小浪底工程技術供水系統優化改造

于躍，焦玉峰，萬永發，王宏飛，臧衛杰

(黃河水利水電開發總公司，河南 濟源　459017)

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小浪底工程技術供水系統優化改造

于躍，焦玉峰，萬永發，王宏飛，臧衛杰

(黃河水利水電開發總公司，河南 濟源459017)

摘要：為提高小浪底工程技術供水系統的安全性和可靠性，結合機組A級檢修進行了2臺機組的技術供水系統改造。介紹了供水管路改造、閥門改造、減壓閥改造、濾水器改造、管路防結露等5方面的優化改造工作，并針對施工難點提出了相應對策，可為其他大型水利工程的優化改造提供參考。

關鍵詞：技術供水系統；滲漏；管路焊接；管路連接；防結露

0引言

技術供水系統是保障水輪發電機組運行的重要輔助系統，系統狀況直接影響主機安全運行。小浪底工程6臺機組的技術供水系統投運將近15年，由于原設計選用的設備耐久性和可靠性不高，隨著時間推移設備缺陷逐年增加，系統安全性、可靠性逐年下降。為系統治理設備問題，2013年開發公司啟動了小浪底工程機組技術供水系統改造工作，利用機組A級檢修間隙，于2014年、2015年先后實施了#4，#2水輪發電機組的技術供水改造工作。

1小浪底工程機組技術供水系統概況[1]

根據小浪底工程用水的水量、水壓、水質等要求，選擇了蝸殼取水和清水供水共存且相互補充的取水方式。蝸殼取水采用較常用的蝸殼單元取水方式，每臺機組從本機蝸殼取水，主要供本機組用水，6臺機組的蝸殼取水通過直徑為478 mm的蝸殼取水聯絡干管連接，相互備用。清水供水采用大壩下游黃河北岸的蓼塢和南岸蔥溝地下水，通過水源井泵送至地下廠房外清水池，再通過直徑為1 020 mm的供水管送至6臺機組處。每臺機組有1套單元技術供水系統，包括濾水器、閥門、管路、控制部分及附件等。小浪底工程機組技術供水系統如圖1所示。

2機組技術供水系統優化與改造

結合技術供水系統早期技術改造與近10年的運行工況，此次技術供水系統優化與改造主要進行了#2，#4機組供水管路改造、閥門改造、減壓閥改造、濾水器改造及管路防結露等5方面的優化改造工作。

2.1供水管路改造

小浪底工程技術供水管路是20世紀90年代末設計安裝的，主要供水管路的材質為碳鋼，在進行機組日常維護及A級、C級檢修時，發現部分管路內部銹蝕，且多次出現管路銹蝕穿孔漏水現象，嚴重影響機組的安全、穩定運行。對機組技術供水01，01B，09，15，16，17閥等11處重要供水閥門管路壁厚進行抽查測量，測量結果見表1。

優化改造內容：#2，#4機組水輪機層水車室外側技術供水主管路、支管路(包括空冷、上導、下導、水導、推力)、彎頭、三通、法蘭、伸縮節、螺栓由碳鋼材質更換為304L不銹鋼材質。

2.2閥門改造

小浪底工程技術供水管路結構十分復雜，每臺機組的技術供水系統都與3條干管(蝸殼取水供水干管、清水供水干管、清水排水干管)相連，檢修時發現大部分閥門都存在內漏、銹蝕、操作卡塞、電動執行機構無法運行等現象，閥門出現問題需要檢修時會影響其他機組的正常運行[2]。

優化改造內容：#2，#4機組技術供水管路80多套閥門由鑄鐵材質更換為304L材質，其中蝶閥更換為三偏心金屬硬密封結構蝶閥，09，01關鍵取水閥門更換為電動閘閥；14套電動執行機構更換為配有開關控制單元的AUMA執行器。

2.3減壓閥改造

2001年以來，蝸殼取水位置改造過的以色列BER-MAD(DN 400 mm/2.5 MPa)減壓閥已使用10年以上，后期出現了壓力不穩定的情況，容易因空冷器、導軸承冷卻器壓力過高而爆裂。

改造內容：此種減壓閥性能穩定，不再選取新的型號，直接更換新的減壓閥。

2.4濾水器改造

#2，#4機組主軸密封泵位置2臺濾水器為整體

圖1　小浪底工程技術供水系統

管路規格/mm原壁厚/mm測量壁厚(最薄處)/mm運行情況09閥彎頭DN40095.8管路銹蝕嚴重15閥彎頭DN40093.0管路銹蝕嚴重16閥直管DN40094.9管路銹蝕嚴重17閥彎頭DN40096.1管路銹蝕嚴重正反向直管DN40096.9管路銹蝕嚴重風洞推力環管DN200106.2管路局部銹蝕蝸殼空冷DN25087.9管路局部銹蝕安全閥DN200106.8管路局部銹蝕濾水器直管DN40096.1管路銹蝕嚴重

結構，鑄鐵制造，銹蝕比較嚴重，切換困難，部件容易斷裂，更換其中1個濾網時，中間有躥水現象，存在安全隱患。蝸殼取水口位置2臺濾水器內外銹蝕嚴重，需進行更換。

優化改造內容：主軸密封泵位置2套舊濾水器更換為1套具有壓差清洗、周期清洗、手動自動清洗等功能的以色列產AF200全自動自清洗過濾器；蝸殼取水口位置2臺濾水器使用性能穩定，不再選取新的型號，直接更換新的濾水器。

2.5管路防結露改造

小浪底工程地下廠房空氣濕度較大，管路結露現象嚴重，對管路腐蝕較大，特別是發電機內部的結露水被循環風流挾帶進入風道內，會降低電氣設備的絕緣水平，加速電器元件的老化。

優化改造內容：對機組技術供水管路入地、入墻位置進行了重點防腐，將發電機上導、空冷、推力、下導管路到技術供水主管路安裝保溫及甲殼，根據福樂斯新型隔熱保冷材料的特性，采用閉泡式保護結構和無縫式連接管路，有效杜絕結露現象。

3技術供水改造施工難點及對策

3.1管路焊接時存在滲漏水問題

在主管路拆除完畢進行新管路安裝時，關鍵供排水閥門存在滲漏問題，無法帶水進行氬弧焊焊接工作。施工現場進行#2，#4機組技術供水改造施工時，主要采取以下3種方法。

3.1.1搭設圍堰，增加臨時離心泵

在更換閥門位置搭設圍堰，緩慢打開臨時堵板，測量管路滲漏水量，選取合適的離心泵，將抽水管插入管路進行排水，待管路滲水消失時，觀察15 min后進行入地管路與法蘭的焊接工作。

3.1.2利用停機機組排除滲水

更換09閥門時，利用停機機組的2臺主軸密封泵，通過30閥門進行蝸殼供水干管排水，更換15閥門時，再利用機組主軸密封泵通過31閥門進行蝸殼供水干管排水；反之，利用09，15閥門排水更換30，31閥門。

3.1.3加工輔助工具封堵滲漏

上述兩種方法無效時，加工2套輔助工具用于封堵滲漏水，待焊接工作完畢時，再拆除輔助工具。輔助工具包括頂壓式止水和充壓式止水兩種。

(1)頂壓式止水輔助工具。加工小于管路內徑的圓形止水擋板，在止水擋板迎水面安裝環形橡膠板并用螺栓固定，止水擋板中心位置留有排水管直徑大小的圓孔。管路切割完成后，先將法蘭套裝在管路上，管內安裝止水擋板，利用支架與千斤頂將擋板頂壓至待焊接的排水管口內，擋住管內滲漏水，同時通過管口十字形頂撐縫隙排出管內滲水，減小滲水壓力，然后再進行管路焊接。由于頂壓式止水為強力止水，該工具周邊會有少許滲漏，適合較強水壓下的止水接管施工。

(2)充壓式止水輔助工具。加工兩擋板間帶可充氣環狀橡膠的輔助工具，用空壓機向止水環內充氣，并監測空壓機上的壓力表數值，保障使用安全。在止水擋板中心位置焊接排水管路并安裝法蘭及閥門，用于排出管路滲漏水，最后再進行焊接工作。該工具安裝拆除方便，止水效果好，適合管道內滲水較小的施工。

3.2入地入墻處管路連接問題

施工中單臺機組有10處入地、8處入墻技術供水管路需連接，由于工作環境復雜和空間狹小，如進行碳鋼與不銹鋼異種鋼的過渡焊接，除焊接工藝影響焊接質量外，還存在以下影響：(1)母材對焊縫的稀釋，會引起焊縫組織與性能的變化；(2)形成凝固過渡層；(3)形成碳遷移過渡層；(4)接頭應力狀態復雜[3]。

最終選取管路法蘭連接方法，即預埋碳鋼管路面采用碳鋼法蘭，改造管路面采用不銹鋼法蘭，兩者再用不銹鋼螺栓連接，并在原方案18處預埋管路開挖4 cm以上混凝土。一方面增加了管路焊接的空間，保證了管路焊接質量；另一方面又可以對管路根部進行重點防腐，有效杜絕結露現象。

3.3管路防結露處理問題

消除管路結露的關鍵是管路外表面溫度應高于周圍大氣露點[4-7]。施工前對聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛樹脂等材料進行考察：一方面，以上材料用于隔熱保冷時必須覆蓋防潮層和保護層，防潮層或保護層通常為鋁箔或金屬板，材料表面易氧化；另一方面，使用聚氨酯或泡沫酚醛作保冷應用時，必須覆蓋鋁箔或金屬材質的防潮層和保護層，這類金屬表面換熱系數較低，提升絕緣系統表面溫度的能力較弱，防止表面結露所需的絕熱層厚度需增加。

從表面換熱系數、抗紫外線、安裝維護等方面綜合考慮，最終保冷隔熱層選取福樂斯品牌的發泡丁腈橡膠，保護層選取福樂斯品牌的S350多層特殊鋁塑復合材料。

4結束語

小浪底工程#2，#4機組技術供水系統改造完成投入運行后，整個系統運行正常，設計目標全部得以實現，與往年同期相比，維護消缺工作量大大減少，機組運行環境得到極大改善，有效消除了發供電設備的運行隱患。小浪底工程#2，#4機組技術供水系統改造工期緊、交叉多、任務重，影響施工不確定因素多，整體施工難度大，開發公司將繼續優化后續機組技術供水改造方案，注重新工藝、新材料、新方法的應用，不斷提升發供電設備的運行水平，為樞紐安全、穩定運行保駕護航。

參考文獻：

[1]張利新.小浪底水利樞紐運行管理：發電卷[M].鄭州:黃河水利出版社,2011.

[2]陳偉，李鵬，李玉明.小浪底水電廠技術供水系統的介紹及應用[J].水力發電，2004,30(9):7-9.

[3]黃文長，潘春旭，付強.珠光體-奧氏體異種鋼焊接接頭中碳遷移的跟蹤觀測[J].機械工程材料,2006,30(4):17-19.

[4]何士華，納學梅，張思青，等.水電站供水管道系統防結露保冷計算[J].水利水電技術,2005(11):100-103.

[5]張思青，何士華，納學梅，等.吉仁河電廠供水管道結露機理及技術處理措施[J].云南水力發電，2004,20(4):89-93.

[6]徐新華，蔡路得.蓄冰系統設備管道保冷厚度的確定[J].暖通空調,2001,31(2):42-43.

[7]武豐林，陽新峰，謝云.二灘水電站發電機供水管道結露現象分析及對策[J].四川水力發電，2011,30(S1):135-136.

(本文責編：劉芳)

收稿日期:2016-03-31；修回日期:2016-05-03

中圖分類號：TV 735

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)05-0046-03

作者簡介：

于躍(1982—)，男，河南鄭州人，工程師，從事水力機械運行維護工作。

焦玉峰(1982—)，男，河南鄭州人，工程師，從事水力機械運行維護工作(E-mail:63887090@163.com)。

萬永發(1980—)，男，湖北隨州人，工程師，從事水力機械運行維護工作。

王宏飛(1979—)，男，河南洛陽人，助理工程師，從事水力機械運行維護工作。