小浪底工程技术供水系统优化改造

于跃，焦玉峰，万永发，王宏飞，臧卫杰

(黄河水利水电开发总公司，河南 济源　459017)



小浪底工程技术供水系统优化改造

于跃，焦玉峰，万永发，王宏飞，臧卫杰

(黄河水利水电开发总公司，河南 济源459017)

摘要：为提高小浪底工程技术供水系统的安全性和可靠性，结合机组A级检修进行了2台机组的技术供水系统改造。介绍了供水管路改造、阀门改造、减压阀改造、滤水器改造、管路防结露等5方面的优化改造工作，并针对施工难点提出了相应对策，可为其他大型水利工程的优化改造提供参考。

关键词：技术供水系统；渗漏；管路焊接；管路连接；防结露

0引言

技术供水系统是保障水轮发电机组运行的重要辅助系统，系统状况直接影响主机安全运行。小浪底工程6台机组的技术供水系统投运将近15年，由于原设计选用的设备耐久性和可靠性不高，随着时间推移设备缺陷逐年增加，系统安全性、可靠性逐年下降。为系统治理设备问题，2013年开发公司启动了小浪底工程机组技术供水系统改造工作，利用机组A级检修间隙，于2014年、2015年先后实施了#4，#2水轮发电机组的技术供水改造工作。

1小浪底工程机组技术供水系统概况[1]

根据小浪底工程用水的水量、水压、水质等要求，选择了蜗壳取水和清水供水共存且相互补充的取水方式。蜗壳取水采用较常用的蜗壳单元取水方式，每台机组从本机蜗壳取水，主要供本机组用水，6台机组的蜗壳取水通过直径为478 mm的蜗壳取水联络干管连接，相互备用。清水供水采用大坝下游黄河北岸的蓼坞和南岸葱沟地下水，通过水源井泵送至地下厂房外清水池，再通过直径为1 020 mm的供水管送至6台机组处。每台机组有1套单元技术供水系统，包括滤水器、阀门、管路、控制部分及附件等。小浪底工程机组技术供水系统如图1所示。

2机组技术供水系统优化与改造

结合技术供水系统早期技术改造与近10年的运行工况，此次技术供水系统优化与改造主要进行了#2，#4机组供水管路改造、阀门改造、减压阀改造、滤水器改造及管路防结露等5方面的优化改造工作。

2.1供水管路改造

小浪底工程技术供水管路是20世纪90年代末设计安装的，主要供水管路的材质为碳钢，在进行机组日常维护及A级、C级检修时，发现部分管路内部锈蚀，且多次出现管路锈蚀穿孔漏水现象，严重影响机组的安全、稳定运行。对机组技术供水01，01B，09，15，16，17阀等11处重要供水阀门管路壁厚进行抽查测量，测量结果见表1。

优化改造内容：#2，#4机组水轮机层水车室外侧技术供水主管路、支管路(包括空冷、上导、下导、水导、推力)、弯头、三通、法兰、伸缩节、螺栓由碳钢材质更换为304L不锈钢材质。

2.2阀门改造

小浪底工程技术供水管路结构十分复杂，每台机组的技术供水系统都与3条干管(蜗壳取水供水干管、清水供水干管、清水排水干管)相连，检修时发现大部分阀门都存在内漏、锈蚀、操作卡塞、电动执行机构无法运行等现象，阀门出现问题需要检修时会影响其他机组的正常运行[2]。

优化改造内容：#2，#4机组技术供水管路80多套阀门由铸铁材质更换为304L材质，其中蝶阀更换为三偏心金属硬密封结构蝶阀，09，01关键取水阀门更换为电动闸阀；14套电动执行机构更换为配有开关控制单元的AUMA执行器。

2.3减压阀改造

2001年以来，蜗壳取水位置改造过的以色列BER-MAD(DN 400 mm/2.5 MPa)减压阀已使用10年以上，后期出现了压力不稳定的情况，容易因空冷器、导轴承冷却器压力过高而爆裂。

改造内容：此种减压阀性能稳定，不再选取新的型号，直接更换新的减压阀。

2.4滤水器改造

#2，#4机组主轴密封泵位置2台滤水器为整体

图1　小浪底工程技术供水系统

管路规格/mm原壁厚/mm测量壁厚(最薄处)/mm运行情况09阀弯头DN40095.8管路锈蚀严重15阀弯头DN40093.0管路锈蚀严重16阀直管DN40094.9管路锈蚀严重17阀弯头DN40096.1管路锈蚀严重正反向直管DN40096.9管路锈蚀严重风洞推力环管DN200106.2管路局部锈蚀蜗壳空冷DN25087.9管路局部锈蚀安全阀DN200106.8管路局部锈蚀滤水器直管DN40096.1管路锈蚀严重

结构，铸铁制造，锈蚀比较严重，切换困难，部件容易断裂，更换其中1个滤网时，中间有蹿水现象，存在安全隐患。蜗壳取水口位置2台滤水器内外锈蚀严重，需进行更换。

优化改造内容：主轴密封泵位置2套旧滤水器更换为1套具有压差清洗、周期清洗、手动自动清洗等功能的以色列产AF200全自动自清洗过滤器；蜗壳取水口位置2台滤水器使用性能稳定，不再选取新的型号，直接更换新的滤水器。

2.5管路防结露改造

小浪底工程地下厂房空气湿度较大，管路结露现象严重，对管路腐蚀较大，特别是发电机内部的结露水被循环风流挟带进入风道内，会降低电气设备的绝缘水平，加速电器元件的老化。

优化改造内容：对机组技术供水管路入地、入墙位置进行了重点防腐，将发电机上导、空冷、推力、下导管路到技术供水主管路安装保温及甲壳，根据福乐斯新型隔热保冷材料的特性，采用闭泡式保护结构和无缝式连接管路，有效杜绝结露现象。

3技术供水改造施工难点及对策

3.1管路焊接时存在渗漏水问题

在主管路拆除完毕进行新管路安装时，关键供排水阀门存在渗漏问题，无法带水进行氩弧焊焊接工作。施工现场进行#2，#4机组技术供水改造施工时，主要采取以下3种方法。

3.1.1搭设围堰，增加临时离心泵

在更换阀门位置搭设围堰，缓慢打开临时堵板，测量管路渗漏水量，选取合适的离心泵，将抽水管插入管路进行排水，待管路渗水消失时，观察15 min后进行入地管路与法兰的焊接工作。

3.1.2利用停机机组排除渗水

更换09阀门时，利用停机机组的2台主轴密封泵，通过30阀门进行蜗壳供水干管排水，更换15阀门时，再利用机组主轴密封泵通过31阀门进行蜗壳供水干管排水；反之，利用09，15阀门排水更换30，31阀门。

3.1.3加工辅助工具封堵渗漏

上述两种方法无效时，加工2套辅助工具用于封堵渗漏水，待焊接工作完毕时，再拆除辅助工具。辅助工具包括顶压式止水和充压式止水两种。

(1)顶压式止水辅助工具。加工小于管路内径的圆形止水挡板，在止水挡板迎水面安装环形橡胶板并用螺栓固定，止水挡板中心位置留有排水管直径大小的圆孔。管路切割完成后，先将法兰套装在管路上，管内安装止水挡板，利用支架与千斤顶将挡板顶压至待焊接的排水管口内，挡住管内渗漏水，同时通过管口十字形顶撑缝隙排出管内渗水，减小渗水压力，然后再进行管路焊接。由于顶压式止水为强力止水，该工具周边会有少许渗漏，适合较强水压下的止水接管施工。

(2)充压式止水辅助工具。加工两挡板间带可充气环状橡胶的辅助工具，用空压机向止水环内充气，并监测空压机上的压力表数值，保障使用安全。在止水挡板中心位置焊接排水管路并安装法兰及阀门，用于排出管路渗漏水，最后再进行焊接工作。该工具安装拆除方便，止水效果好，适合管道内渗水较小的施工。

3.2入地入墙处管路连接问题

施工中单台机组有10处入地、8处入墙技术供水管路需连接，由于工作环境复杂和空间狭小，如进行碳钢与不锈钢异种钢的过渡焊接，除焊接工艺影响焊接质量外，还存在以下影响：(1)母材对焊缝的稀释，会引起焊缝组织与性能的变化；(2)形成凝固过渡层；(3)形成碳迁移过渡层；(4)接头应力状态复杂[3]。

最终选取管路法兰连接方法，即预埋碳钢管路面采用碳钢法兰，改造管路面采用不锈钢法兰，两者再用不锈钢螺栓连接，并在原方案18处预埋管路开挖4 cm以上混凝土。一方面增加了管路焊接的空间，保证了管路焊接质量；另一方面又可以对管路根部进行重点防腐，有效杜绝结露现象。

3.3管路防结露处理问题

消除管路结露的关键是管路外表面温度应高于周围大气露点[4-7]。施工前对聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等材料进行考察：一方面，以上材料用于隔热保冷时必须覆盖防潮层和保护层，防潮层或保护层通常为铝箔或金属板，材料表面易氧化；另一方面，使用聚氨酯或泡沫酚醛作保冷应用时，必须覆盖铝箔或金属材质的防潮层和保护层，这类金属表面换热系数较低，提升绝缘系统表面温度的能力较弱，防止表面结露所需的绝热层厚度需增加。

从表面换热系数、抗紫外线、安装维护等方面综合考虑，最终保冷隔热层选取福乐斯品牌的发泡丁腈橡胶，保护层选取福乐斯品牌的S350多层特殊铝塑复合材料。

4结束语

小浪底工程#2，#4机组技术供水系统改造完成投入运行后，整个系统运行正常，设计目标全部得以实现，与往年同期相比，维护消缺工作量大大减少，机组运行环境得到极大改善，有效消除了发供电设备的运行隐患。小浪底工程#2，#4机组技术供水系统改造工期紧、交叉多、任务重，影响施工不确定因素多，整体施工难度大，开发公司将继续优化后续机组技术供水改造方案，注重新工艺、新材料、新方法的应用，不断提升发供电设备的运行水平，为枢纽安全、稳定运行保驾护航。

参考文献：

[1]张利新.小浪底水利枢纽运行管理：发电卷[M].郑州:黄河水利出版社,2011.

[2]陈伟，李鹏，李玉明.小浪底水电厂技术供水系统的介绍及应用[J].水力发电，2004,30(9):7-9.

[3]黄文长，潘春旭，付强.珠光体-奥氏体异种钢焊接接头中碳迁移的跟踪观测[J].机械工程材料,2006,30(4):17-19.

[4]何士华，纳学梅，张思青，等.水电站供水管道系统防结露保冷计算[J].水利水电技术,2005(11):100-103.

[5]张思青，何士华，纳学梅，等.吉仁河电厂供水管道结露机理及技术处理措施[J].云南水力发电，2004,20(4):89-93.

[6]徐新华，蔡路得.蓄冰系统设备管道保冷厚度的确定[J].暖通空调,2001,31(2):42-43.

[7]武丰林，阳新峰，谢云.二滩水电站发电机供水管道结露现象分析及对策[J].四川水力发电，2011,30(S1):135-136.

(本文责编：刘芳)

收稿日期:2016-03-31；修回日期:2016-05-03

中图分类号：TV 735

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)05-0046-03

作者简介：

于跃(1982—)，男，河南郑州人，工程师，从事水力机械运行维护工作。

焦玉峰(1982—)，男，河南郑州人，工程师，从事水力机械运行维护工作(E-mail:63887090@163.com)。

万永发(1980—)，男，湖北随州人，工程师，从事水力机械运行维护工作。

王宏飞(1979—)，男，河南洛阳人，助理工程师，从事水力机械运行维护工作。