水电站消防供水管路波动分析及处理

胡小刚

(重庆大唐国际武隆水电开发有限公司，重庆 408500)

0 引言

水电站位于乌江下游河段，电站开发方式为坝式水电站，大坝为混凝土重力坝，坝顶高程227.5 m，最大坝高78.5 m，坝顶长度600.1 m，水库正常蓄水位215 m，死水位211.5 m，水库总库容3.2 亿m3，调节库容0.37 亿m3，为日调节水电站。水电站共安装4 台单机容量161.25 MW的轴流转桨式水轮发电机组，多年平均发电量27.08 亿kWh。厂房消防系统为两路供水，一路由生活区海拔370 m 高位300 m3水池向厂房供水，另一路由备用消防水为坝前168 m 消防水加压供水。设计院初设消防水源为设在左岸273 m 高程的消防水池，将施工期左岸施工水厂水池改造成2 个500 m3消防水池供应电站厂房及大坝和船闸的消防及生产、生活用水。在消防专题设计时利用营地已建好的右岸370 m 高位水池，后消防设计优化为现在的右岸生活区370 m 水池供水，而厂内供水管未改变，供水管路为370 m 高程水池由DN200 管路在高程255 m 设置减压阀阀门井，再通过右岸边坡至高程227 m 船闸变径为DN300 横穿大坝，2 根消防支管DN200 管路在左岸厂内部形成环状，负责向电站厂房提供消防、主轴密封、深井泵润滑和生活用水。现370 m 高位水池经过右岸255 m 高程减压后对厂房消防供水，大坝厂房消防供水系统投运后一直存在消防水压力波动，引起186 m 高程发电机层消防管路振动、255 m 高程以上消防管路剧烈振动及异响，造成255 m 高程减压井闸阀破裂、浮球阀破裂等缺陷，严重影响厂房消防供水及设备安全稳定运行。

1 消防管路振动及闸阀破裂原因分析

通过观察厂房186 m 发电机层消防管路振动的发生为186 m 发电机层的检修、渗漏排水泵启动前润滑水投入时引起压力波动造成，一般处理需通过轻微开启坝前消防取水厂房消防供水放空阀X213 阀对压力稳定调整；255 m 高程以上管路振动，主要发生在汛期机组低水头运行主轴密封清洁水投入后，处理是关闭255 m 高程处闸阀，待厂房及255 m 高程以上消防管路振动减小后缓慢开启255 m 高程处的阀门。通过对2018 年厂房消防管网系统的波动统计分析，186 m 发电机层消防水压波动每月约2 ～3 次，255 m 高程消防水压波动已造成减压阀井内3 个DN200 闸阀破裂、4 个浮球阀损坏、2 个减压阀失灵。由于现在高位水池和原高程、位置发生变化、供水管路方向发生了变化、长距离的管路多次变径等原因，370 m 高程相对186 m 高程用水点压力过高，虽然在 255 m 高程设计了减压阀，但一次减压过大，减压值在减压阀的正常工作范围边界运行，减压阀运行不稳定、效果不好；此外位于186 m 发电机层4 号机组段的FX02 减压阀方向与系统图不一致，不能对厂房形成环路供水；坝前消防取水厂房消防供水泄压阀X214 阀调节不灵，多次压力整定调节达不到要求。

分析电站消防供水系统具体如下：

(1) 检修、渗漏排水泵润滑水投入后高位水池370 m 到186 m 发电机层高差太大，255 m 层减压阀运行不稳定，厂房用水时由于管路长且变径多，减压阀不能灵敏的进行开启补水，造成管路内形成真空，同时补气不及时，造成减压阀动作时又开启过大，压力过高，如此反复，引起消防水压力波动；

(2) 186 m 发电机层4 号机组段减压阀方向安装反向，没有起到186 m 发电机层进行减压和环路供水的作用；

(3) 在186 m 发电机层压力过大时消防供水泄压阀X214 阀没有起到超压动作泄压排水作用；

(4) 管路排气、补气装置设置不足，消防水管进气后不能及时排气、高位水池真空后不能及时补气，引起消防管路振动。

2 处理思路和方法

(1) 在大坝右岸坝顶227 m 高程消防管路处设装减压阀，将高位水池到厂房的一级减压变为两级减压，两级减压消防水压压力调整将会更稳定。根据现场实际情况，对大坝227 m 高程地下消防管路在主管路上安装两套减压阀配套管路、闸阀，伸缩节，并在减压阀后供水总管上装设排气阀。两套减压装置在运行时互为备用。

(2) 对255 m 高程阀门井以上至370 m 高位水池安装三个DN50 快速自动排气阀，结合现场实际进行安装，快速自动排气阀进口处配不锈钢球阀。

(3) 将186 m 发电机层4 号机组段的FX02 减压阀方向进行调整，实现厂房环路供水及减压功能。

(4) 对186 m 发电机层消防泵房消防供水泄压阀X214 阀进行更换，并对压力进行校验调整。

(5) 大坝左岸227 m 层出线场外最高点消防管路上加装DN50 快速自动排气阀并配不锈钢球阀。

(6) 在186 m 发电机层检修、渗漏排水泵润滑供水管路处(深井泵润滑水供水管路处)，安装DN25 快速自动排气阀并配不锈钢球阀。

3 施工过程对其他设备影响及应对

由于消防供水涉及水电站厂房消防灭火、生产、生活用水，对消防供水系统断水处理必须考虑断水对设备、生活影响，满足防火、设备用水等要求，要合理策划好断水时间和断水的区域，尽快完成施工以减小对消防供水影响。施工前要和电站集控中心做好沟通，对相关区域断水时由于压力减小监控报警由自动化专业对消防压力报警信号进行处理。

(1) 对机组主轴密封的影响。由于中断消防供水，主轴密封备用清洁水消失，可通过技术供水加压泵来满足主轴密封供水的压力和流量。在消防水管改造前，进行技术供水加压泵启动检查试验：由运行人员启动技术加压泵，关闭备用清洁水源，记录技术加压泵启动前后压力及流量是否满足主轴密封的用水要求，观察顶盖泵启停间隔和之前对比是否满足要求。

(2) 对渗漏排水、检修排水润滑水的影响。可通过坝前取水、消防水泵自流至供水管路对水泵轴承进行润滑。运行人员对坝前取水、消防水泵自流进行试验：由坝前取水供集水井轴承润滑水用水，手动或自动投入润滑水观察压力、流量是否正常验证能否满足水泵润滑水要求。

(3) 对厂房消防系统供水的影响。高位水池断水后，若厂房发生火情由坝前消防加压泵供水灭火。

(4) 对物资库房火灾防控和保安营地生活用水，采用消防车进行临时供水。

(5) 断水对船闸过闸消防安全影响。高位水池消防供水断水期间，船闸过船通知消防车至船闸现场驻守，待船舶安全通过后才能离开。

(6) 停水对大坝办公的影响。提前发公告通知、卫生间做好储水，并提醒大家节约用水。

(7) 安装255 m 高程至高位水池三个浮球阀对生活区的影响。策划好前期工作，此项工作计划放在周末进行，提前做好停水及储水通知，工作前准备备件安装材料工器具等，现场只进行钻孔及焊接工作，缩短工作时间、尽快恢复供水；职工食堂供水安排消防车进行临时应急供水。

(8) 待主轴密封试验及深井泵润滑水试验满足条件，经运行许可后可进行厂房停水及补气阀安装。

4 工期安排及施工安全措施

大坝右岸EL227 m 设装减压阀。开挖前做好地下电缆、光缆等动土安全交底。提前采购材料做好两路配管及预装工作，待配管预装完成后，断消防供水、切割主管路，进行焊接安装工作以减少消防管路停运时间。工期计划：阀门管路安装计划工期3 天(阀门井开挖及后期阀门井砌筑不占直线工期)。施工将影响大坝供水、仓库供水。做安全措施前确认机组主轴密封压力和流量，对机组主轴密封压力流量低的启动技术供水加压泵供水。渗漏泵、检修泵润滑水由坝前取水消防泵自流供水。管路施工完成充水时开启阀门应缓慢进行充水，充水时做好管路排气，调节减压阀压力满足要求，阀门管路进行防腐刷漆。对阀门井用砖块砌筑高度约0.5 m并用水泥砂浆粉刷，制作安装阀门井钢盖板。

在255 m 阀门井高程以上至370 m 高位水池安装快速自动排气阀。管路排水后对相应位置钻孔，做好铁屑收集防止掉入消防管路内。提前焊接DN50 钢管及法兰，安装DN50 球阀、排气阀；管路充水试验无渗漏，对设备防腐。工期计划1 天。施工将影响职工生活区用水。提前做好生活区停水的应对措施，施工现场只进行钻孔及焊接工作，缩短工作时间、尽快恢复供水；焊机及临时用电必须使用漏电保护，焊接现场配备灭火器材防止火灾，焊接完成后检查现场。

对186 m 发电机层4 号机组段的FX02 减压阀方向进行调整。工期计划0.5 天。关闭阀门前后球阀，处理对设备及消防系统无影响。

对186 m 发电机层消防泵房消防供水泄压阀X214 阀进行更换，并进行压力校核调整为0 ～1.2 MPa。工期计划0.5 天。更换此阀时不得和255 m 高程以上快速自动排气阀更换、227 m 减压阀加装同时进行。安全措施会影响大坝消防自流供水对渗漏、检修深井泵润滑水。

在227 m 高程出线场外消防管路上加装DN50快速排气阀并配不锈钢球阀。工期计划0.5 天。影响仓库、保安营地供水。做好停水前的通知和储水工作，物资仓库防火由消防车临时应急。

在186 m 发电机层检修、渗漏排水泵润滑水管路处，安装DN25 快速自动排气阀并配不锈钢球阀。工期计划2 h。安全措施会影响检修排水、润滑排水润滑水。检修前手动将检修排水和渗漏排水井水位抽至停泵水位(渗漏集水井148.60 m、检修集水井148.10 m)。如果集水井水位至工作泵启动水位可手动启动排污泵进行排水。

改造作业根据现场实际条件，在条件满足的情况下分步实施。最大程度减小消防管路改造对消防安全、设备安全、生活供水的影响。