水電站廠內滲漏集水井清淤改造

王衛剛，毛鵬展

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

0 引言

龍口水電站位于山西省河曲縣與內蒙古自治區準格爾旗境內的黃河中上游地區，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節電站。電站共安裝5臺機組，其中4臺為單機容量100 MW的軸流式機組和1臺為容量20 MW的混流式機組，總裝機容量為420 MW。廠內滲漏排水系統是水力發電機組重要的輔助設備之一，主要任務是避免廠房內部積水與潮濕，一般是將廠內滲漏水通過排水溝和排水管引至設在廠房最底部的集水井中，再用專設的滲漏排水泵排至尾水。

1 存在的問題

龍口水電站廠內滲漏集水井主要收集1號～10號壩段滲漏排水和1號、2號機組水輪機頂蓋滲漏排水以及其他生產排出的污水。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，揚程：39 m，功率：132 kW。排水泵的運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。系統未設計泥沙排淤裝置，機組自2009年投運以來，集水井未進行過清淤工作，由于黃河泥沙較多，長時間淤積導致水泵軸承磨損、液位傳感器故障、集水井容積變小等問題（曾引發過傳感器因泥沙淤積發生故障導致的集水井廊道被淹沒事件）。

1.1 排淤泵設備問題

龍口電站廠內滲漏集水井自2009年投運以來，從未進行過清淤工作，加之黃河泥沙較多，多年來集水井內淤積泥沙較厚。原設計為：廠內滲漏集水井、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，型號為某泵業公司生產的WQ3260-216 型，額定流量：50～120 m3/h，揚程：27～43 m，額定功率：15 kW，潛水排污泵運行方式為手動控制運行，清淤時將泵放入井底，平時提出放在井外。

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

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，過機平均含沙量為11.47～19.29 kg/m3。經過多年泥沙淤積，廠內滲漏集水井已淤積嚴重，已達到淤排平衡水平。經測量計算：廠內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：排水泵周圍已達到淤排平衡，排水泵吸入口周邊形成較深的“凹坑”。遠離排水泵部位淤積較重，從井壁到排水泵周圍呈現斜坡態，見圖1。

圖1 集水井泥沙淤積

集水井的泥沙淤積的危害：①淤泥將直接導致投入式液位傳感器出現故障或測試不準，影響主、備排水泵的正常啟停。②隨著集水井內泥沙含量的增加，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，縮短排水泵的使用壽命。⑤泥沙淤積過重時，會導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 沖淤設施不合理

原設計未設置集水井清污通道和相關設施，多年來從未進行清淤工作，僅采用潛水排污泵，并未在多泥沙河流電站集水井設置沖淤和攪拌設施。加之黃河中上游區段泥沙顆粒較細，沙與泥混合在一起，黏性較大，泥沙板結嚴重，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。現有技術在密封上已達到較高水平，不用考慮電機進水和密封不嚴的問題。綜合考慮造價和質量，潛水泵作排污泵為首選產品。結合目前該集水井淤積較為嚴重的情況，采購1臺DN100潛水排污泵，型號為：KTZ411，揚程：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）。該泵的性能參數能夠滿足集水井清淤的揚程、流量、管路直徑等因素的要求。考慮到該泵和揚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，還應考慮用導繩（鏈）將該泵進行懸吊，方便排水泵檢修時起吊。

2.2 增設沖淤設施

沖淤系統可利用電站現有的0.7 MPa檢修用氣和1號機組蝸殼取水對井底泥沙進行攪拌擾流，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水管分段固定吊裝至井內。在排污泵上設計固定沖淤環管的固定架，將沖淤氣管與固定架上的沖淤環管連接。在沖淤環管四周向側下方（約15°方向）設置直徑4 mm的沖淤嘴，沖淤嘴數量可根據現場情況進行設置，最大限度的提高攪拌擾流效果。

2.3 揚水管和吊物孔改造

現場未設計排污泵揚水管，本次改造需敷設相應的排水管路，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），每4 m配聯接法蘭一對，利于安裝與檢修。泵房內新安裝管路與排水泵預埋管路對接，管路上增設示流信號器、壓力表、蝶閥、逆止閥等，用于監視和截斷水流。泵房內管路設置塑料管架固定牢靠，以消除水泵運行時管網的抖動。揚水管在安裝前應做好除銹、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，考慮到設備布置及現場美觀，需在吊物孔蓋板開200 mm孔，并在圓孔底部加設加強筋，蓋板尺寸可根據現場管路布設情況而定，改造后應進行除銹和防腐處理。見圖2。

圖2 清淤設施安裝示意圖

2.4 運行方式

2.4.1 排沙期運行方式

7～9月為排沙期，滲漏排水系統排污泵按短周期間隔啟動方式運行，具體如下：每3 d定期手動啟動排污泵運行1次，每次啟動運行約20 min，運行期間注意監視集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投運前，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行5 min后關閉，再投入排污泵運行。

2.4.2 非排沙期運行方式

7～9月以外的非排沙期，滲漏排水系統排污泵按長周期間隔啟動方式運行，具體如下：每7 d定期手動啟動排污泵運行1次，每次啟動運行約20 min，運行期間注意監視集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投運前，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行5 min后關閉，再投入排污泵運行。

3 結語

龍口電站滲漏集水井清淤改造于2016年2月投入運行，經過1年多的運行實踐證明，該改造有效地解決了集水井長期淤積的問題，系統運行穩定，排沙效果較好，達到了預期效果（從原來淤積的3.7 m下降到了1.4 m）。再經過長期的運行后，集水井的淤泥將會進一步清除，對于汛期新進的泥沙可以達到及時消除，對于板結的頑固泥沙可以逐步清除。該系統可根據實際情況實現PLC自動運行，減少大量的人力勞動，提高電站的安全穩定運行，達到預期的改造效果。