燈泡貫流式機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)主軸密封水循環(huán)利用可行性探索及研究

范瑜彬

摘要：燈泡貫流式水電站技術(shù)供水系統(tǒng)主要用于機(jī)組冷卻系統(tǒng)供水、主軸密封供水、廠內(nèi)深井水泵潤(rùn)滑水等。在密封循環(huán)冷卻系統(tǒng)的機(jī)組中，技術(shù)供水大部分水量用于主軸密封供水，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外貫流式機(jī)組普遍采用的作法是主軸密封水通入水輪機(jī)主軸密封（密封和潤(rùn)滑作用），通過(guò)管路引排至滲漏集水井，通過(guò)滲漏集水泵抽排至下游尾水。這樣存在技術(shù)供水浪費(fèi)和增加技術(shù)供水泵及滲漏水泵能耗的問(wèn)題。本文以黃河干流上水電站-黃河海勃灣水利樞紐電站為例，重點(diǎn)探索研究黃河中上游，在泥沙含量較大情況下，進(jìn)行主軸密封水循環(huán)利用，減少水耗和能耗的可行性。

關(guān)鍵詞：貫流式機(jī)組、增容改造、穩(wěn)定性

一、原系統(tǒng)基本情況及存在的問(wèn)題

海勃灣電站機(jī)組技術(shù)供水主要用于主軸密封供水、機(jī)組冷卻系統(tǒng)膨脹水箱補(bǔ)水、廠內(nèi)深井水泵潤(rùn)滑水。技術(shù)供水系統(tǒng)水源取自廠外兩口水井，市政供水作為備用水源。每口井設(shè)置一臺(tái)深井泵，將水抽至副廠房頂部的高位水箱，高位水箱底部高程1095.6m，設(shè)計(jì)總?cè)莘e為30m3，有效容積約為 15m3。單臺(tái)機(jī)組主軸密封設(shè)計(jì)水量約為 1.8m3/h，總用水量約為7.2m3/h。技術(shù)供水大部分水量用于主軸密封供水，主軸密封水通入水輪機(jī)主軸密封（密封和潤(rùn)滑作用），通過(guò)管路引排至1048層滲漏集水井，通過(guò)滲漏集水泵抽排至下游尾水。

2014年投產(chǎn)以來(lái)，技術(shù)供水系統(tǒng)主軸密封實(shí)際用水量偏大，遠(yuǎn)超技術(shù)供水設(shè)計(jì)用水量，主軸密封用水量約為16.5m3/h，4臺(tái)機(jī)組用水量取決于主軸密封磨損程度影響，汛期含沙量大主軸密封磨損嚴(yán)重時(shí)，最大漏水量曾達(dá)到20m3/h;由于主軸密封水外排，每年消耗水資源17.5萬(wàn)立方，同時(shí)兩臺(tái)技術(shù)水泵及滲漏水泵啟動(dòng)頻繁，每年消耗電量3.2萬(wàn)元。原系統(tǒng)配置濾水器精度不足，運(yùn)行5年后，高位水箱沉淀泥沙達(dá)5立方米，清理難度較大。技術(shù)供水系統(tǒng)圖如下：

二、解決方案探索研究

（一）方案一：取黃河水過(guò)濾后做為主水源，市政供水作為備用水源。

從取水水源來(lái)看，可取的水源主要有壩前水庫(kù)內(nèi)的水以及壩后尾水的水，按水質(zhì)來(lái)比較，水庫(kù)內(nèi)的水質(zhì)相對(duì)于尾水要稍好，但是考慮到水庫(kù)取水需要對(duì)水庫(kù)堤岸施工，同時(shí)穿越大壩，取水路徑獲得難度較高，且機(jī)電設(shè)備未能節(jié)省，相比較尾水取水沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因此利用兩臺(tái)潛水泵，從電站尾水取水，經(jīng)過(guò)旋流器和粗過(guò)濾器后，送入廠區(qū)的緩沖池，其中水泵、旋流器和粗過(guò)濾器均為1工作，1備用。水泵的啟停通過(guò)池內(nèi)的水位計(jì)控制。在經(jīng)過(guò)緩沖池簡(jiǎn)單沉淀后，通過(guò)溢流，將緩沖池內(nèi)的水引入清水池，然后利用潛水泵、和精過(guò)濾器過(guò)濾后，送至高位水箱。潛水泵的啟停由高位水箱的水位計(jì)控制。

（二）方案二：主水源：主軸密封水循環(huán)回收加市政供水補(bǔ)水;備用水源：1048層尾水管取水。采用回收現(xiàn)有主軸密封的用水，重新泵送回高位水箱，重復(fù)利用的方式，損失的水可通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)水電動(dòng)閥，利用市政供水進(jìn)行補(bǔ)給，主水源回路通過(guò)2組精濾及1級(jí)超濾，保障水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。備用水源取至2、4號(hào)機(jī)組流道備用壓力水管，通過(guò)旋流器除沙，2組精濾及1級(jí)超濾，使水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

主軸密封實(shí)際用水量較大，通過(guò)調(diào)節(jié)閥對(duì)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，恢復(fù)到設(shè)計(jì)流量，同時(shí)為了有效回收主軸密封漏水，為水泵運(yùn)行留有緩沖容量，在1048廊道內(nèi)，設(shè)置2個(gè)2m3的儲(chǔ)水罐。1#、2#機(jī)共用1個(gè)，3#、4#機(jī)共用1個(gè)，對(duì)主軸密封排水管進(jìn)行改造，連接至儲(chǔ)水罐，并通過(guò)2臺(tái)水泵（每個(gè)儲(chǔ)水罐配置1臺(tái)水泵，兩個(gè)儲(chǔ)水罐互為備用），送水至1068.5高程，風(fēng)機(jī)房邊的大儲(chǔ)水罐，水罐容積5m3。初選水泵參數(shù)為Q=10m3/h，H=27m，N=1.5kW。水泵后加設(shè)1臺(tái)精過(guò)濾器。水泵的啟停根據(jù)小儲(chǔ)水罐的液位控制。風(fēng)機(jī)室的儲(chǔ)水罐利用2臺(tái)Q=23.5m3/h，H=44m，N=5.5kW的水泵，將水泵送至高位水箱。水泵的啟停根據(jù)大儲(chǔ)水罐的液位控制。不足水由市政供水補(bǔ)充。儲(chǔ)水罐可裝設(shè)油混水檢測(cè)裝置和濁度監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值，可按需切換水源至市政供水。考慮到主軸密封有一定的磨損，在回收利用主軸密封水時(shí)，會(huì)有一定的泥沙進(jìn)入回用水，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)狀高位水箱放水管已有過(guò)濾設(shè)置，在一級(jí)水泵后增設(shè)精過(guò)濾器一組，過(guò)濾精度按30μm考慮。當(dāng)檢測(cè)出水中含油量超標(biāo)時(shí)，將利用市政市政供水，更換整體循環(huán)水。主軸密封的回用水，考慮沿現(xiàn)有的水輪機(jī)豎井、管道廊道鋪設(shè)至1065層。1048層尾水管取水作為備用水源，考慮到黃河含泥沙的特殊性，在進(jìn)入2m3儲(chǔ)水罐前，設(shè)置水力旋流器進(jìn)行除沙，并根據(jù)需求，在1065層，進(jìn)入5m3儲(chǔ)水罐前，利用超濾設(shè)備，通過(guò)添加絮凝劑的方式，進(jìn)一步凈化水體，達(dá)到較為理想的效果。

一般情況下，主軸密封回用水通過(guò)2級(jí)水泵自動(dòng)向高位水箱補(bǔ)水，原則上2m3儲(chǔ)水罐后的水泵按該儲(chǔ)水罐的水位啟停，5m3儲(chǔ)水罐后的水泵按該儲(chǔ)水罐的水位進(jìn)行啟停，同時(shí)監(jiān)控高位水箱水位，防止溢出，后續(xù)將同時(shí)監(jiān)控高位水箱、大小儲(chǔ)水箱的液位，優(yōu)化水泵的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)高位水箱中最高水位持續(xù)下降時(shí)，可通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)水電動(dòng)閥，利用市政供水進(jìn)行補(bǔ)給。

運(yùn)行模式如下：

（1）正常運(yùn)行時(shí)，主軸密封循環(huán)利用，通過(guò)市政供水補(bǔ)充消耗。回收的主軸密封水通過(guò)1路精濾、1路超濾進(jìn)行水質(zhì)處理。

（2）主水源出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)（如主軸密封回收管路檢修、市政供水檢修無(wú)法補(bǔ)充消耗等情況），1048層尾水管取水作為備用水源投入運(yùn)行。備用水源采用水力旋流器除沙，通過(guò)1組精濾、1個(gè)超濾進(jìn)行水質(zhì)處理。

三、安全和經(jīng)濟(jì)性分析

方案二相比較安全性更高，同時(shí)安裝及維護(hù)費(fèi)用具有較大優(yōu)勢(shì)，在廠內(nèi)實(shí)施不需要考慮管路防凍問(wèn)題。推薦按方案二方式進(jìn)行改造，按照汛期一個(gè)月市政供水直供，采用市政供水補(bǔ)給供水與過(guò)濾水補(bǔ)給的方式運(yùn)行。同時(shí)監(jiān)測(cè)回用水的油混水含量和渾濁度，定期為高位水箱整體換循環(huán)水，用以提高主軸密封的水質(zhì)。

結(jié)束語(yǔ)：

主軸密封水循環(huán)利用方案，是考慮在水資質(zhì)緊張區(qū)域，特別是北方干旱地區(qū)使用的一種新型解決方案，在節(jié)約水資源的同時(shí)，通過(guò)凈化設(shè)備的合理配置優(yōu)化主軸密封水質(zhì)，對(duì)緩解主軸密封磨損，減小主軸密封的檢修維護(hù)量具有重要意義，同時(shí)能夠減少滲漏水泵及技術(shù)水泵等設(shè)備的啟動(dòng)頻次，具有一定的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]NBT35035-2014 水力發(fā)電廠輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、DLT 5038-2012 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝工藝規(guī)程、GB∕T35709-2017燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組檢修規(guī)程