水電站消防供水管路波動分析及處理

胡小剛

(重慶大唐國際武隆水電開發有限公司，重慶 408500)

0 引言

水電站位于烏江下游河段，電站開發方式為壩式水電站，大壩為混凝土重力壩，壩頂高程227.5 m，最大壩高78.5 m，壩頂長度600.1 m，水庫正常蓄水位215 m，死水位211.5 m，水庫總庫容3.2 億m3，調節庫容0.37 億m3，為日調節水電站。水電站共安裝4 臺單機容量161.25 MW的軸流轉槳式水輪發電機組，多年平均發電量27.08 億kWh。廠房消防系統為兩路供水，一路由生活區海拔370 m 高位300 m3水池向廠房供水，另一路由備用消防水為壩前168 m 消防水加壓供水。設計院初設消防水源為設在左岸273 m 高程的消防水池，將施工期左岸施工水廠水池改造成2 個500 m3消防水池供應電站廠房及大壩和船閘的消防及生產、生活用水。在消防專題設計時利用營地已建好的右岸370 m 高位水池，后消防設計優化為現在的右岸生活區370 m 水池供水，而廠內供水管未改變，供水管路為370 m 高程水池由DN200 管路在高程255 m 設置減壓閥閥門井，再通過右岸邊坡至高程227 m 船閘變徑為DN300 橫穿大壩，2 根消防支管DN200 管路在左岸廠內部形成環狀，負責向電站廠房提供消防、主軸密封、深井泵潤滑和生活用水。現370 m 高位水池經過右岸255 m 高程減壓后對廠房消防供水，大壩廠房消防供水系統投運后一直存在消防水壓力波動，引起186 m 高程發電機層消防管路振動、255 m 高程以上消防管路劇烈振動及異響，造成255 m 高程減壓井閘閥破裂、浮球閥破裂等缺陷，嚴重影響廠房消防供水及設備安全穩定運行。

1 消防管路振動及閘閥破裂原因分析

通過觀察廠房186 m 發電機層消防管路振動的發生為186 m 發電機層的檢修、滲漏排水泵啟動前潤滑水投入時引起壓力波動造成，一般處理需通過輕微開啟壩前消防取水廠房消防供水放空閥X213 閥對壓力穩定調整；255 m 高程以上管路振動，主要發生在汛期機組低水頭運行主軸密封清潔水投入后，處理是關閉255 m 高程處閘閥，待廠房及255 m 高程以上消防管路振動減小后緩慢開啟255 m 高程處的閥門。通過對2018 年廠房消防管網系統的波動統計分析，186 m 發電機層消防水壓波動每月約2 ～3 次，255 m 高程消防水壓波動已造成減壓閥井內3 個DN200 閘閥破裂、4 個浮球閥損壞、2 個減壓閥失靈。由于現在高位水池和原高程、位置發生變化、供水管路方向發生了變化、長距離的管路多次變徑等原因，370 m 高程相對186 m 高程用水點壓力過高，雖然在 255 m 高程設計了減壓閥，但一次減壓過大，減壓值在減壓閥的正常工作范圍邊界運行，減壓閥運行不穩定、效果不好；此外位于186 m 發電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向與系統圖不一致，不能對廠房形成環路供水；壩前消防取水廠房消防供水泄壓閥X214 閥調節不靈，多次壓力整定調節達不到要求。

分析電站消防供水系統具體如下：

(1) 檢修、滲漏排水泵潤滑水投入后高位水池370 m 到186 m 發電機層高差太大，255 m 層減壓閥運行不穩定，廠房用水時由于管路長且變徑多，減壓閥不能靈敏的進行開啟補水，造成管路內形成真空，同時補氣不及時，造成減壓閥動作時又開啟過大，壓力過高，如此反復，引起消防水壓力波動；

(2) 186 m 發電機層4 號機組段減壓閥方向安裝反向，沒有起到186 m 發電機層進行減壓和環路供水的作用；

(3) 在186 m 發電機層壓力過大時消防供水泄壓閥X214 閥沒有起到超壓動作泄壓排水作用；

(4) 管路排氣、補氣裝置設置不足，消防水管進氣后不能及時排氣、高位水池真空后不能及時補氣，引起消防管路振動。

2 處理思路和方法

(1) 在大壩右岸壩頂227 m 高程消防管路處設裝減壓閥，將高位水池到廠房的一級減壓變為兩級減壓，兩級減壓消防水壓壓力調整將會更穩定。根據現場實際情況，對大壩227 m 高程地下消防管路在主管路上安裝兩套減壓閥配套管路、閘閥，伸縮節，并在減壓閥后供水總管上裝設排氣閥。兩套減壓裝置在運行時互為備用。

(2) 對255 m 高程閥門井以上至370 m 高位水池安裝三個DN50 快速自動排氣閥，結合現場實際進行安裝，快速自動排氣閥進口處配不銹鋼球閥。

(3) 將186 m 發電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向進行調整，實現廠房環路供水及減壓功能。

(4) 對186 m 發電機層消防泵房消防供水泄壓閥X214 閥進行更換，并對壓力進行校驗調整。

(5) 大壩左岸227 m 層出線場外最高點消防管路上加裝DN50 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。

(6) 在186 m 發電機層檢修、滲漏排水泵潤滑供水管路處(深井泵潤滑水供水管路處)，安裝DN25 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。

3 施工過程對其他設備影響及應對

由于消防供水涉及水電站廠房消防滅火、生產、生活用水，對消防供水系統斷水處理必須考慮斷水對設備、生活影響，滿足防火、設備用水等要求，要合理策劃好斷水時間和斷水的區域，盡快完成施工以減小對消防供水影響。施工前要和電站集控中心做好溝通，對相關區域斷水時由于壓力減小監控報警由自動化專業對消防壓力報警信號進行處理。

(1) 對機組主軸密封的影響。由于中斷消防供水，主軸密封備用清潔水消失，可通過技術供水加壓泵來滿足主軸密封供水的壓力和流量。在消防水管改造前，進行技術供水加壓泵啟動檢查試驗：由運行人員啟動技術加壓泵，關閉備用清潔水源，記錄技術加壓泵啟動前后壓力及流量是否滿足主軸密封的用水要求，觀察頂蓋泵啟停間隔和之前對比是否滿足要求。

(2) 對滲漏排水、檢修排水潤滑水的影響。可通過壩前取水、消防水泵自流至供水管路對水泵軸承進行潤滑。運行人員對壩前取水、消防水泵自流進行試驗：由壩前取水供集水井軸承潤滑水用水，手動或自動投入潤滑水觀察壓力、流量是否正常驗證能否滿足水泵潤滑水要求。

(3) 對廠房消防系統供水的影響。高位水池斷水后，若廠房發生火情由壩前消防加壓泵供水滅火。

(4) 對物資庫房火災防控和保安營地生活用水，采用消防車進行臨時供水。

(5) 斷水對船閘過閘消防安全影響。高位水池消防供水斷水期間，船閘過船通知消防車至船閘現場駐守，待船舶安全通過后才能離開。

(6) 停水對大壩辦公的影響。提前發公告通知、衛生間做好儲水，并提醒大家節約用水。

(7) 安裝255 m 高程至高位水池三個浮球閥對生活區的影響。策劃好前期工作，此項工作計劃放在周末進行，提前做好停水及儲水通知，工作前準備備件安裝材料工器具等，現場只進行鉆孔及焊接工作，縮短工作時間、盡快恢復供水；職工食堂供水安排消防車進行臨時應急供水。

(8) 待主軸密封試驗及深井泵潤滑水試驗滿足條件，經運行許可后可進行廠房停水及補氣閥安裝。

4 工期安排及施工安全措施

大壩右岸EL227 m 設裝減壓閥。開挖前做好地下電纜、光纜等動土安全交底。提前采購材料做好兩路配管及預裝工作，待配管預裝完成后，斷消防供水、切割主管路，進行焊接安裝工作以減少消防管路停運時間。工期計劃：閥門管路安裝計劃工期3 天(閥門井開挖及后期閥門井砌筑不占直線工期)。施工將影響大壩供水、倉庫供水。做安全措施前確認機組主軸密封壓力和流量，對機組主軸密封壓力流量低的啟動技術供水加壓泵供水。滲漏泵、檢修泵潤滑水由壩前取水消防泵自流供水。管路施工完成充水時開啟閥門應緩慢進行充水，充水時做好管路排氣，調節減壓閥壓力滿足要求，閥門管路進行防腐刷漆。對閥門井用磚塊砌筑高度約0.5 m并用水泥砂漿粉刷，制作安裝閥門井鋼蓋板。

在255 m 閥門井高程以上至370 m 高位水池安裝快速自動排氣閥。管路排水后對相應位置鉆孔，做好鐵屑收集防止掉入消防管路內。提前焊接DN50 鋼管及法蘭，安裝DN50 球閥、排氣閥；管路充水試驗無滲漏，對設備防腐。工期計劃1 天。施工將影響職工生活區用水。提前做好生活區停水的應對措施，施工現場只進行鉆孔及焊接工作，縮短工作時間、盡快恢復供水；焊機及臨時用電必須使用漏電保護，焊接現場配備滅火器材防止火災，焊接完成后檢查現場。

對186 m 發電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向進行調整。工期計劃0.5 天。關閉閥門前后球閥，處理對設備及消防系統無影響。

對186 m 發電機層消防泵房消防供水泄壓閥X214 閥進行更換，并進行壓力校核調整為0 ～1.2 MPa。工期計劃0.5 天。更換此閥時不得和255 m 高程以上快速自動排氣閥更換、227 m 減壓閥加裝同時進行。安全措施會影響大壩消防自流供水對滲漏、檢修深井泵潤滑水。

在227 m 高程出線場外消防管路上加裝DN50快速排氣閥并配不銹鋼球閥。工期計劃0.5 天。影響倉庫、保安營地供水。做好停水前的通知和儲水工作，物資倉庫防火由消防車臨時應急。

在186 m 發電機層檢修、滲漏排水泵潤滑水管路處，安裝DN25 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。工期計劃2 h。安全措施會影響檢修排水、潤滑排水潤滑水。檢修前手動將檢修排水和滲漏排水井水位抽至停泵水位(滲漏集水井148.60 m、檢修集水井148.10 m)。如果集水井水位至工作泵啟動水位可手動啟動排污泵進行排水。

改造作業根據現場實際條件，在條件滿足的情況下分步實施。最大程度減小消防管路改造對消防安全、設備安全、生活供水的影響。