万家寨引黄工程地下泵站除湿防腐机理分析

郭虎荣

（山西万家寨水控水资源有限公司偏关分公司总干一级泵站，山西 偏关 036400）

山西省万家寨引黄工程自黄河万家寨水库取水（水库水位957～980m），设计流量48m3/s，年引水量12亿m3。

1 泵站概况

万家寨引黄工程总干线全长44km，总干主要泵站有3座。按照工程规划，一期工程在总干线泵站先安装3台（套）水泵电动机组，其中2台工作、1台备用。一期总干线和南干线上的5座泵站，共装机29台，装机容量22.45万kW，向太原供水12.9m3/s。工程于1993年奠基，2002年全线试通水，2003年11月正式向太原市不间断供水。

按照已经批准的工程总建设方案，总干线和南干线的5级泵站，总提水设计扬程约为636m，总装机台数42台，单机流量6.45m3/s，总装机容量44.9万kW。向太原供水的引黄工程总干线GM和南干线SM的5级泵站总提水扬程，见表1。

表1 各级泵站抽水流量和装机台数表

根据批准的扩机建设方案，需要在总干线3座泵站，每站各扩装5台（套）水泵电动机组，正常情况下8台运行、2台备用，形成年供水12亿m3的能力，以满足南干线、北干线年引水要求，总干和南干各泵站机组编号见表2。

表2 各泵站泵组编号和扩装泵组的编号

随着北干线工程的胜利竣工、桑干河的生态供水、北京供水及南干线供水量的上升，总干线3座泵站今年将扩机9台，南干线将扩机4台，总装机将达到42台，总干线实现设计最大流量48m3/s。

2 地下泵站的潮湿与腐蚀问题

2.1 设备使用的环境条件

工程现场位于山西省北部，北干线路沿线有平鲁、朔县、山阴、怀仁及大同5个气象站，主要观测项目有降水、气温、蒸发、风速风向等，各站均具有1971—2000年完整资料。

据各站实测资料统计，多年平均降水量在400mm左右，其中70%的降水集中于汛期。夏季受西太平洋副热带高压影响，天气干燥炎热，年蒸发量大，多年平均蒸发量为2000mm（20cm蒸发皿），干旱少雨季节可占全年蒸发量的50%。冬季受蒙古冷高压的控制，气候干燥寒冷，雨雪稀少且多风沙。多年平均气温在5.8℃～7.9℃之间，年际温差不大，年内温度变化很大。多年平均风速2.2～3.4m/s，最大风速可达26.6m/s，风向多为西北风；无霜期短，约150～160d；封冻期长，最大冻土深度介于1120mm（朔县）～1860mm（大同）之间。

根据有关资料，泵站所在地多年平均月绝对最高气温37.2℃；多年平均月绝对最低气温-27.2℃；多年月平均最高气温22.0℃；多年月平均最低气温-10.6℃；冬季采暖室外计算温度-17.0℃；工程引水水温最低0℃，最高26.9℃。泵站内环境条件见表3。

表3 主厂房室内空气设计参数

尽管如此，考虑到安全，要求所有电气设备都应能在工程所在海拔高程、环境温度达到40℃、环境湿度达到95%时长期、连续、稳定运行。

2.2 设备潮湿与腐蚀问题

2.2.1 泵站设备较复杂

首先长距离、高扬程、大流量的引黄工程是一项高难度、高技术含量的世界级引水工程。其次，高扬程水泵的抗腐蚀性能、转速、流量、效率指标，复杂的泵站间流量匹配等方面研究成果均是国内首次应用；第三，由于采用封闭式引水设施，沿线调节能力较小，直接导致运行方式复杂，泵站变速机组、水库、控制闸阀须依靠全线自动化系统协调一致才能保证安全、稳定、高效运行。

2.2.2 设备表面凝水潮湿腐蚀严重

厂房埋深176m，阴冷、潮湿，不仅对职业健康安全造成一定伤害，而且对地下厂房的设备设施、尤其是二次控制回路造成锈蚀，严重影响设备的使用寿命，泵房的设备造价昂贵，将造成巨大的国有资产损耗。

在工程建成初期，运营单位对地下厂房岩体进行了喷浆，并通过诸多排水管道对山体渗漏水进行引流，汇集到地沟排至渗漏集水井，通过自留排水洞排至场外，并在最底层即水泵层设置了大功率除湿机。设置了送排风机和1b通风洞（进水阀室）、1c通风洞（出水阀室）汇集到1a通风洞至南山山体外侧大青沟，但是通风系统只有在厂房内有焊接工作或火灾情况下使用，平时厂房内的自然通风主要靠主交通洞经厂房经电缆竖井进行（即利用竖井的烟囱效应），但是到了雨季和秋冬季节仍然潮湿、凝露。后来又增设了多台除湿机，仍然效果不佳，设备潮湿腐蚀问题一直困扰着泵站的正常运行。

3 除湿技术的缘起与机理分析

3.1 除湿技术的缘起

在一次常规设备巡查过程中，进水阀室1号机组进水阀的自流排水洞口，一股浓厚的鱼腥湿气扑鼻而来，弥漫了整个闸室，引起了巡查人员的特别关注，他们随即探讨采取措施。鉴于当时所有进水设备都在正常运行，就临时用塑料布加棉被，将自流平排水洞口封盖住，这样就隔断了湿气进入整个泵站的自流通道。

自流排水洞口用塑料布、棉被封堵后第二天，再次巡检进水阀室时，发现湿气明显消失了，设备结露现象也明显减少，第三天、第四天水泵层管路结露现象大大减轻，这肯定了封堵措施的正确性。于是将主交通洞大门也用棉门帘封实，一周以后进出水阀室、水泵层的湿气几乎全部消失。

3.2 机理分析

3.2.1 湿气进入的第一通道

引黄工程总干一级地下泵站，地处万家寨黄河东岸、大青沟南山体下，距万家寨水利枢纽约1.15km，地面高程1100～1300m，建筑物埋深地下140～176m。泵站由万家寨水利枢纽取水，经1号、2号、3号压力隧洞、进水调压井、进水主支洞、进水阀室，进入泵站厂房机组，再经出水主支洞、出水阀室、出水调压井与4号有压隧洞相接。

3.2.2 湿气进入的第二通道

主交通洞紧连黄河岸边，且为爬坡式布置，加之平时厂房内的自然通风主要靠主交通洞经厂房经电缆竖井进行（即烟囱效应），这样冷湿气流极易进入厂房，进水阀室自流排水洞为了既节能降耗又可以加大检修、渗漏排水及事故情况下的排水能力，直接延伸至黄河河槽内，更易使潮湿气流进入进水阀室。

3.2.3 除湿

泵站进、出水阀室、水泵厂区层是联通的，在湿度较高时，极易形成设备设施结露现象，尤其雨季和秋冬季更为明显；加之泵站厂区长120m、宽17.5m、高20余m，连同大型进出水阀室，泵站容纳湿气的空间过大，设置几台除湿机几乎起不到太大作用，加之源源不断的湿气从两个通道补充进来，湿气自然无法清除。在将主交通洞门底部、自流排水洞两处湿气通道封实后，阻断了湿气进入，彻底解决了设备受潮锈蚀的问题。

4 结语

一块棉被解决了困扰地下厂房设备设施多年的潮湿、凝露、腐蚀问题，这一创新性技术改进、降低了大型水利设备的腐蚀损耗，得到了上级党委和部门的表彰与肯定，同时也触发了广大工友的工作激情，在平凡的工作中实现了社会价值。