沿海發(fā)電廠高架式補(bǔ)給水泵站設(shè)計(jì)研究

張新江 陳志林 石家魁 胡金偉 劉志超 紀(jì)成龍

摘 ? 要：受限于特殊地理環(huán)境及較高環(huán)保要求，沿海發(fā)電廠在設(shè)計(jì)階段面臨諸多難題，特別是給水泵站的設(shè)計(jì)與建設(shè)，常規(guī)方案已無(wú)法滿足其工程需求。鑒于此類問(wèn)題的普遍性與特殊性，本文提出一種海中高架式無(wú)泵房泵站建設(shè)方案。相比常規(guī)站內(nèi)給水泵房占地面積大，工程量繁重的特點(diǎn)，新方案在保證給水泵工作性能的同時(shí)，可以最大程度的減小占地，而且無(wú)泵房泵站的施工方案也可以大幅減少建設(shè)成本，便于施工。此外，本文依據(jù)水文條件對(duì)其設(shè)計(jì)的可行性及泵型選擇的合理性進(jìn)行了分析。因此，該方法還可為今后同類電廠泵站的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型提供理論參考。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)給水泵 ?選型 ?泵站 ?電廠工程

中圖分類號(hào)：TV675 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0041-03

Abstract： Due to the special geographic environment and high environmental protection requirements， coastal power plants are facing many difficulties in the design stage， especially in the design and construction of water supply pumping stations. Conventional schemes have been unable to meet their engineering needs. In view of the universality and particularity of this kind of problem， this paper puts forward a construction scheme of sea elevated pumping station without pump house. Compared with the conventional pumping station， the new scheme not only guarantees the working performance of the pumps， but also minimizes the occupation of land， and the construction scheme of the pumping station without pumping station can also greatly reduce the construction cost and facilitate the construction. In addition， according to hydrological conditions， the feasibility of its design and the rationality of pump type selection are analyzed. Therefore， this method can also provide theoretical reference for the design and equipment selection of similar power plant pumping stations in the future.

Key Words： Supply water pump; Type-selection; Pumping station; Power plant project

水源是電建工程選址決定因素之一。選址過(guò)程中既要保證電站高效運(yùn)行，又要兼顧工程造價(jià)及環(huán)境保護(hù)，而給水泵站因其造價(jià)高、體積大是整體建造工程的重要環(huán)節(jié)。隨著淡水資源匱乏問(wèn)題日趨嚴(yán)重，越來(lái)越多的電廠選擇建在沿海地區(qū)，利用海水冷卻。然而沿海電廠因其地理位置的特殊性，環(huán)保要求高，可使用建設(shè)面積小，使得占地面積大，施工工程量多的常規(guī)給水泵站建設(shè)方案已無(wú)法滿足實(shí)際需求。綜合考慮環(huán)保需求、地域限制、建設(shè)成本等因素，尋找一種適用于沿海地區(qū)給水泵站的設(shè)計(jì)方案已成為一個(gè)熱門問(wèn)題，而且新型給水泵站的設(shè)計(jì)研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益，使得更多的學(xué)者不斷開展深入研究工作并提出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。文獻(xiàn)[1]結(jié)合典型實(shí)例，論述了無(wú)泵房泵站比一般泵房泵站有占地少，投資低的巨大優(yōu)勢(shì)，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、安裝、維護(hù)、環(huán)境因素等方面闡述了無(wú)泵房泵站在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則及注意問(wèn)題。文獻(xiàn)[2]中對(duì)其泵站擴(kuò)建工程水泵設(shè)計(jì)選型過(guò)程中存在的問(wèn)題，進(jìn)行科學(xué)有效的分析，并結(jié)合一級(jí)泵站擴(kuò)建工程實(shí)例，闡述了水泵設(shè)計(jì)選型工作的重要性，提出一級(jí)泵站擴(kuò)建工程水泵設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]針對(duì)某百萬(wàn)機(jī)組海水水質(zhì)循環(huán)水泵泵殼裂紋情況進(jìn)行分析，從材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接工藝等多方面分析泵殼裂紋的原因，提出了相應(yīng)的防范措施。除上述研究外，還有部分學(xué)者針對(duì)水泵所處水位變化，流量波動(dòng)及泵自身啟停方式等安全運(yùn)行的細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究[4-6]。上述研究雖已提出了無(wú)泵房設(shè)計(jì)理念并對(duì)沿海電廠泵站建設(shè)問(wèn)題給出了部分解決措施，但整體方案設(shè)計(jì)中仍缺乏對(duì)泵站的選址、環(huán)境評(píng)估等細(xì)節(jié)問(wèn)題的考慮，且對(duì)后期運(yùn)行及維護(hù)缺乏針對(duì)性的措施。

本文針對(duì)沿海電廠所處的特殊地理位置，對(duì)廠址條件等問(wèn)題進(jìn)行分析研究，提出一種海中高架式無(wú)泵房泵站的整體設(shè)計(jì)方案。對(duì)比常規(guī)廠內(nèi)給水泵站，新的設(shè)計(jì)方案在確保給水泵安全運(yùn)行的前提下，不僅占地少、造價(jià)低，同時(shí)也極大地減少了對(duì)沿海環(huán)境的影響，具有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義及可實(shí)施性。此外，文中對(duì)泵的選型和參數(shù)選擇進(jìn)行了理論論證，論證結(jié)果從理論上說(shuō)明了此方案的可行性，為此類地區(qū)的機(jī)組設(shè)計(jì)提供了參考方案。

1 ?傳統(tǒng)電站泵房設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)給水泵站多采用單層或多層泵房泵站，泵房?jī)舾卟坏陀?m，采用常規(guī)引水管取水的形式，其變頻器、控制柜等均設(shè)置于室內(nèi)，此種設(shè)計(jì)方式即占用土地又增加投資，在沿海、山區(qū)等特殊環(huán)境中不僅建設(shè)難度大且不便于后期維修與擴(kuò)建[7]。

某電站項(xiàng)目擬新建2×660MW超臨界燃煤機(jī)組，建設(shè)地址位于土耳其伊斯肯德倫灣，同步建設(shè)脫硫、脫硝設(shè)施，因場(chǎng)地限制無(wú)法在原址擴(kuò)建。而本項(xiàng)目因東臨保護(hù)區(qū)，其近海岸禁止建設(shè)永久建筑，采用常規(guī)建設(shè)方式不僅擠占廠內(nèi)空間，其泵站深度也將超65m，即使緊貼保護(hù)區(qū)區(qū)域，泵站深度也超過(guò)40m，大大增加施工成本及施工難度，已經(jīng)成為電廠建設(shè)施工過(guò)程中的最大難題。

2 ?高架式無(wú)泵房站設(shè)計(jì)方法

2.1 高架式泵站的選擇

鑒于上述因素，傳統(tǒng)電站泵房設(shè)計(jì)方案并不適用于該工程?？紤]到該地區(qū)海域潮差小，海流慢，長(zhǎng)期有效波浪高度不超過(guò)2.0m。同時(shí)，由于碼頭至廠區(qū)輸煤棧橋的存在，也為輸水管道敷設(shè)及后期設(shè)備檢修提供了便利。因此，本工程選擇采用高架式泵站建設(shè)方案，可以有效避免廠內(nèi)建站的缺點(diǎn)。雖然高架式泵站運(yùn)行維護(hù)相對(duì)不便，但取水海域選擇自由度高，能保障電廠水質(zhì)，此外該區(qū)域其他電廠的循泵房有采用無(wú)泵房設(shè)計(jì)的成功先例可以借鑒，故此補(bǔ)給水泵站采用高架式無(wú)泵房設(shè)計(jì)方案。

2.2 補(bǔ)給水泵站布置

本工程將高架式補(bǔ)給水泵站布置在海中約-7.00m等深線處，距岸邊約370m。平臺(tái)由混凝土柱支撐在海面上，海水直接從平臺(tái)下流過(guò)，泵站與電廠之間通過(guò)電廠至碼頭的運(yùn)行檢修道路相連。根據(jù)《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5339-2006）中泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，泵房±0.00m層標(biāo)高應(yīng)為頻率1%潮位+頻率2%浪高+超高0.5m，且不應(yīng)低于0.1%潮位[8]。本工程頻率1%潮位為1.20m，頻率2%波列、累積頻率1%的浪爬高3.50m，經(jīng)計(jì)算泵站平臺(tái)的最低標(biāo)高為5.20m，高于0.1%潮位1.80m。本工程補(bǔ)給水泵站平臺(tái)標(biāo)高為5.85m，與道路標(biāo)高一致，免受潮水、波浪影響。

2.3 泵站攔污設(shè)施

為了保證取水安全，為防止水泵傷害海洋生物，同時(shí)避免大型海生物損毀取水設(shè)備，泵站運(yùn)行時(shí)除了用加氯驅(qū)趕海洋生物外，設(shè)計(jì)時(shí)還在設(shè)備下部設(shè)置防護(hù)、攔污設(shè)施[9]。

其具體方式是首先在平臺(tái)水下外圍部分設(shè)置支撐框架，框架固定在平臺(tái)外圈立柱上，架外覆設(shè)纖維攔魚網(wǎng)。同時(shí)根據(jù)泵站水下地形特征，攔魚網(wǎng)的網(wǎng)衣按梯形圍欄方式設(shè)置，即網(wǎng)衣最下端根據(jù)水深變化裁剪。此外，施工時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)潮流和地形的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)衣形狀進(jìn)行調(diào)整，保障有效攔截。同時(shí)攔魚網(wǎng)還可噴涂防生物附著涂料。在海蜇、魚類較多的季節(jié)，噴涂后的網(wǎng)衣可連續(xù)2～3個(gè)月發(fā)揮防止生物附著的作用。

攔魚網(wǎng)的規(guī)格、設(shè)置及維護(hù)有一定標(biāo)準(zhǔn)。每塊攔魚網(wǎng)寬約3m，兩塊攔魚網(wǎng)之間搭接寬度不小于0.5m;攔魚網(wǎng)使用聚乙烯無(wú)結(jié)網(wǎng)衣，網(wǎng)目尺寸75mm，網(wǎng)衣上綱繩索為直徑18mm聚乙烯繩，以0.5m間隔與網(wǎng)衣連接，另一端系結(jié)在泵站平臺(tái)上;網(wǎng)衣下綱繩索直徑為13mm，每塊攔魚網(wǎng)連接1個(gè)錨碇塊，自重約1噸，錨碇塊上設(shè)有系攬環(huán)，利用纜繩固定在平臺(tái)欄桿上，網(wǎng)衣后有支撐框架，這樣可以保證網(wǎng)衣的穩(wěn)定性。換網(wǎng)時(shí)，利用平臺(tái)周圍的2t單軌吊將海底錨碇塊吊起，把錨碇塊上的單片網(wǎng)衣解下，再將新網(wǎng)衣兩頭分別綁在錨碇塊和平臺(tái)上，將錨碇放回原處即可完成換網(wǎng)工作。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，網(wǎng)衣使用操作得當(dāng)，壽命可達(dá)7年。纖維攔魚網(wǎng)進(jìn)水面積大，大大降低了清理維護(hù)的頻次，工作量小，且對(duì)海域無(wú)太大的影響，取水安全性高。

2.4 高架式補(bǔ)給水泵站結(jié)合輸煤棧橋及道路設(shè)置

平臺(tái)與棧橋間距1m，運(yùn)行時(shí)以寬約1.2m花鐵蓋板覆蓋作為通道，需要對(duì)平臺(tái)與棧橋間的水下攔魚網(wǎng)進(jìn)行清理或更換時(shí)，移去蓋板，采用前述方式吊起清理即可。為便于檢修維護(hù)，泵站平臺(tái)上還設(shè)有2套10t電動(dòng)單軌吊，以供補(bǔ)給水泵檢修起吊使用。

高架式補(bǔ)給水泵站平臺(tái)排水通過(guò)周圍設(shè)置的排水溝，攔魚網(wǎng)在平臺(tái)上沖洗后，沖洗水經(jīng)排水溝流入集水坑（800mm×800mm），集水坑內(nèi)設(shè)有攔污籃，攔截水中的垃圾，沖洗水則流入平臺(tái)下的海中。

3 ?補(bǔ)給水泵參數(shù)選擇

因工程補(bǔ)給水泵站采用露天布置，不設(shè)上部結(jié)構(gòu)，平臺(tái)平面尺寸32m×14m，平臺(tái)地坪以下至海底深約13m。補(bǔ)給水泵站平臺(tái)擬通過(guò)水下18根立柱支撐，立柱間距6m。泵站設(shè)有4臺(tái)補(bǔ)給水泵（采用立式長(zhǎng)軸泵），3用1備。泵的選型依據(jù)為。

（1）模型選用已有凝結(jié)水泵的首級(jí)，汽蝕余量小，泵的淹沒(méi)深度小，從而使泵的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度短，運(yùn)行安全可靠;

（2）葉輪采用雙吸，可以平衡掉大部分的軸向力，對(duì)軸承的沖擊小，保證運(yùn)行的可靠性;

（3）補(bǔ)給水泵效率的計(jì)算依據(jù)及揚(yáng)程、流量的修正。

為保證選型的準(zhǔn)確性，需要對(duì)泵的效率進(jìn)行修正，即由模型試驗(yàn)結(jié)果換算至原型，從而使選型結(jié)果更為精確。本文效率選型相似計(jì)算公式為：

式中，DM為模型泵流動(dòng)斷面尺寸，DP為原型泵流動(dòng)斷面尺寸，HM為模型泵揚(yáng)程，HP為原型泵揚(yáng)程，ηM為模型泵效率。

本工程選取的參數(shù)為Q=2450m3/h，H=80m，N=800kW，v=6kV。效率曲線及淹沒(méi)深度曲線見圖1和圖2。

從圖1和圖2可以看出，本工程選取的補(bǔ)給水泵，參數(shù)合理，具有較高的效率，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良，同時(shí)，由于具有較小的淹沒(méi)深度，從而減少了泵的相對(duì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，有利于泵的安全運(yùn)行。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)沿海電廠特殊地理位置，提出一種海中高架式無(wú)泵房泵站設(shè)計(jì)方案，對(duì)比常規(guī)站內(nèi)給水泵，不僅減少了占地面積，節(jié)約施工成本，而且在保障水質(zhì)的前提下增加了泵房選址的靈活性。同時(shí)，為說(shuō)明此方案的可行性，文中以某項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)其采用高架式無(wú)泵房補(bǔ)給水泵站設(shè)計(jì)的可行性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了探討。在考慮到系統(tǒng)安全性的同時(shí)以最大限度地節(jié)約投資。最后通過(guò)理論分析對(duì)泵的選型和參數(shù)進(jìn)行了論證，論證結(jié)果不僅此方案其可行性的有力支撐，也為以后沿海機(jī)組的無(wú)泵房設(shè)計(jì)建設(shè)提供了參考。

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