抽水蓄能电站进水球阀安装工艺及调整

福建仙游抽水蓄能有限公司 余睿

福建厦门抽水蓄能有限公司 孙领

抽水蓄能电站进水球阀安装工艺及调整

陕西镇安抽水蓄能有限公司 权强 李言龙

福建仙游抽水蓄能有限公司 余睿

福建厦门抽水蓄能有限公司 孙领

进水球阀作为高水头长引水系统抽水蓄能电站的第一道安全保障，其安装工艺尤为重要，以保证进水球阀各项性能指标。本文以仙游抽水蓄能电站为例，介绍大型进水球阀的安装工艺以及在安装过程遇到的问题及调整处理措施。

抽水蓄能电站；进水球阀；安装工艺；接力器基础

福建仙游抽水蓄能电站（以下简称仙游电站）装机容量1 2 0 0 M W（4×300MW），额定水头430 m，采用“一洞两机”布置形式，每台机组引水压力钢管与水泵水轮机之间设置进水球阀。正常情况下球阀静水启闭，事故时可动水关闭球阀，以防止事故扩大。

1 球阀结构参数

仙游电站的球阀为卧轴布置，设有上游检修密封和下游工作密封。在球阀与上游引水压力钢管之间设置一段进水接管，下游端用法兰与球阀本体联接，上游端与凑合节焊接，凑合节再与压力钢管焊接。在球阀与蜗壳之间设置伸缩节，上游端用法兰与球阀本体联接，下游端与蜗壳用松套法兰联接。每台球阀配2个双作用液压缸式接力器、1套油压装置及控制系统。在进水接管与伸缩节之间设置旁通管路（工作旁通阀、检修旁通阀），用于球阀开启时上、下游平压。球阀技术参数见表1。

2 球阀安装工艺

2.1 球阀安装工艺流程

球阀安装工艺流程见图1。

2.2 基础埋件安装

（1）复测蜗壳延伸管法兰及引水压力钢管出口段垂直度、里程、中心、高程及两者的同轴度，所有的安装统一基准点，以蜗壳进口段法兰为基准，来确定球阀的基础板的中心、高程。

（3）安装球阀基础螺栓，利用安装模板调整其球阀基础螺杆满足各螺杆间的距离偏差±0.5mm；螺杆高程0～＋3mm；基础螺杆与球阀中心线Y为设计值1200±2 mm；下游侧螺杆2、3号到大梁中心的距离1505.37±0.5 mm。

2.3 球阀本体检查、清扫

在球阀运抵工地现场，利用行车对球阀进行翻身，翻身完成后对球阀本体进行全面检查。设备组合面应光洁无毛刺，若有毛刺或高点应先将其打磨光滑，合缝间隙用0.05 mm塞尺检查时不能通过，允许有局部间隙，用0.10 mm塞尺检查，深度不应超过组合面宽度的1/3，总长不应超过周长的20%，组合螺栓及销钉周围不应有间隙，组合缝处安装面错牙一般不超过0.10 mm；工作密封及检修密封的止水面接触应严密，用0.05 mm塞尺检查时不能通过；伸缩节在安装前要检查几何形状和尺寸；将活门置于全关位置，投入检修密封手动锁锭来固定阀体与活门的相对位置，以免活门在安装过程中发生转动。

2.4 阀体安装

由于吊物孔尺寸限制，只能先将凑合节、进水接管和伸缩节吊入并调整好安装位置，暂时放置在球阀基础上下游空地上，最后安装球阀基础板及调整螺栓，在阀体基础板平面和球阀底板上平面需相对滑动表面涂上二硫化钼润滑油脂，涂装时应避免粘上污物。将球阀本体就位，通过调整螺栓调整高程、水平使其满足要求。

表1 球阀技术参数

图1 球阀安装工艺流程图

2.5 伸缩节与进水接管安装

将伸缩节结合面清洗干净，在球阀本体结合面密封槽内涂抹黄油后安装固定好O型密封圈，用桥机配合楼板下的吊点将伸缩节吊装就位，并调整至正确的安装方位，调整伸缩节与球阀本体的中心和同心度满足要求，一般要求两者内壁错牙不超过1 mm。先对称安装8个M90的螺栓联接球阀本体与伸缩节法兰并预紧至把合面无间隙（用0.05 mm塞尺检查不能通过），安装剩余的螺栓，然后对称进行拉伸，具体情况如下（拉紧螺栓时一次打压对称2个螺栓）：油压1200 bar，最大1300 bar，旋转角度27.1°，伸长量0.28 mm，弦长35.9 mm，测量处直径153 mm。用桥机将伸缩节下游松套法兰吊装就位，此时不需要装入O型密封圈，在安装焊接凑合节时还需要将其法兰拆除。调整球阀伸缩节间隙均匀，满足设计要求25 mm，安装48个M36的联接螺栓并对称打紧，打紧力矩为2800N· m,用0.05 mm塞尺检查结合面不能通过。进水接管安装方法相同于伸缩节安装方法，不再赘述。

2.6 凑合节下料及焊接

测量上游进水管口至引支钢管出口之间距离，以+X轴线为基准，测量进水管口及引支钢管出口内壁的周长，在各象限内等分10个点并编号球阀上游进水管口1、2、3、4…40，引支钢管编号为1’、2’、3’…40’，然后量取两者相同点之间的距离L1、L2、L3…L40做好详细记录，计算出压力钢管凑合节的切割长度。将压力钢管凑合节按上述方式进行分点并测量出凑合节的实际长度，凑合节切割量L=L1＂-L1、L2、L3…L40。

其中：L1＂：凑合节实际长度；L1、L2、L3…L40：球阀至上游压力钢管距离。

根据上述计算值，对凑合节进行放样，计算尺寸中要考虑焊缝收缩量（两侧焊缝各2.5 mm）。根据放样点采用氧乙炔手动切割凑合段，按图纸要求对切割面开坡口、打磨，并做好切割面的中心线标记。

尺寸测量完成后将伸缩节与蜗壳延伸管之间的可拆卸法兰拆除，留出间隙后将球阀、伸缩节及上游延伸管同时往下游移动约7 mm，以确保在上游凑合节焊接收缩后能满足调整空间。

凑合节配割完成后在调整时需根据蜗壳延伸管与上游引支出水口的同轴度做出相应调整，若同轴度存在偏差可通过凑合节进行过渡。调整完成后进行球阀基础三期混凝土浇筑，待混凝土养护期到后进行焊接。

凑合节与压力钢管、进水接管焊接采用手工电弧焊。焊接前在进水接管、球阀本体、下游伸缩节法兰位置处各架设4块百分表，监测变形情况。根据百分表的变化情况，通过改变焊接工艺措施和焊接参数来控制焊接变形。环缝焊接前将坡口及坡口两侧100～150 mm范围内清理干净，去除铁锈、油污、杂质与水分，两侧坡口打磨见金属光泽。在坡口两侧按要求均匀预热，预热采用远红外加热片进行，预热温度为120～150℃，防止局部过热。焊后保温150～200℃/3h。环缝焊接由2名焊工同时均匀施焊，电焊条加热300℃/2h，焊条应保存在保温桶内，焊条在保温桶内时间不大于4小时。焊接中保持80～120℃。分段焊长度300 mm，采用分段退焊和对称焊接法，层间温度不超过200℃，层间用锤击法消应。由于球阀上游进水接管钢材为Q345R，压力钢管凑合节为600 MPa级钢板，属于异种钢焊接，根据设计要求，按强度低的一侧钢板选择焊接材料，按强度高的一侧钢板选择焊接工艺，即按Q345R钢板选择焊接材料，按600 MPa级钢板选择焊接工艺，故凑合节两侧的焊缝工艺是一致的，只是焊接所用焊材不同。手工电弧焊接环缝时的引弧必须在坡口内进行。多层焊道的接续部位不准在上、下、左、右中心方向相重合，应错开25 mm以上，多层焊接的层间接头应错开。碳弧气刨清根时的预热温度同焊接，应清除打底焊道，直至露出良好的焊缝金属为止。并进行表面PT探伤，保证无缺陷。所有焊接完成后，采用超声波、射线进行无损探伤，若焊缝内部缺陷应用碳弧气刨清除，重新焊接直到无损探伤满足要求。

2.7 接力器安装

将接力器运抵到现场，进行打压试验检查是否漏油、动作接力器活塞检查动作行程是否满足要求。将球阀接力器置于关闭，防止吊装时活塞杆滑动。将接力器置于全关位，接力器与支座、基础螺栓联接在一起，整体吊装就位，此时相对于球阀拐臂找正并与拐臂联接，调整接力器垂直度，控制在1 mm/m；检查两接力器中心距、与球阀中心距离、基础板高程等均应满足设计要求后，进行临时加固。对接力器两腔接入临时打压泵，带动球阀阀体开启关闭至少3次，检查球阀阀体开启时阀体过流面有无错牙，关闭位置接力器锁锭应能可靠投入退出。在接力器动作过程中检查拐臂与阀体间间隙均匀且满足要求。复测相关数据满足设计要求后，对接力器基础螺栓、预埋基础板以及球阀基础进行混凝土浇筑，浇注期间要求应保护好接力器活塞杆，并随时检查接力器的垂直度。养护期到后，打紧接力器基础螺栓到设计拉紧力矩。最终检查接力器安装尺寸，检查接力器开启、关闭能否满足工作密封、检修密封的工作状态。

2.8 旁通管路及附属设备安装

球阀设置检修旁通阀及工作旁通阀，用于球阀正常开启时对球阀两侧进行平压。检修旁通阀开启腔与关闭腔同时作用油压与水压，使检修旁通阀在油压消失时阀门具有自关闭趋势。两阀门上均有4个锁锭螺栓，在机组检修时投入防止阀门误开启向下游侧充水。在安装前对阀门进行耐压试验检查有无渗漏，利用行车将阀门吊装就位，调整好安装位置安装并对称打紧联接螺栓，然后对旁通管路进行配管焊接安装。

球阀所有管路均为不锈钢管，采用氩弧焊对管路进行焊接。在安装中要注意各阀门及表计的安装位置是否正确，便于操作和检修维护。外观整齐美观，管道水平度垂直度符合要求，法兰螺栓紧固时对称进行把紧，保持法兰面平行，平焊法兰内外焊缝均需焊接。

3 调试

确认球阀电气设备全部安装完成后，在上游引水系统充水前对球阀进行无水调试，现地手动开启、关闭调试球阀，检查逻辑程序是否正确，调整程序中各项参数，调整旁通阀开启、关闭时间，调整球阀阀体开启、关闭时间，以及球阀全关侧缓冲时间，保证以上各时间满足机组的工况转换时间需求。准备临时操作水源并外接手动打压泵动作工作、检修密封，调整球阀工作密封、检修密封投退位置开关。球阀阀体开、闭时间及球阀全关侧缓冲时间见表2。

表2 球阀阀体开、闭时间及球阀全关侧缓冲时间

表3 接力器复测数据

在各项工作调整完成后，关闭球阀阀体，投入检修、工作密封，投入检修密封10个接力器锁锭螺栓，将两接力器锁锭投入，关闭工作旁通阀、检修旁通阀并投入相应4个锁锭螺栓，所有安全措施做到位后对上游引水系统进行充水。

4 安装过程中的处理

以2号机为例。球阀接力器安装调整并开启、关闭球阀检查无误后，对球阀接力器基础浇筑混凝土，待混凝土养护到期后，重新复测检查各尺寸，具体数据见表3。

注：面向上游左手侧位左侧接力器。

可见，球阀全开时阀体过流面错牙达19 mm，同时左侧接力器有约2.5 mm未至缸底，右侧接力器已至缸底，球阀全关时造成左侧接力器承受双倍压力，容易损坏接力器，同时接力器锁锭无法正常投入。厂家标准要求过流面错牙在±10 mm，已超出标准，需要对接力器进行调整处理。分析判断有可能是在浇筑混凝土过程中接力器支座出现位移导致此过流面偏差。由于工期要求，不能将接力器全部混凝土拆除进行调整后再重新浇筑混凝土，分析所测数据，特别是考虑左、右接力器位置，具体处理步骤如下：

（1）左、右接力器在不到全关位置附近，将接力器缸体固定住以防接力器回荡受损，防止活塞压至下端盖，拆除接力器与支座的链接销钉；

（2）拆除左右接力器支座，清除接力器基础板上混凝土；

（3）将左侧接力器支座（如图4）4个Ф52孔用Ф52的圆钢（与支座孔等高）进行封堵，并在原孔上游侧方向距圆孔中心43 mm处打4个Ф52孔，并锪平Ф90；同时将右侧接力器支座（如图4）4个Ф52孔用Ф52的圆钢（与支座孔等高）进行封堵，并在原孔上游侧方向距圆孔中心2 2 m m处打4个Ф52孔，并锪平Ф90；

图4 球阀接力器支座

（4）将左、右接力器支座固定，安装接力器与支座链接销钉，将球阀全关并投入接力器锁锭，检查接力器锁锭能否正常投退，测量支座与球阀接力器基础板之间间隙，若有间隙加合适的金属垫，保证结合面贴实的情况下进行固定；

（5）开启、关闭球阀测量相关数据并核对，重点检查阀体过流面错牙（实测错牙为5 mm），各数据满足要求并通过验收后浇筑混凝土。

（6）通过上述方法对接力器的支座位置进行调整，最终测量球阀活门过流面与密封过流面的垂直差为5 mm，满足标准要求。

综上，在不拆除混凝土情况下，采用该调整方法对进水球阀接力器底座进行微调，最终经阀体开关试验检查，其安装误差满足相关规范标准的要求，同时大大的缩短了安装工期。

5 结语

球阀作为抽水蓄能电站安全保障，其安装工期直接影响到电站建设的直线工期。通过大型抽水蓄能电站球阀安装工艺及安装过程中问题处理浅析，其安装过程及最终各项数据都符合规范及设计要求，实践结果表明通过合理的安装工艺及处理调整，可很大程度上缩短电站建设的直线工期。

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《电力设备管理》杂志社编辑部2017.7.15