白莲河抽水蓄能电站球阀旁通管改造优化分析

孙 政，李 波

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 黄冈438600）

0 引言

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县境内，距离武汉市143 km。电站安装4台300 MW可逆式机组，总装机容量1 200 MW。电站设计年发电量9.67亿kW·h，年抽水用电量12.89亿kW·h，在湖北电网中承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等任务。

抽水蓄能电站在主进水阀开启的时候为保证主进水阀平压，设置了连接主进水阀上下游的旁通管，在主进水阀开启的时候给蜗壳充水。旁通管上设置了液压旁通阀和电动旁通阀。电动旁通阀的作用是在机组检修或者液压旁通阀检修时投入，用于截断上游压力钢管的水压，还可用于主进水阀开启过程中，如果液压旁通阀无法关闭，关闭电动旁通阀。

白莲河抽水蓄能电站主进水阀旁通管原设计安装的是碳钢管，电动旁通阀采用的是电动闸阀，经过10年的运行，主进水阀碳钢旁通管内部存在较严重的腐蚀，部分机组的主进水阀电动旁通闸阀关闭不严，旁通管伸缩节连接部分存在轻微渗水，同时旁通管未设计压力表监测判断旁通管内压力，这些问题会导致主进水阀检修隔离措施可靠性降低，甚至可能出现旁通管爆管导致水淹厂房，对人员安全及设备运行造成了很大影响。

本文对白莲河抽水蓄能电站主进水阀旁通管改造优化进行了分析，详细介绍了主进水阀旁通管改造思路、方案设计、强度复核和现场实施，对国内同类电站有一定的借鉴意义。

1 改造思路

为了保证人员安全及设备安全可靠运行，结合3号机组A修，在3、4号机组共用的2号流道排空的情况下，对3、4号机组主进水阀旁通管进行改造，将碳钢旁通管更换为不锈钢旁通管，将电动旁通闸阀更换为电动旁通球阀，同时在旁通管上加装排气泄压手阀和用于监测旁通管压力的压力表。

2 方案设计

2.1 原主进水阀旁通管结构及工作原理

设计主进水阀旁通管装配图见图1。

主进水阀旁通系统由旁通弯管、旁通直管、电动旁通阀、液压旁通阀、密封件、紧固件等组成，布置在上游延伸管与下游连接管之间。其作用是在进水阀开启前打开向蜗壳充水平压，降低开阀力矩，减少开阀过程中轴与轴承之间的摩擦，延长进水阀使用寿命。改造前旁通管采用碳钢管，主进水阀上游侧电动旁通阀采用电动闸阀，现场实物照片分别为图2、3。

图1 原ALSTOM设计主进水阀旁通管装配简图

图2 改造前碳钢旁通管

图3 改造前电动旁通闸阀

2.2 原设计存在的问题

（1）旁通管路采用碳钢材质，外部刷涂油漆进行防腐，但管路内部经过长时间运行，腐蚀较严重且较难处理，探伤及壁厚检测有明显变薄趋势。

（2）3号机组电动旁通闸阀关闭不严，不能可靠隔离主进水阀上游水源，在主进水阀上游流道不排空的情况下无法进行主进水阀下游侧液压旁通阀的检修。

（3）原主进水阀旁通管伸缩节法兰连接深缩量为55～60 mm，法兰连接内侧仅设有一道O型密封圈，长时间运行密封老化，轻微渗水，且旁通管伸缩节连接深缩量安全裕度不高，存在震动脱落爆管的安全风险。

（4）旁通管路未设计手动排气泄压阀，不方便球阀试验排气和旁通管段泄压。未设计测压接头及压力表，不能直观判断管内压力和检修隔离措施是否到位，给日常运维和检修造成了一定的安全隐患。

2.3 改造方案

对原设计存在的问题进行分析，并对原设计进行了优化。

图4 主进水阀旁通管改造设计装配简图

新的设计图主要变动有如下4点：

（1）改造后旁通管路材质为06Cr19Ni10不锈钢。

（2）主进水阀上游侧电动旁通阀采用电动球阀，安装完后现场加装支撑。

（3）旁通管伸缩节法兰连接深缩量加大为130 mm，法兰内侧设有两道O型密封，大大提高了旁通管伸缩节的安全性和密封性。

（4）在电动旁通阀与第一个连接法兰之间的旁通管路上安装压力表和手动排气泄压阀。

3 强度复核

旁通管改造主要部件设计参数如表1。

表1 旁通管改造主要部件设计参数

本次改造新采购的电动球阀和标准法兰的设计压力为5.0 MPa，大于球阀设计压力3.22 MPa，满足电站使用要求。

钢管公称直径D=300 mm，设计压力P=3.22 MPa，材料为06Cr19Ni10，屈服极限σs≥205 MPa，许用应力σ=σs/3=205/3=68.3 MPa，根据钢管壁厚计算公式e=PD/+C=3.22×300/2/68.3+2=9.07 mm，实际钢管尺寸为Φ325×14，壁厚14 mm，大于计算值9.07 mm，因此满足电站使用要求。

4 现场实施

（1）预装旁通管路，确保电动手动式一体球阀（电动旁通阀）、液压针阀（液压旁通阀）及旁通管等零部件位置尺寸符合图纸要求。

（2）焊接管路及法兰，焊后打磨探伤检验合格。

（3）将管路（不含旁通管路伸缩节法兰至针阀之间的管路）连接后在安装间做打压试验，试验压力7.5 MPa，时间30 min。旁通管伸缩节法兰至针阀之间的管路在管路制造厂家做打压试验，手动电动球阀和针阀在生产厂家已做过打压试验，现场不再进行打压试验。

（4）将所有阀门和管路连至工作位置后进行密封试验，在伸缩法兰密封检查孔内加压，检查两道密封圈的密封性能，试验压力4.125 MPa，时间30 min。

（5）配做阀体上游侧和下游侧法兰位置两道旁通管路支撑，根据手动电动球阀的手轮和电动执行机构实际位置配做支撑。

（6）安装完成后，大大提高了主进水阀旁通管路的安全性。不锈钢旁通管和主进水阀上游侧不锈钢电动旁通球阀分别为图5和图6。

图5 改造后的不锈钢球阀旁通管

图6 改造后的不锈钢电动旁通球阀

（7）在电动旁通阀与第一个连接法兰之间的旁通管路上安装压力表和手动排气泄压阀，可以方便主进水阀试验排气和旁通管段泄压，并能直观判断管内压力和检修隔离措施是否到位。旁通管伸缩节法兰内侧设置两道O型密封，大大提高了旁通管伸缩节的安全性和密封性。安装实物分别见图7、图8。

图7 压力表和手动排气泄压阀

图8 旁通管伸缩节连接法兰

5 结语

通过本次改造，解决了白莲河抽水蓄能电站原3、4号机组主进水阀旁通管路腐蚀的问题，消除了电动旁通阀隔离上游水源不可靠的安全隐患。加装了压力表和手动排气泄压阀，为日常运维、检修隔离、主进水阀管段排气以及旁通管段充水提供了更安全便捷的操作方式。对旁通管伸缩节结构进行了优化，在法兰内侧设计两道O型密封，提高了旁通管伸缩节的安全性和密封性。本次改造有效提升了主进水阀旁通管相关设备的可靠性、安全性，对国内同类电站有一定的借鉴意义。