永幸河泵站技术供水系统改造总结

2020-04-11

治淮 2020年1期

一、引言

大型泵站具有低扬程、大流量的特点，是水利防洪减灾体系中的重要组成部分,对解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境等问题起着不可替代的作用。进入二十世纪后，我国大型泵站建设取得了迅猛发展，特别是南水北调工程的建设，带动了大型泵站的设计、建设和大型水机设备制造技术的发展和成熟，使跨区域、跨流域调水成为可能。

安徽省是水利大省，位于长江下游和淮河中游，防洪除涝任务繁重，目前全省已经建成的大（2）型规模以上的泵站有十多座，是我国大型泵站建设运用较多的省份。淮南市位于淮河中游，是淮河干流防洪除涝压力最大的地区，目前淮南市已经建成泥河、永幸河、城北湖、禹王等大型泵站，加上新建西淝河和高塘湖泵站，共有六座大型泵站，总装机近6×104kW，总抽排流量660m3/s，占到全省大型泵站总装机容量近一半左右，在沿淮洼地排涝和灌溉工作中具有举足轻重的地位。

永幸河灌区始建于1958年，1978年全面建成，是安徽省七个大型灌区之一，设计灌溉面积55万亩，主要水源有淮河、茨淮新河、西淝河等，建成四十多年来，累计灌溉提引水50亿m3，排涝12亿m3，产生了巨大的经济、社会和生态效益。永幸河枢纽是灌区骨干控制工程，该站是二十世纪七十年代设计建设的沿淮第一座大型排灌结合泵站，具有引水、提灌、抽排、自排和通航等功能，兼具抽排架河内涝。泵站原设计装机25台，配套28ZLB-70 轴流泵，总装机3875kW。2010年永幸河泵站改造纳入世行沿淮重点平原洼地治理工程进行拆除重建，重建后的永幸河泵站设计装机5台，抽排流量80m3/s，灌溉提水流量40m3/s，总装机6250kW。重建后的永幸河泵站2012年建成并投入管理运行，年均排灌开机1300台时，截至目前已经累计运行9400台时，产生了巨大的经济和社会效益。

二、大型泵站供水系统前沿进展

大型泵站是一项复杂的系统工程，主电机、水泵是大型泵站的核心设备，除高压供电、励磁和控制保护系统外，主机组正常运行还需要可靠的油、电、水、气等辅助系统作为保障，辅助系统的正常安全运行，直接影响主机组系统的运行安全，直接决定了泵站的安全生产水平。而其中技术供水系统又是大型泵站机组运行辅助系统中的重要组成部分，泵站技术供水系统主要为主电机、水泵轴承系统和辅助设备提供冷却、润滑用水，技术供水系统方案的选择，决定了主机组运行安全和维护成本。

二十世纪九十年代以前，我国大型泵站的技术供水系统主要为开放式，采取前池流道进水，通过管道加压，经冷却设备循环冷却后分别排出，这种技术供水系统的主要特点是技术简单、冷却量大，缺点对水质要求高，增压泵、管阀和散热器易堵塞，影响主机组运行安全，特别是散热器堵塞、结垢或腐蚀穿孔后会引起油室进水，造成机组维护成本大幅增加。受国民经济快速发展和环境治理滞后影响，现有地表水系污染较重，特别是大范围排涝的河道沉底杂物淤泥较多，大流量泄洪后开机排涝，进入技术供水系统的水质较差，从近年来建成的淮南市永幸河枢纽和城北湖泵站技术供水系统运行情况来看，多次出现因技术供水系统堵塞造成冷却供水压力不足，引起轴瓦温升异常致使机组停运行的事故，经停机检查发现，几起事故均为增压泵叶轮室杂物缠绕、管道及阀门堵塞所致。究其原因，一是开放式技术供水系统存在先天设计缺陷；二是排涝河道水质很差，泵站设计中没有考虑在技术供水进水口设置拦污栅栏，管路上也没有过滤或沉淀设施。

图1 大型泵站技术供水系统剖面图

近年来，国内部分大型泵站根据运行和管理经验，对泵站技术供水系统进行了研究和改造尝试，采取深井水或二次取水，或者加装净水过滤装置对循环水质进行处理，也有部分泵站采取半开放式技术供水方案，但是改造效果均不甚理想，或者是能耗高成本大，或者是维护困难，半开放式还存在管路进气等问题。南水北调部分泵站采用技术供水密闭循环系统改造方案，利用空调器原理增加了室外水冷或风冷散热机组，解决了冷却循环水对管网造成的腐蚀及堵塞问题，但是存在投资大、能耗高的问题。

三、供水系统存在问题及分析

永幸河泵站重建后发挥了巨大的抗洪减灾和灌溉供水效益，建成以来年均开机灌溉提水1亿m3，为地方经济发展和社会稳定提供了坚定的基础支撑。但是永幸河泵站在拆除重建完成后投入运行第二年起，机组在运行过程中开始频繁出现轴瓦温升偏高，甚至个别机组瓦温出现快速上升并超警，在2013～2014年度河道经频繁泄洪后再进行开机灌溉下更加严重，经紧急停机检查分析发现，多数为技术供水泵组或阀组出现杂物堵塞所致，清理处置后重新开机轴瓦温升恢复正常，但是运行150～200台时左右又重新出现类似问题，造成主机组反复启停，严重影响机组运行安全和工程效益充分发挥。泵站技术供水系统剖面图见图1。

2013年冬季管理处安排维修公司进行机组小修，同时对技术供水系统拆解分析，经管理处组织工程技术管理人员会商，确定为进水杂物过多及冷却水质差引起技术供水系统经常性堵塞和冷却器冷却效率下降，造成轴瓦温升异常导致故障停机。

经分析，泵站技术供水系统设计存在如下缺陷：

1.技术供水取水口设计位置不合理。取水口设计位于机组肘形进水流道侧壁。

2.没有有效拦污过滤设计。泵站进水头开口过小，仅有简易拦污栅栏，机组管路无过滤及沉淀装置，对管路检修设计考虑不足。

3.取水口设计高程偏低。进水管口离流道底板不足1m，高程仅10.5m左右。

因永幸河为高排河道兼顾节制灌溉，在转入排涝模式前河道水位控制较高，排涝时河道流量大流速快，大量底飘杂物受紊流影响极易进入流道吸入技术供水管道。除了进水管口有一个简易栅栏外，技术管路上没有过滤及沉淀装置，较大杂物进入管路后很容易在截止阀和叶轮室缠绕堵塞，造成供水不足管道压力下降引起机组瓦温升高，同时因管路没有过滤净化装置，河道污水经冷却器循环后，管壁附着物越来越多，逐步造成毛细管堵塞腐蚀甚至管壁穿孔，冷却效率下降，从而引起轴瓦温度升高。永幸河枢纽泵站设计最低提水水位为16.5m，而技术供水进水口位于流道室10.5m 高程，位于最大流速且处于紊流区，为最不利工作状态，同时进水口高程设置偏低，增加了管路长度和承压水头负担并影响技术供水泵组效率。

四、技术改造措施

根据永幸河泵站实际运行工况和泵站技术供水装置存在问题分析，采取以下技术改造措施：

1.取消技术供水系统流道进水口及管路并永久封闭，将技术供水系统流道进水口移至泵站右岸老站地下泵室，这样泵站运行时，进水取水口距离河道动态水流50m 以上，且老站泵室前池四面封闭仅有孔洞和外河连通，泵池容量在1万m3左右，保证了机组运行时前池基本处于静水状态，有效避免了河道杂物进入技术供水管道。

2.根据永幸河泵站运行工况确定技术供水系统参数，选用两台独立潜水泵和管路通过阀门切换互为备用，管路、阀门均采用不锈钢材质，经泵房右联预留孔进入水泵层与技术供水原管路连接，在连接处设置并联式管道过滤器，并在过滤器进出口设置压力表和截止阀，在机组运行巡检中发现过滤器压力差值超过限定值时，可将另一路过滤器阀门打开转入运行状态，关闭堵塞过滤器进行检查清理，必要时可增设压差报警信号至泵站中控以便于监测。

3.原有管路在接入前，先高压水冲洗，除去管道内颗粒杂物，再利用草酸反复循环冲洗，彻底清除管道和冷却器内壁附着物，最后用清水再次冲洗管路后，对全部管路进行1.5 倍工作压力耐压实验，实验合格后接入新技术供水管路，然后进行系统联合试运行。