沙河電廠廠外補給水系統(tǒng)設(shè)計

李金海

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

沙河電廠廠外補給水系統(tǒng)設(shè)計

李金海

(河北省電力勘測設(shè)計研究院,河北石家莊 050031)

河北沙河電廠備用水從“引朱濟邢”管道上引水,通過升壓送至電廠。廠外供水工程輸水距離長達17km,水泵設(shè)計揚程為1320KPa。由于廠外輸水管道中間為最高點,最高點之前管道為壓力流,最高點之后為重力流。為防止水錘屁話,該工程采用了在輸水管道沿程設(shè)置高速進排氣閥,在輸水管道最高點設(shè)置“管式調(diào)壓井”,在水泵出口安裝多功能水泵控制閥和氣壓式調(diào)壓罐等水錘防護措施。該工程現(xiàn)已投入運行,運行良好。

電廠 廠外補給水管道 水錘防護

1 工程概況

河北沙河電廠位于河北省邢臺市和邯鄲市交界處,建設(shè)2×600MW超臨界燃煤直接空冷發(fā)電機組。電廠備用水源采用朱莊水庫地表水,從“引朱濟邢”管道上引水。引水點距離電廠為17km,電廠備用水源廠外供水工程設(shè)計水量為600m3/h。

河北沙河電廠備用水源廠外供水工程包括升壓泵站、輸水管道兩部分。升壓泵站內(nèi)布置有蓄水池、升壓泵房、調(diào)壓罐間、閥門間及泵站輔助和附屬建構(gòu)筑物等；輸水管道采用單管輸水,直埋敷設(shè)。

考慮到升壓泵站自用水及輸水管道沿程滲漏損失水量,供水工程供水能力按640m3/h設(shè)計。

升壓泵站位于邢都公路沙河大橋北,沙河北岸。從“引朱濟邢”管道上分別引1根DN450管道至泵站內(nèi)的蓄水池。升壓泵房內(nèi)設(shè)置有3臺臥式多級離心泵,單臺Q=320m3/h,H=1320kPa,N=200kW,U=380V。

升壓泵站蓄水池水位為124．0m,輸水管道最高控制點位于老邢都公路處,控制點管道中心標高為215m；電廠廠內(nèi)蓄水池水位為114．0m；升壓泵站到控制點的管道長度為9．2km,控制點到電廠廠內(nèi)蓄水池的距離為7．8km。

2 輸水管道設(shè)計

根據(jù)本工程輸水管線的敷設(shè)特點,將管道分為兩段進行敷設(shè)布置,第一段為升壓泵房至最高控制點,為壓力流,第二段為最高控制點至電廠蓄水池,為重力流。在最高控制點附近設(shè)置有準調(diào)壓井。它是在管線上最接近水力坡降線的局部最高點處,設(shè)置一段垂直焊接在輸水管上的等徑鋼管,如圖1．1所示。垂直鋼管高度根據(jù)計算確定。這個準調(diào)壓井既能起調(diào)壓室的作用,又能起通氣閥的作用。在正常運行及斷電停泵初期,它起調(diào)壓室的作用,可以向輸水系統(tǒng)管道補水或吸收輸水系統(tǒng)的水；在斷電停泵后期調(diào)壓室內(nèi)的水已排完,于是這個準調(diào)壓室變成了一個巨大的通氣閥,空氣可從這個調(diào)壓室進出主輸水管道,減緩管道內(nèi)的負壓。

根據(jù)管道水力計算,第一段管道采用DN450焊接鋼管,第二段采用的前半部分采用DN350焊接鋼管,后半段采用DN450焊接鋼管。

圖1.1 準調(diào)壓室結(jié)構(gòu)示意圖

3 水錘防護措施

河北沙河電廠廠外供水工程輸水管道距離較長,高程較大,在輸水系統(tǒng)的運行過程中,若突然斷電停泵,水泵啟動、切換等情況,必然會引起輸水管道內(nèi)壓力的大幅波動,尤其是管線中高差比較大的地方。如水錘防護措施不當則會在輸水管道出現(xiàn)汽化現(xiàn)象,導致水柱分離、水柱彌合,產(chǎn)生破壞性水錘。為保證廠外輸水管道系統(tǒng)的安全、可靠,采取行之有效的水錘防護措施是必須的。為此,在本工程廠外輸水系統(tǒng)設(shè)計時進行了詳細的水錘分析計算,在輸水管道沿線設(shè)置高速進排氣閥、在輸水管道最高控制點下游側(cè)設(shè)置準調(diào)壓井,在水泵出口設(shè)置多功能水泵控制閥和設(shè)置氣壓調(diào)壓罐等安全可靠的水錘防護措施。

3.1 高速進排氣閥

根據(jù)水錘分析計算,在管線沿途,管道局部最高點和平直段的必要位置均安裝DN100高速進排氣閥。采用高速進排氣閥,由于空氣閥允許通暢地大量進氣,而限制排氣,延長了空氣閥關(guān)閉時間,在正常工況下,該閥門起到正常空氣閥的作用,在空管充中和在管道排空的工況中,起到低壓進排氣的作用。在管道有壓的工況下,可以進行高壓微量排氣。

3.2 氣壓調(diào)壓室(“空氣罐”)

在泵出口設(shè)有多功能水泵控制閥,對水泵起到一定保護作用,但對這樣高差相對較大地管路,其對水泵的防護是有限的。為更好的保護水泵和泵房,在泵出口設(shè)氣壓式調(diào)壓室。

氣壓式調(diào)壓室是一種內(nèi)部充有壓縮空氣的金屬水罐,其頂部為空氣,下部為水,安裝于水泵出口附近的壓力管道上。當泵站出現(xiàn)事故停泵時,輸水管道內(nèi)壓力下降,空氣罐內(nèi)的氣體膨脹并迅速向輸水管道內(nèi)補水,以防止管路內(nèi)壓力過度下降；當管路內(nèi)壓力上升時,則通過聯(lián)絡(luò)管向罐內(nèi)充水,水錘波能量被部分吸收,緩解輸水管道內(nèi)的壓力上升,從而利用密閉氣室中的壓縮空氣制約水位高低及其變幅,起到消除或抑制水錘波作用,完成對輸水管路的防護。空氣罐的優(yōu)點是安全可靠,水錘防護效果好。

3.3 多功能水泵控制閥

本工程水泵的揚程較高,這么高的揚程需要選擇相應的離心水泵,而水泵對反轉(zhuǎn)較為敏感。在實際工作當中,我們發(fā)現(xiàn)不利的反轉(zhuǎn)往往造成較大的破壞。針對這種工況,常規(guī)水泵出口閥門的配置方式是選緩閉止回閥,或者雙速關(guān)閉的止回閥,在高揚程、水泵反轉(zhuǎn)的情況下就不利于水泵的防護,本工程在水泵后安裝1套DN300多功能水泵控制閥,用于解決由于突然關(guān)泵而產(chǎn)生的水錘。

多功能水泵控制閥是事故停泵中最主要的控制水力過渡過程的可控閥設(shè)備,在水泵啟動時能夠先慢后快得自行開啟；當事故停泵時,閥門可按預定得程序和時間自動關(guān)閉。這樣不論在正常啟閉水泵過程,還是事故斷電過程,既能減弱了正壓水錘,又可限制倒流流量和倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,從而具備泵出口控制閥門的作用,又具有止回閥和水錘防護的作用。

多功能水泵控制閥采用兩階段關(guān)閥,在5s內(nèi)關(guān)閉閥門的90%,100s內(nèi)全部關(guān)閉。在水泵出口管道上安裝有一個氣壓調(diào)壓室(“空氣罐”),罐直徑為1．8m,總高6．16m,凈體積為11m3,調(diào)壓罐內(nèi)上部空氣初始體積約為3．5m3。并在有壓管段上設(shè)有12個進排氣閥。經(jīng)非恒定流計算,在調(diào)壓室內(nèi)的最高壓力調(diào)壓室內(nèi)可能出現(xiàn)的最高壓力約為1．76MPa,水泵出口最高壓力約為1．73MPa,水泵倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在120%內(nèi),有壓段管道無氣穴發(fā)生。

本工程輸水管道后半段為自流輸水管線,根據(jù)水錘分析,發(fā)生水錘事故主要在于廠內(nèi)管道末端閥的關(guān)閉速度。通過水錘計算,如60s內(nèi)關(guān)閉末端閥,末端閥前的水錘壓力可達2．34MPa,在管線穿峭河處可能出現(xiàn)的最大水錘壓力約為2．42MPa。如末端閥關(guān)閉小于150s,管線上出現(xiàn)負壓,且隨著關(guān)閥速度的加快,負壓越來越嚴重。當關(guān)閥時間小于100s時,管線局部會出現(xiàn)嚴重汽化,將會引起爆管事故。

4 運行效果

河北沙河電廠廠外供水工程于2013年初成功投入運行,供水設(shè)備、輸水管道、水錘防護系統(tǒng)等在各種工況下運行狀態(tài)均良好。水泵參數(shù)達到設(shè)計要求。2013年5月份,升壓泵站突然斷電,2臺升壓水泵事故斷電,系統(tǒng)安全停運,該工程廠外輸水系統(tǒng)經(jīng)受住事故停泵的考驗。

5 結(jié)語

該工程輸水管道距離較長,高差較大,采用可靠的水錘防護措施是廠外輸水系統(tǒng)安全運行的重要保證。該工程采用準調(diào)壓井代替以往設(shè)計采用的高位水池設(shè)計方案,并采用其他一系列水錘防護措施,有效地解決了水錘危害的問題,避免了水錘事故的發(fā)生。

[1]曾建柱.內(nèi)蒙古上都電廠廠外供水工程水錘防護設(shè)計[J].中國給水排水,2008,24(12):50-52.

[2]金錐,姜乃昌,汪興華,罐興旺.停泵水錘及其防護[M].中國建筑工業(yè)出版社,2004.

李金海(1979—),男,河北石家莊人,碩士研究生、工程師,研究方向為火力發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)。