某抽水蓄能電站蝸殼平壓管破裂分析與處理

徐樹祥

摘要：為了保證抽水蓄能類型電站能有穩(wěn)定的運(yùn)行質(zhì)量，應(yīng)認(rèn)識(shí)到抽水蓄能類型電站的作用以及電站當(dāng)中電力機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，能對(duì)蝸殼平壓管等結(jié)構(gòu)的故障有深入的了解，通過(guò)高質(zhì)量的設(shè)備故障處理以及維護(hù)來(lái)保證抽水蓄能類型電站運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文就抽水蓄能類型電站當(dāng)中蝸殼平壓管結(jié)構(gòu)破裂故障的分析以及處理進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：電站；抽水蓄能；蝸殼；平壓管；處理

現(xiàn)代社會(huì)在能源開發(fā)方面投入了較大研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于水力勢(shì)能、電力能源的多元化利用，出現(xiàn)了抽水蓄能類型電站等先進(jìn)的大型設(shè)施，通過(guò)電能和水力勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了電能利用效率的提升。但在抽水蓄能類型電站運(yùn)行中，由于整體負(fù)荷較高，所以抽水蓄能類型電站當(dāng)中蝸殼平壓管等組件可能會(huì)出現(xiàn)故障，需要技術(shù)人員做好處理工作。

1抽水蓄能類型電站以及蝸殼結(jié)構(gòu)分析

在抽水蓄能類型電站運(yùn)行中，一方面能利用處在低谷時(shí)候的電能將水通過(guò)機(jī)械設(shè)備抽到水庫(kù)當(dāng)中，一方面當(dāng)電力負(fù)荷處在高層期的時(shí)候在將水庫(kù)當(dāng)放出，實(shí)現(xiàn)水利勢(shì)能向電能方向的轉(zhuǎn)化。從抽水蓄能類型電站的功能來(lái)看，這一設(shè)施通過(guò)將多余電能轉(zhuǎn)化為水利勢(shì)能實(shí)現(xiàn)了多余電能的存儲(chǔ)，同時(shí)在利用水利是能發(fā)電的時(shí)候又實(shí)現(xiàn)了水力勢(shì)能向電能的轉(zhuǎn)化，這也就實(shí)現(xiàn)了電能的高效存儲(chǔ)，避免了資源的浪費(fèi)，推動(dòng)了水水電站以及電力體系的發(fā)展。在現(xiàn)代各領(lǐng)域技術(shù)均有發(fā)展的現(xiàn)代，這一設(shè)施的功能也得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，在調(diào)頻方面、調(diào)相方面也有突出的作用，整個(gè)社會(huì)的發(fā)展有著保障性作用。

而在抽水蓄能類型電站的實(shí)際運(yùn)行中，由于這一設(shè)施所承載的運(yùn)行強(qiáng)度以及負(fù)荷較大，所以對(duì)于抽水蓄能類型電站當(dāng)中的組件影響也較大，甚至還可能出現(xiàn)設(shè)備組件故障的情況。抽水蓄能類型電站機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候，抽水蓄能設(shè)備在水泵啟動(dòng)以及處在調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，需要轉(zhuǎn)輪部件在氣體環(huán)境中旋轉(zhuǎn)。在這一階段，迷宮環(huán)部件一旦缺少了外來(lái)水的冷卻，那么就會(huì)在機(jī)組不斷運(yùn)行下累積大量熱量，影響設(shè)備中不銹鋼葉片的實(shí)際性質(zhì)以及機(jī)組的整體運(yùn)行質(zhì)量。所以也就需要在設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候能將迷宮部件的噴水閥，使迷宮環(huán)有充足的冷卻水，而且這也能讓轉(zhuǎn)輪周圍形成一定大小的水環(huán)，避免轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氣體大量泄漏的問(wèn)題。

2抽水蓄能類型電站當(dāng)中蝸殼平壓管故障簡(jiǎn)介

某地有一抽水蓄能類型電站，在該電站當(dāng)中1號(hào)電力機(jī)組在進(jìn)行抽水調(diào)相轉(zhuǎn)化抽水工況運(yùn)行之后，工作人員發(fā)1號(hào)電力機(jī)中的球閥結(jié)構(gòu)下游側(cè)中的某一位置存在著從向外噴水問(wèn)題，工作人員隨機(jī)申請(qǐng)了停機(jī)指令。

后經(jīng)蝸殼層積水排凈后，現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組蝸殼與尾水管平壓閥485VD下方近尾水管側(cè)管道變形破裂。發(fā)生泄漏的尾水平壓管段設(shè)計(jì)材質(zhì)為TP304或1Cr18Ni9Ti，規(guī)格為φ219.00mm×3.70mm。

3事故現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果分析

通過(guò)高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)勘察工作得知法蘭結(jié)構(gòu)與墻體結(jié)構(gòu)之間的尾水管部件發(fā)生了泄露，并且泄露部分的張口較多，整個(gè)泄露部分的管道明顯存在著脹粗情況。由于管道受到墻體結(jié)構(gòu)以及焊接部分的限制所，所以整個(gè)管道從外觀上來(lái)看呈腰鼓狀，整個(gè)管道最大部分外徑大約為310mm。電力機(jī)組當(dāng)中的尾水管部件為有縫類型的鋼管，而這一情況和最初要求的無(wú)縫類型鋼管標(biāo)準(zhǔn)之間存在出入，影響這一部分的承壓能力。在發(fā)生脹粗的鋼管部分當(dāng)中，管壁最薄的部分厚度約為2.7mm左右，墻體結(jié)構(gòu)中未發(fā)生明顯脹粗情況部分的管壁厚度大約在3.7mm到3.8之間。在進(jìn)行尾水管部件和法蘭部分進(jìn)行焊接的時(shí)候應(yīng)能先套在法蘭結(jié)構(gòu)上，之后進(jìn)行后續(xù)的焊接操作，但在事故發(fā)電機(jī)組設(shè)備當(dāng)中尾水管部件和法蘭部件焊接處理結(jié)構(gòu)中存在著根部未完全焊透的問(wèn)題。在和法蘭部分相連接焊縫上存在一段銹蝕，而這個(gè)銹蝕部位也是開裂的最初部分，管道結(jié)構(gòu)沿著這一起點(diǎn)位一直撕裂到尾水管部分，撕裂斷口從外觀上看較為新鮮。而好法蘭部分相互連接的下彎頭部分外壁厚度達(dá)到了9.5mm，因而未出現(xiàn)撕裂的情況。在抽水蓄能類型電站當(dāng)中1號(hào)電力機(jī)組發(fā)生了故障之后，隨機(jī)也對(duì)該電站中的其他機(jī)組發(fā)生了檢查，發(fā)現(xiàn)其他機(jī)組當(dāng)中的相同部分也發(fā)生了輕度的變形。

4故障成因分析

抽水蓄能類型電站的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷較高，并且電力機(jī)組設(shè)備的組成也較為復(fù)雜，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障的因素較多。而在對(duì)案例中電力機(jī)組平壓管部件發(fā)生破裂問(wèn)題進(jìn)行分析的時(shí)候，將可能的成因劃分為以下幾個(gè)重點(diǎn)。

首先，在實(shí)際的平壓管部件進(jìn)行預(yù)埋處理以及和法蘭結(jié)構(gòu)相連接的時(shí)候，該抽水蓄能類型電站未按照既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管道材料以及管道型號(hào)的選擇。在對(duì)電站機(jī)組當(dāng)中設(shè)備進(jìn)行核對(duì)的時(shí)候，蝸殼機(jī)構(gòu)以及平壓管設(shè)計(jì)方案中要求蝸殼結(jié)構(gòu)到尾水管結(jié)構(gòu)平壓管部分的預(yù)埋類型管路的管道直徑應(yīng)為219mm，管壁厚度應(yīng)為6mm，管道材料應(yīng)選擇不銹鋼類型管材。但在現(xiàn)場(chǎng)勘察中發(fā)現(xiàn)蝸殼結(jié)構(gòu)到尾水管結(jié)構(gòu)平壓管部分的預(yù)埋類型管路的管道直徑為219mm的，管壁厚度為3.7，管道材質(zhì)選擇的是公壓規(guī)格為PN50的不銹鋼類型焊接鋼管。從抽水蓄能類型電站電力機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，機(jī)組從調(diào)相狀態(tài)轉(zhuǎn)換到抽水狀態(tài)的時(shí)候，蝸殼結(jié)構(gòu)到尾水管結(jié)構(gòu)平壓閥均為打開狀態(tài)，導(dǎo)致這一管道段在短時(shí)間所受的壓力達(dá)到了5.7Mpa，超過(guò)了這段管道所用不銹鋼的最大承壓上限。

其次，平壓管結(jié)構(gòu)民管段和其相連接的法蘭結(jié)構(gòu)在焊接方面存在缺陷。焊縫實(shí)際的焊接質(zhì)量容易受到多種因素的影響，其中由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致焊縫質(zhì)量缺陷尤為常見。在故障電力機(jī)組當(dāng)中預(yù)埋類型管路和明管段相連接的材質(zhì)是低合金剛，這也導(dǎo)致實(shí)際材質(zhì)和管道材質(zhì)出現(xiàn)了不相符合的問(wèn)題。其次，預(yù)埋管道的實(shí)際厚度為3.7mm，這和法蘭焊接部分11mm厚度存在較大的厚度差值，導(dǎo)致焊接部分更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中。第三，在該電力機(jī)組部件的焊接中，尾水管和法蘭部分連接的焊縫屬于是異種鋼類型焊縫，并且焊接時(shí)所采用的方式為插入類型焊接方式，在焊接方式選擇不當(dāng)以及焊接部分未完全焊透的情況下，導(dǎo)致焊接部分的實(shí)際強(qiáng)度較低。另外，法蘭部分在設(shè)計(jì)的組成材料是不銹鋼類型材，但在實(shí)際的發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中所使用的材料卻為低合金鋼。這種低合金鋼在實(shí)際的使用中存在著抗腐蝕能力偏低的問(wèn)題，在設(shè)備長(zhǎng)期的使用中可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，影響設(shè)備整體運(yùn)行的安全性。

5故障處理方案與實(shí)施分析

（1）將該裸露的平壓明管段更換為φ219.1mm×6mm的不銹鋼無(wú)縫鋼管并與原來(lái)管路焊接。該處焊縫通過(guò)不銹鋼法蘭轉(zhuǎn)接。將不銹鋼法蘭與原混凝土錨筋焊接，最后用混凝土將法蘭與墻體澆筑為一體。（2）替換全部碳鋼材料為不銹鋼材質(zhì)，提高管路部件材質(zhì)耐氣蝕能力并提高焊接質(zhì)量。改善厚、薄管路的連接，采用工地焊接形成的帶徑法蘭（與混凝土錨筋固定）減少管路的應(yīng)力集中。（3）增加管路水平及垂直方向的支架并固定，減小管路因沖擊產(chǎn)生的振動(dòng)。

6結(jié)束語(yǔ)

從蝸殼與尾水管平壓管破裂故障的分析與處理來(lái)看，盡管該段管路在抽水蓄能電站眾多設(shè)備和材料中微不足道，但如其發(fā)生故障，引起的損失和破壞力卻又大得多，所以在今后的抽水蓄能電站建設(shè)和運(yùn)維中，應(yīng)從設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)、制造安裝、運(yùn)維檢修等各個(gè)方面做好質(zhì)量監(jiān)督與管控，特別要加強(qiáng)承壓焊縫的無(wú)損檢測(cè)和日常運(yùn)維巡視，才能確保電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈先鋒，秦鴻哲.蝸殼至尾水平壓管破裂分析及處理[J].水電與抽水蓄能，2017，3（2）：123-128.

[2]闕威，祁威威，楊紹愛，等.白蓮河抽水蓄能電站蝸殼滲水故障的分析與處理[J].水電與抽水蓄能，2016，2（4）：38-40.

[3]武學(xué)毅，易廣軍，邊超.呼和浩特抽水蓄能電站蝸殼壓水試驗(yàn)過(guò)程中鋼板環(huán)向應(yīng)力分析[J].水電能源科學(xué)，2016（6）：128-130.

[4]余雪松，李高會(huì).某抽水蓄能電站甩負(fù)荷試驗(yàn)與仿真計(jì)算分析[J].水電能源科學(xué)，2016（1）：163-165.