沙河电厂厂外补给水系统设计

李金海

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

沙河电厂厂外补给水系统设计

李金海

(河北省电力勘测设计研究院,河北石家庄 050031)

河北沙河电厂备用水从“引朱济邢”管道上引水,通过升压送至电厂。厂外供水工程输水距离长达17km,水泵设计扬程为1320KPa。由于厂外输水管道中间为最高点,最高点之前管道为压力流,最高点之后为重力流。为防止水锤屁话,该工程采用了在输水管道沿程设置高速进排气阀,在输水管道最高点设置“管式调压井”,在水泵出口安装多功能水泵控制阀和气压式调压罐等水锤防护措施。该工程现已投入运行,运行良好。

电厂 厂外补给水管道 水锤防护

1 工程概况

河北沙河电厂位于河北省邢台市和邯郸市交界处,建设2×600MW超临界燃煤直接空冷发电机组。电厂备用水源采用朱庄水库地表水,从“引朱济邢”管道上引水。引水点距离电厂为17km,电厂备用水源厂外供水工程设计水量为600m3/h。

河北沙河电厂备用水源厂外供水工程包括升压泵站、输水管道两部分。升压泵站内布置有蓄水池、升压泵房、调压罐间、阀门间及泵站辅助和附属建构筑物等；输水管道采用单管输水,直埋敷设。

考虑到升压泵站自用水及输水管道沿程渗漏损失水量,供水工程供水能力按640m3/h设计。

升压泵站位于邢都公路沙河大桥北,沙河北岸。从“引朱济邢”管道上分别引1根DN450管道至泵站内的蓄水池。升压泵房内设置有3台卧式多级离心泵,单台Q=320m3/h,H=1320kPa,N=200kW,U=380V。

升压泵站蓄水池水位为124．0m,输水管道最高控制点位于老邢都公路处,控制点管道中心标高为215m；电厂厂内蓄水池水位为114．0m；升压泵站到控制点的管道长度为9．2km,控制点到电厂厂内蓄水池的距离为7．8km。

2 输水管道设计

根据本工程输水管线的敷设特点,将管道分为两段进行敷设布置,第一段为升压泵房至最高控制点,为压力流,第二段为最高控制点至电厂蓄水池,为重力流。在最高控制点附近设置有准调压井。它是在管线上最接近水力坡降线的局部最高点处,设置一段垂直焊接在输水管上的等径钢管,如图1．1所示。垂直钢管高度根据计算确定。这个准调压井既能起调压室的作用,又能起通气阀的作用。在正常运行及断电停泵初期,它起调压室的作用,可以向输水系统管道补水或吸收输水系统的水；在断电停泵后期调压室内的水已排完,于是这个准调压室变成了一个巨大的通气阀,空气可从这个调压室进出主输水管道,减缓管道内的负压。

根据管道水力计算,第一段管道采用DN450焊接钢管,第二段采用的前半部分采用DN350焊接钢管,后半段采用DN450焊接钢管。

图1.1 准调压室结构示意图

3 水锤防护措施

河北沙河电厂厂外供水工程输水管道距离较长,高程较大,在输水系统的运行过程中,若突然断电停泵,水泵启动、切换等情况,必然会引起输水管道内压力的大幅波动,尤其是管线中高差比较大的地方。如水锤防护措施不当则会在输水管道出现汽化现象,导致水柱分离、水柱弥合,产生破坏性水锤。为保证厂外输水管道系统的安全、可靠,采取行之有效的水锤防护措施是必须的。为此,在本工程厂外输水系统设计时进行了详细的水锤分析计算,在输水管道沿线设置高速进排气阀、在输水管道最高控制点下游侧设置准调压井,在水泵出口设置多功能水泵控制阀和设置气压调压罐等安全可靠的水锤防护措施。

3.1 高速进排气阀

根据水锤分析计算,在管线沿途,管道局部最高点和平直段的必要位置均安装DN100高速进排气阀。采用高速进排气阀,由于空气阀允许通畅地大量进气,而限制排气,延长了空气阀关闭时间,在正常工况下,该阀门起到正常空气阀的作用,在空管充中和在管道排空的工况中,起到低压进排气的作用。在管道有压的工况下,可以进行高压微量排气。

3.2 气压调压室(“空气罐”)

在泵出口设有多功能水泵控制阀,对水泵起到一定保护作用,但对这样高差相对较大地管路,其对水泵的防护是有限的。为更好的保护水泵和泵房,在泵出口设气压式调压室。

气压式调压室是一种内部充有压缩空气的金属水罐,其顶部为空气,下部为水,安装于水泵出口附近的压力管道上。当泵站出现事故停泵时,输水管道内压力下降,空气罐内的气体膨胀并迅速向输水管道内补水,以防止管路内压力过度下降；当管路内压力上升时,则通过联络管向罐内充水,水锤波能量被部分吸收,缓解输水管道内的压力上升,从而利用密闭气室中的压缩空气制约水位高低及其变幅,起到消除或抑制水锤波作用,完成对输水管路的防护。空气罐的优点是安全可靠,水锤防护效果好。

3.3 多功能水泵控制阀

本工程水泵的扬程较高,这么高的扬程需要选择相应的离心水泵,而水泵对反转较为敏感。在实际工作当中,我们发现不利的反转往往造成较大的破坏。针对这种工况,常规水泵出口阀门的配置方式是选缓闭止回阀,或者双速关闭的止回阀,在高扬程、水泵反转的情况下就不利于水泵的防护,本工程在水泵后安装1套DN300多功能水泵控制阀,用于解决由于突然关泵而产生的水锤。

多功能水泵控制阀是事故停泵中最主要的控制水力过渡过程的可控阀设备,在水泵启动时能够先慢后快得自行开启；当事故停泵时,阀门可按预定得程序和时间自动关闭。这样不论在正常启闭水泵过程,还是事故断电过程,既能减弱了正压水锤,又可限制倒流流量和倒转转速,从而具备泵出口控制阀门的作用,又具有止回阀和水锤防护的作用。

多功能水泵控制阀采用两阶段关阀,在5s内关闭阀门的90%,100s内全部关闭。在水泵出口管道上安装有一个气压调压室(“空气罐”),罐直径为1．8m,总高6．16m,净体积为11m3,调压罐内上部空气初始体积约为3．5m3。并在有压管段上设有12个进排气阀。经非恒定流计算,在调压室内的最高压力调压室内可能出现的最高压力约为1．76MPa,水泵出口最高压力约为1．73MPa,水泵倒转转速在120%内,有压段管道无气穴发生。

本工程输水管道后半段为自流输水管线,根据水锤分析,发生水锤事故主要在于厂内管道末端阀的关闭速度。通过水锤计算,如60s内关闭末端阀,末端阀前的水锤压力可达2．34MPa,在管线穿峭河处可能出现的最大水锤压力约为2．42MPa。如末端阀关闭小于150s,管线上出现负压,且随着关阀速度的加快,负压越来越严重。当关阀时间小于100s时,管线局部会出现严重汽化,将会引起爆管事故。

4 运行效果

河北沙河电厂厂外供水工程于2013年初成功投入运行,供水设备、输水管道、水锤防护系统等在各种工况下运行状态均良好。水泵参数达到设计要求。2013年5月份,升压泵站突然断电,2台升压水泵事故断电,系统安全停运,该工程厂外输水系统经受住事故停泵的考验。

5 结语

该工程输水管道距离较长,高差较大,采用可靠的水锤防护措施是厂外输水系统安全运行的重要保证。该工程采用准调压井代替以往设计采用的高位水池设计方案,并采用其他一系列水锤防护措施,有效地解决了水锤危害的问题,避免了水锤事故的发生。

[1]曾建柱.内蒙古上都电厂厂外供水工程水锤防护设计[J].中国给水排水,2008,24(12):50-52.

[2]金锥,姜乃昌,汪兴华,罐兴旺.停泵水锤及其防护[M].中国建筑工业出版社,2004.

李金海(1979—),男,河北石家庄人,硕士研究生、工程师,研究方向为火力发电厂冷却系统。