淺析亞熱帶氣候區(qū)水電站技術(shù)供水系統(tǒng)過濾裝置優(yōu)化

張宏杰，吳廣慶，常靖華

(1.水利部小浪底水利樞紐管理中心，河南鄭州450000；2.黃河小浪底水資源投資有限公司，河南鄭州450000)

1 概 述

云南省德宏州盈江縣屬熱帶、北熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，夏季主要受西南暖濕氣流影響，每年5月下旬至10月期間濕熱多雨，多年平均降雨量3 948.8 mm。芒緬河水電站位于盈江縣大盈江一級(jí)支流芒緬河上，安裝2臺(tái)臥式?jīng)_擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3 600 kW，水頭390 m，年利用小時(shí)數(shù)5 358 h，多年平均發(fā)電量1 715萬kW·h。

芒緬河水電站水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)單機(jī)配置2臺(tái)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)排污機(jī)械式濾水器，過濾器一主用一備用。

2 水過濾裝置介紹

芒緬河水電站水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水水源取自廠外河道，過濾裝置分為廠外部分和廠內(nèi)部分。廠外部分包括取水口攔污柵、技術(shù)供水沉沙池。廠內(nèi)部分包括廠房?jī)?nèi)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)排污濾水器，每臺(tái)機(jī)配置2臺(tái)，互為備用(見圖1)。

圖1 芒緬河水電站技術(shù)供水系統(tǒng)示意

3 水過濾裝置存在的問題

芒緬河水電站所處地域?yàn)槟蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨量充足，植被旺盛，每年6—9月芒緬河主汛期間經(jīng)常導(dǎo)致廠內(nèi)手動(dòng)濾水器堵塞，需要安排專人進(jìn)行清理；甚至出現(xiàn)清理速度趕不上堵塞速度，導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)供水中斷，被迫停機(jī)。

4 原因分析

芒緬河水電站技術(shù)人員對(duì)濾水器堵塞原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為主要是汛期降雨量增多，經(jīng)過雨水沖刷，大量腐爛植被、樹葉、樹枝進(jìn)入芒緬河道；同時(shí)由于芒緬河流量(速)增大，河水中砂石和沙粒含量增加。另外，芒緬河水電站原技術(shù)供水系統(tǒng)水過濾裝置比較簡(jiǎn)單，是導(dǎo)致濾水器在汛期經(jīng)常堵塞的主要原因。

芒緬河水電站技術(shù)人員經(jīng)向周邊古里卡河水電站、孟戛河四級(jí)水電站、勐戛河五級(jí)水電站調(diào)研，由于上述原因汛期濾水器堵塞導(dǎo)致技術(shù)供水中斷時(shí)常發(fā)生，是普遍現(xiàn)象。

5 水過濾系統(tǒng)優(yōu)化

針對(duì)上述水電站技術(shù)供水系統(tǒng)過濾裝置出現(xiàn)的共性問題，芒緬河水電站在技術(shù)論證后，決定對(duì)現(xiàn)有技術(shù)供水系統(tǒng)水過濾裝置進(jìn)行全面優(yōu)化。按照簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)適用原則，決定保留廠外水過濾裝置，對(duì)廠內(nèi)濾水器進(jìn)行全面升級(jí)優(yōu)化。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，制定了取消廠房?jī)?nèi)部原濾水器，在生活區(qū)自行制作、安裝具有自排污且具備預(yù)警功能的濾水裝置(見圖2)。

圖2 優(yōu)化后水過濾裝置

升級(jí)優(yōu)化后的過濾裝置包括過濾灌、凈水池、進(jìn)水管、出水管、排沙管、上排污渠及閥門、自動(dòng)報(bào)警裝置等。其中，過濾罐設(shè)置2個(gè)，每個(gè)過濾罐分為凈水區(qū)和臟水區(qū)，凈水區(qū)上部封閉，臟水區(qū)上部開敞布置，凈水池分為沉淀區(qū)和凈水區(qū)，二者通過隔墻分開。圖中閥門可以根據(jù)需要選擇手動(dòng)或者自動(dòng)控制方式。

新型水過濾裝置最大特點(diǎn)是盡可能的避免了使用動(dòng)力電源，充分利用水流自身作用進(jìn)行排污，且具備水源中斷預(yù)警功能。其工作原理是砂石等質(zhì)量較重雜質(zhì)從濾水罐底部排沙管排出，腐爛植被、樹枝、樹葉等質(zhì)量較輕雜質(zhì)從過濾罐上排污渠排出。經(jīng)初步過濾后，水源進(jìn)入二級(jí)凈水池沉淀區(qū)。沉淀后的水經(jīng)過沉淀區(qū)和凈水區(qū)隔板上部，從沉淀區(qū)溢流到凈水區(qū)，提供給用水設(shè)備。

5.1 輕質(zhì)雜質(zhì)過濾

經(jīng)過廠外過濾裝置過濾后，含雜質(zhì)水源自進(jìn)水管進(jìn)入過濾罐，腐爛植被、樹葉、樹枝等質(zhì)量較輕雜質(zhì)隨著水流，在臟水區(qū)上部以漂流的方式排出過濾罐。

極端情況下，濾網(wǎng)被雜質(zhì)堵塞，過濾罐凈水區(qū)水位降低到設(shè)定值時(shí)，設(shè)置在過濾罐凈水區(qū)的液位計(jì)動(dòng)作，啟動(dòng)過濾罐底部位動(dòng)開關(guān)，打開排沙管擋板，沉沙池中高出出水管部分凈水倒流至過濾罐凈水區(qū)，對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗。

5.2 重質(zhì)雜質(zhì)過濾

碎石、砂礫等較重的雜質(zhì)，在重力作用下，逐步沉淀在過濾罐臟水區(qū)下部。雜質(zhì)逐步增加，當(dāng)重量大于平衡杠桿設(shè)定值時(shí)，過濾罐底部擋沙板失去平衡，打開排沙管，碎石、砂礫等雜質(zhì)在重力作用下排出濾水灌。

5.3 二次沉淀

經(jīng)過過濾罐凈水區(qū)的水，自排水管進(jìn)入沉沙池沉淀區(qū)，顆粒較小的沙粒等雜質(zhì)逐步沉淀在沉淀區(qū)，經(jīng)過二次沉淀的凈水從沉沙池沉淀區(qū)與供水區(qū)的隔墻上部溢流到凈水區(qū)，進(jìn)入技術(shù)供水系統(tǒng)至用水設(shè)備。

5.4 供水中斷預(yù)警

沉沙池設(shè)置3條水位線，從上到下依次是正常水位、預(yù)警水位、最低水位。由于河道取水中斷，導(dǎo)致進(jìn)入沉沙池水量減少，沉沙池水位下降到預(yù)警水位時(shí)，水位信號(hào)計(jì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。預(yù)警信號(hào)分為兩路，一路送到中控室進(jìn)行聲光預(yù)警，另外一路直接發(fā)送至有關(guān)人員手機(jī)終端。

根據(jù)機(jī)組用水量大小和技術(shù)供水系統(tǒng)中斷常見故障處理時(shí)間，調(diào)整預(yù)警水位，預(yù)警水位到最低水位凈水可保持機(jī)組3 h用水量；確保在河道來水中斷的情況下，為檢修人員爭(zhēng)取搶修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)向機(jī)組提供連續(xù)技術(shù)供水。

6 優(yōu)化后過濾裝置特點(diǎn)

(1)過濾效果明顯。采用過濾罐和二級(jí)凈水池，滿足了水質(zhì)要求。

(2)安裝布置方便。有水源地方均可使用，適用于野外條件差的工作環(huán)境。

(3)運(yùn)行成本低。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)機(jī)械排污，不需要融雪性洪水高發(fā)時(shí)期，再加上春季降雨強(qiáng)度較大，此時(shí)對(duì)填方渠道造成巨大考驗(yàn)。因此，我們要對(duì)填方渠道沉降變形原因進(jìn)行認(rèn)真分析研究，區(qū)別對(duì)待，采取合理可行的方案進(jìn)行處理，加強(qiáng)施工過程中質(zhì)量控制，采取各種有效的預(yù)防措施來阻止沉降變形的出現(xiàn)和發(fā)展，從而保證渠道的行水安全，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。