灯泡贯流式机组技术供水系统主轴密封水循环利用可行性探索及研究

范瑜彬

摘要：灯泡贯流式水电站技术供水系统主要用于机组冷却系统供水、主轴密封供水、厂内深井水泵润滑水等。在密封循环冷却系统的机组中，技术供水大部分水量用于主轴密封供水，当前国内外贯流式机组普遍采用的作法是主轴密封水通入水轮机主轴密封（密封和润滑作用），通过管路引排至渗漏集水井，通过渗漏集水泵抽排至下游尾水。这样存在技术供水浪费和增加技术供水泵及渗漏水泵能耗的问题。本文以黄河干流上水电站-黄河海勃湾水利枢纽电站为例，重点探索研究黄河中上游，在泥沙含量较大情况下，进行主轴密封水循环利用，减少水耗和能耗的可行性。

关键词：贯流式机组、增容改造、稳定性

一、原系统基本情况及存在的问题

海勃湾电站机组技术供水主要用于主轴密封供水、机组冷却系统膨胀水箱补水、厂内深井水泵润滑水。技术供水系统水源取自厂外两口水井，市政供水作为备用水源。每口井设置一台深井泵，将水抽至副厂房顶部的高位水箱，高位水箱底部高程1095.6m，设计总容积为30m³，有效容积约为 15m³。单台机组主轴密封设计水量约为 1.8m³/h，总用水量约为7.2m³/h。技术供水大部分水量用于主轴密封供水，主轴密封水通入水轮机主轴密封（密封和润滑作用），通过管路引排至1048层渗漏集水井，通过渗漏集水泵抽排至下游尾水。

2014年投产以来，技术供水系统主轴密封实际用水量偏大，远超技术供水设计用水量，主轴密封用水量约为16.5m³/h，4台机组用水量取决于主轴密封磨损程度影响，汛期含沙量大主轴密封磨损严重时，最大漏水量曾达到20m³/h;由于主轴密封水外排，每年消耗水资源17.5万立方，同时两台技术水泵及渗漏水泵启动频繁，每年消耗电量3.2万元。原系统配置滤水器精度不足，运行5年后，高位水箱沉淀泥沙达5立方米，清理难度较大。技术供水系统图如下：

二、解决方案探索研究

（一）方案一：取黄河水过滤后做为主水源，市政供水作为备用水源。

从取水水源来看，可取的水源主要有坝前水库内的水以及坝后尾水的水，按水质来比较，水库内的水质相对于尾水要稍好，但是考虑到水库取水需要对水库堤岸施工，同时穿越大坝，取水路径获得难度较高，且机电设备未能节省，相比较尾水取水没有优势。因此利用两台潜水泵，从电站尾水取水，经过旋流器和粗过滤器后，送入厂区的缓冲池，其中水泵、旋流器和粗过滤器均为1工作，1备用。水泵的启停通过池内的水位计控制。在经过缓冲池简单沉淀后，通过溢流，将缓冲池内的水引入清水池，然后利用潜水泵、和精过滤器过滤后，送至高位水箱。潜水泵的启停由高位水箱的水位计控制。

（二）方案二：主水源：主轴密封水循环回收加市政供水补水;备用水源：1048层尾水管取水。采用回收现有主轴密封的用水，重新泵送回高位水箱，重复利用的方式，损失的水可通过自动补水电动阀，利用市政供水进行补给，主水源回路通过2组精滤及1级超滤，保障水质达到设计要求。备用水源取至2、4号机组流道备用压力水管，通过旋流器除沙，2组精滤及1级超滤，使水质达到设计要求。

主轴密封实际用水量较大，通过调节阀对水量进行调节，恢复到设计流量，同时为了有效回收主轴密封漏水，為水泵运行留有缓冲容量，在1048廊道内，设置2个2m³的储水罐。1#、2#机共用1个，3#、4#机共用1个，对主轴密封排水管进行改造，连接至储水罐，并通过2台水泵（每个储水罐配置1台水泵，两个储水罐互为备用），送水至1068.5高程，风机房边的大储水罐，水罐容积5m³。初选水泵参数为Q=10m³/h，H=27m，N=1.5kW。水泵后加设1台精过滤器。水泵的启停根据小储水罐的液位控制。风机室的储水罐利用2台Q=23.5m³/h，H=44m，N=5.5kW的水泵，将水泵送至高位水箱。水泵的启停根据大储水罐的液位控制。不足水由市政供水补充。储水罐可装设油混水检测装置和浊度监测装置，根据监测数值，可按需切换水源至市政供水。考虑到主轴密封有一定的磨损，在回收利用主轴密封水时，会有一定的泥沙进入回用水，同时结合现状高位水箱放水管已有过滤设置，在一级水泵后增设精过滤器一组，过滤精度按30μm考虑。当检测出水中含油量超标时，将利用市政市政供水，更换整体循环水。主轴密封的回用水，考虑沿现有的水轮机竖井、管道廊道铺设至1065层。1048层尾水管取水作为备用水源，考虑到黄河含泥沙的特殊性，在进入2m3储水罐前，设置水力旋流器进行除沙，并根据需求，在1065层，进入5m3储水罐前，利用超滤设备，通过添加絮凝剂的方式，进一步净化水体，达到较为理想的效果。

一般情况下，主轴密封回用水通过2级水泵自动向高位水箱补水，原则上2m3储水罐后的水泵按该储水罐的水位启停，5m3储水罐后的水泵按该储水罐的水位进行启停，同时监控高位水箱水位，防止溢出，后续将同时监控高位水箱、大小储水箱的液位，优化水泵的联动运行。当高位水箱中最高水位持续下降时，可通过自动补水电动阀，利用市政供水进行补给。

运行模式如下：

（1）正常运行时，主轴密封循环利用，通过市政供水补充消耗。回收的主轴密封水通过1路精滤、1路超滤进行水质处理。

（2）主水源出现问题时（如主轴密封回收管路检修、市政供水检修无法补充消耗等情况），1048层尾水管取水作为备用水源投入运行。备用水源采用水力旋流器除沙，通过1组精滤、1个超滤进行水质处理。

三、安全和经济性分析

方案二相比较安全性更高，同时安装及维护费用具有较大优势，在厂内实施不需要考虑管路防冻问题。推荐按方案二方式进行改造，按照汛期一个月市政供水直供，采用市政供水补给供水与过滤水补给的方式运行。同时监测回用水的油混水含量和浑浊度，定期为高位水箱整体换循环水，用以提高主轴密封的水质。

结束语：

主轴密封水循环利用方案，是考虑在水资质紧张区域，特别是北方干旱地区使用的一种新型解决方案，在节约水资源的同时，通过净化设备的合理配置优化主轴密封水质，对缓解主轴密封磨损，减小主轴密封的检修维护量具有重要意义，同时能够减少渗漏水泵及技术水泵等设备的启动频次，具有一定的节能效果。

参考文献：

[1]NBT35035-2014 水力发电厂辅助设备系统设计规范、DLT 5038-2012 灯泡贯流式水轮发电机组安装工艺规程、GB∕T35709-2017灯泡贯流式水轮发电机组检修规程