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2019-12-02 07:36:08嚴天豪孫育哲
水電站機電技術(shù) 2019年11期

嚴天豪,孫育哲

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司,浙江 天臺317200)

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省臺州市天臺縣境內(nèi),是一座日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站,電站裝設(shè)4臺單機容量為300 MW的水輪發(fā)電機組。在華東電網(wǎng)中主要擔負調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)。桐柏抽水蓄能電站包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)等過水樞紐工程,上游輸水系統(tǒng)為一洞兩機,下游輸水系統(tǒng)為一洞一機。上水庫利用己建的桐柏電站水庫改建為桐柏抽水蓄能電站上水庫,下水庫位于三茅溪支流百丈溪中游,上下水庫均有天然來水。

機組技術(shù)供水系統(tǒng)采用單元供水方式,常用供水源取自本機組的下游側(cè)尾水管,備用水源取自公用側(cè)技術(shù)供水管。技術(shù)供水管進口端配有技術(shù)供水泵和濾水器。供水對象包括主變負載冷卻系統(tǒng)、上導軸承冷卻器、發(fā)電/電動機空氣冷卻器、推力和下導軸承冷卻器、調(diào)速器油槽冷卻器、水導軸承冷卻器、機組主軸密封、上下迷宮環(huán)等。

公用供水系統(tǒng)設(shè)有2臺主濾過器,水源取自1號機組尾水閘門外側(cè)和4號機組尾水閘門外側(cè)。供水對象包括4臺主變空載冷卻系統(tǒng)、SFC冷卻系統(tǒng)、高壓氣機冷卻系統(tǒng)、SFC輸入輸出變冷卻系統(tǒng)消防用水、空調(diào)系統(tǒng)冷卻水等。

2 背景介紹

桐柏抽水蓄能電站技術(shù)供水管道2005年投入運行,設(shè)備長期運行后管道砂眼逐漸增多,為保證機組穩(wěn)定運行,分批將該碳鋼管道更換為不銹鋼管。對拆下來的碳鋼管內(nèi)壁進行檢查時,發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁腐蝕嚴重,并附著有較多的貝類水生物,經(jīng)過多方查證,判斷該貝殼類水生物為沼蛤。沼蛤俗稱淡水殼菜,普遍散布于中國及周邊國家的淡水河湖的硬質(zhì)材料表面。沼蛤?qū)Νh(huán)境的適應(yīng)能力強,繁殖率高,進入技術(shù)供水管道內(nèi)后易迅速擴張,密集附著于彎管、機械閥門及機械法蘭連接處,由于附著在壁面的沼蛤腐爛后會腐蝕管壁,從而縮短了設(shè)備的使用壽命。

2017年,2號機C修復(fù)役試驗過程中,出現(xiàn)水導瓦溫高報警,4個水導瓦溫RTD均出現(xiàn)明顯上升現(xiàn)象,水導瓦溫上升至65°且繼續(xù)上升。經(jīng)過分析,可以判斷造成瓦溫升高的原因為水導冷卻水管道堵塞。結(jié)合機組檢修時在球閥活門表面、技術(shù)供水濾過器內(nèi)表面附著的沼蛤,懷疑為管道內(nèi)部的沼蛤在檢修期內(nèi)逐漸死亡后脫落,機組充水后全部堆積在水導冷卻器前端無法通過,造成冷卻器堵塞,降低了冷卻水流量。拆除水導冷卻器進口端管道,果然發(fā)現(xiàn)有較多沼蛤堆積在水導冷卻器前端。

桐柏抽水蓄能電站尾水管水位測量裝置安裝在尾水管進人門附近,通過在外接的管道中安裝4個水位計來測量尾水管內(nèi)水位的高度從而控制機組流程,其靈敏度較高。電站運行至今,頻繁發(fā)生由于水位計誤動造成機組啟停異常的情況。機組檢修期間,通過內(nèi)窺鏡檢查管道內(nèi)部情況,發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)附著有部分沼蛤,可能是造成水位計誤動的原因之一。

另外,在機組檢修排水期間,曾在機組技術(shù)供水濾過器、水導冷卻器前端、主進水球閥活門等多處發(fā)現(xiàn)沼蛤聚集,嚴重威脅到設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。因為機組各軸承冷卻器內(nèi)部大多為細銅管布置,管徑較小,成年的沼蛤極易卡在銅管處造成冷卻器堵塞,導致機組各軸承冷卻效果降低,嚴重時會導致機組燒瓦事故,影響機組穩(wěn)定運行。若重要部位的流量表計因沼蛤附著而失靈,將導致機組開機條件不滿足,造成開機受阻。

為防止沼蛤附著對設(shè)備造成直接或間接地損壞,公司成立專題研究小組分析討論沼蛤的聚集原因和防止方法,已初見成效。

圖1 水導冷卻器前端管道內(nèi)情況

3 原因分析

沼蛤是貽貝的一種,它能分泌出一種叫足絲的蛋白質(zhì),牢固地固著在水中物體上,如在冷卻水管道、攔污柵、以及其他過流部件處,可致管道有效過流面積變小,甚至可把管道完全堵塞。或者由于它們的正常死亡,脫落下來的沼蛤,在管道的轉(zhuǎn)折處或冷卻器前端沉積,因而引起管道堵塞,水流不通,冷卻效果降低而影響機組設(shè)備安全穩(wěn)定運行。沼蛤的適宜生存溫度在16~21℃左右,幼體生長1年可達8~10.5 mm。

沼蛤的大量繁殖堆積與抽水蓄能電站封閉式的運行方式有關(guān)。在沼蛤的繁殖期,水流攜帶幼蟲進入機組流道內(nèi),可在技術(shù)供水管道內(nèi)部廣泛傳播和污損附著。由于幼蟲個體微小,隨水流自由遷移,且可以穿過技術(shù)供水濾過器到達各用戶處。由于抽水蓄能電站內(nèi)部的水溫、流速等條件十分有利于沼蛤的附著成長,沼蛤在幼蟲階段隨水流進入抽水蓄能電站的管道內(nèi),隨著其生長發(fā)育,逐漸開始分泌足絲附著在物體上,憑借過濾水流帶來的藻類懸浮碎屑等進食并不斷長大,大量生長、高密度附著,形成災(zāi)害,不僅對水工建筑物表面造成腐蝕、破壞,降低工程的使用壽命,還會堵塞冷卻器,影響冷卻效果。

3.1 水質(zhì)調(diào)查

水質(zhì)狀況不僅反應(yīng)了上下庫水體中浮游生物的豐度,也反應(yīng)了沼蛤的生長環(huán)境。選取影響沼蛤生長的水質(zhì)因素及反映桐柏水庫水質(zhì)狀況的參數(shù)進行比較,分析包括水樣外觀、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、總氮等指標如表1所示。

表1 2018年桐柏抽水蓄能電站上下庫水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)顯示,桐柏抽水蓄能電站水質(zhì)較好,適合沼蛤的生存,水體中含有足夠的有機物質(zhì)、營養(yǎng)元素等促進了硅藻及其他浮游植物的生長,為沼蛤提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)及充足的食物來源。

3.2 水流及溫度調(diào)查

文獻研究表明,管道沼蛤附著密度與溫度呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系,較高的水流速度能減少沼蛤在管道內(nèi)的附著活動,當水流速度在2 m/s以上時,沼蛤不易附著。分析桐柏抽水蓄能電站管路參數(shù),如表2所示。

技術(shù)供水管道安裝初期基本采用碳素鋼材質(zhì),多年運行后均有不同程度的銹蝕,表面變得粗糙,便于沼蛤的附著。后期部分管段已更換為不銹鋼材質(zhì),但彎管、閥門及法蘭連接處仍容易造成沼蛤附著生長。

表2 技術(shù)供水冷卻水管參數(shù)

在機組停機備用時,機組技術(shù)供水泵停止運行,技術(shù)供水管道內(nèi)水體不流動,有利于沼蛤附著定居,且水溫適宜,故各技術(shù)供水管道內(nèi)沼蛤容易迅速繁殖生長,造成冷卻水流量偏小,最終導致機組各軸承冷卻效果降低,嚴重時會導致機組燒瓦事故,影響機組運行及穩(wěn)定系數(shù)。

機組檢修期間,管路內(nèi)水基本排空,原來附著在管壁處的沼蛤無法繼續(xù)存活而大量死亡脫落,機組復(fù)役充水后,死亡的成年沼蛤被沖至管徑較小的冷卻器前端造成堵塞。因此在機組檢修期過后,應(yīng)特別關(guān)注冷卻水流量情況,避免燒瓦。

4 防治措施

沼蛤在抽水蓄能電站管道及其他過流部件內(nèi)的大量滋生及入侵已經(jīng)嚴重威脅到設(shè)備的安全穩(wěn)定運行,迫切需要尋找到簡單有效的防治措施。目前控制和預(yù)防沼蛤危害的有效措施主要有物理方法、化學方法以及生物防治。

4.1 物理防治

物理防治措施主要是當沼蛤在管道內(nèi)聚集到一定程度后,利用物理方法進行清除的一種手段,簡單有效、對環(huán)境影響較小,但是無法根治。

對于空間較大或方便拆除的設(shè)備,可在機組檢修期間排水后采用人工或機械刮除,并重新刷漆處理。有條件的電站可在電站管道進水口處設(shè)置沉降池,利用幼蟲的自身重量,自然沉到池底淤泥層后窒息死亡,從而減少進入管道內(nèi)部的沼蛤數(shù)量。

對于冷卻器前端管路細長等部位,人工刮除難度較大,可在機組充水后采用反沖洗等手段,將聚集的沼蛤沖洗干凈。為避免沼蛤聚集造成管道堵塞,影響冷卻效果,應(yīng)定期監(jiān)視冷卻水流量,發(fā)現(xiàn)冷卻水流量有明顯降低時應(yīng)加強關(guān)注并及時清除。

4.2 化學方法

化學防治措施主要是在管道內(nèi)投放化學藥劑,對沼蛤進行滅殺,對于抽水蓄能電站這種流量較大的輸水管道,效果不明顯,且有害化學藥劑的使用將對電廠水庫系統(tǒng)造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞,因此不宜推廣。

4.3 生物防治

國內(nèi)外的研究經(jīng)驗表明:成貝階段的沼蛤有貝殼保護,具有一定的環(huán)境耐受力,加之繁殖力強,一旦進入水利工程通常很難清除;而幼蟲階段的沼蛤自我防護能力差,是防治滅殺的好時機,但其個體微小且數(shù)量眾多,徹底滅殺也非易事。

綜合實地調(diào)查和文獻資料,可以在水庫中投放鯉魚、青魚、三角魴等魚類。鯉魚、青魚、魴魚等生活在水體中下層的魚類可以直接吞食沼蛤,從而控制沼蛤的大量滋生繁殖。其中,三角魴只能控制殼長為14 mm以下的沼蛤,而青魚和鯉魚能控制沼蛤的最大殼長是24 mm。沼蛤靠濾食水中浮游生物為生,主要是硅藻類。也可以考慮在水庫投放濾食性魚類,競爭獲取水中浮游的藻類植物,降低淡水殼菜食物豐度。生物防治的優(yōu)點是有利于環(huán)境保護,同時產(chǎn)生經(jīng)濟效益,缺陷是不能像物理、化學方法一樣立竿見影,需要一定的時間才能見效。

4.4 其他措施

涂料防護法:主要從預(yù)防沼蛤附著考慮,思路較為合理。可在機組上游側(cè)壓力鋼管、尾水鋼管等表面涂覆防護涂料,以提高物體表面的光滑度,減少沼蛤的附著量,或者在涂料中添加殺蟲劑或其他特殊元素,對沼蛤進行殺滅。技術(shù)供水濾過器每次檢修后均可重新涂覆防護涂料。但這些涂料經(jīng)常因為具有毒性、污染水體而不能廣泛推廣應(yīng)用,在涂料選擇時應(yīng)慎重考慮。

另外,還可以用紫外線照射、超聲波高頻振蕩技術(shù)、調(diào)節(jié)水流速度等方法來消除管道內(nèi)的沼蛤。但目前這些方法可操作性差,經(jīng)濟性差,不適宜推廣。

5 結(jié)束語

沼蛤的入侵對抽水蓄能電站的危害已經(jīng)越來越普遍,浙江天荒坪抽水蓄能電站、安徽瑯琊山抽水蓄能電站、北京十三陵抽水蓄能電站、廣州抽水蓄能電站等均有沼蛤入侵造成設(shè)備受損的情況發(fā)生。本文以桐柏抽水蓄能電站為依據(jù),從不同的方面提出幾個簡單易行的防治手段,但還沒有根本消除,期待有進一步的突破,同時為電站解決其他類似問題提供一種思路。

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