泵揚(yáng)水管分段固定吊裝至井內(nèi)。在排污泵上設(shè)計固定沖淤環(huán)管的固定架,將沖淤氣管與固定架上的沖淤環(huán)管連接。在沖淤環(huán)管四周向側(cè)下方(約15°方向)設(shè)置直徑4 mm的沖淤嘴,沖淤嘴數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)置,最大限度的提高攪拌擾流效果。

        2.3 揚(yáng)水管和吊物孔改造

        現(xiàn)場未設(shè)計排污泵揚(yáng)水管,本次改造需敷設(shè)相應(yīng)的排水管路,從泵出口法蘭至集水井泵房地面選用DN100無縫鋼管,總長度約為35 m(以配管尺寸為準(zhǔn)),每4 m配聯(lián)接法蘭一對,利于安裝與檢修。泵房內(nèi)新安裝管路與排水泵預(yù)埋管路對接,管路上增設(shè)示流信號器、壓力表、蝶閥、逆止閥等,用于監(jiān)視和截斷水流。泵房內(nèi)管路設(shè)置塑料管架固定牢靠,以消除水泵運(yùn)行時管網(wǎng)的抖動。揚(yáng)水管在安裝前應(yīng)做好除銹、防腐處理,該項工作完成后方可安裝。吊物孔蓋板的改造:本次加裝沖淤泵位置位于檢修集水井吊物孔蓋板部位,蓋板尺寸為1 190 mm×880 mm(長×寬),吊物孔蓋板主要用于檢修吊物、井底觀察。本次改造因管路需穿過蓋板,考慮到設(shè)備布置及現(xiàn)場美觀,需在吊物孔蓋板開200 mm孔,并在圓孔底部加設(shè)加強(qiáng)筋,蓋板尺寸可根據(jù)現(xiàn)場管路布設(shè)情況而定,改造后應(yīng)進(jìn)行除銹和防腐處理。見圖2。

        圖2 清淤設(shè)施安裝示意圖

        2.4 運(yùn)行方式

        2.4.1 排沙期運(yùn)行方式

        7~9月為排沙期,滲漏排水系統(tǒng)排污泵按短周期間隔啟動方式運(yùn)行,具體如下:每3 d定期手動啟動排污泵運(yùn)行1次,每次啟動運(yùn)行約20 min,運(yùn)行期間注意監(jiān)視集水井水位(不低于Δ832.50 m)及排水管示流;排污泵投運(yùn)前,先啟動主排水泵將滲漏集水井水位排至最低(Δ834.00 m),并將沖淤氣管路投氣運(yùn)行5 min后關(guān)閉,再投入排污泵運(yùn)行。

        2.4.2 非排沙期運(yùn)行方式

        7~9月以外的非排沙期,滲漏排水系統(tǒng)排污泵按長周期間隔啟動方式運(yùn)行,具體如下:每7 d定期手動啟動排污泵運(yùn)行1次,每次啟動運(yùn)行約20 min,運(yùn)行期間注意監(jiān)視集水井水位(不低于Δ832.50 m)及排水管示流;排污泵投運(yùn)前,先啟動主排水泵將滲漏集水井水位排至最低(Δ834.00 m),并將沖淤氣管路投氣運(yùn)行5 min后關(guān)閉,再投入排污泵運(yùn)行。

        3 結(jié)語

        龍口電站滲漏集水井清淤改造于2016年2月投入運(yùn)行,經(jīng)過1年多的運(yùn)行實踐證明,該改造有效地解決了集水井長期淤積的問題,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,排沙效果較好,達(dá)到了預(yù)期效果(從原來淤積的3.7 m下降到了1.4 m)。再經(jīng)過長期的運(yùn)行后,集水井的淤泥將會進(jìn)一步清除,對于汛期新進(jìn)的泥沙可以達(dá)到及時消除,對于板結(jié)的頑固泥沙可以逐步清除。該系統(tǒng)可根據(jù)實際情況實現(xiàn)PLC自動運(yùn)行,減少大量的人力勞動,提高電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到預(yù)期的改造效果。

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