水電站廠內(nèi)滲漏集水井清淤改造

王衛(wèi)剛，毛鵬展

（1.黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原030002，2.水利部杭州機械設(shè)計研究所，浙江 杭州310012）

0 引言

龍口水電站位于山西省河曲縣與內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)的黃河中上游地區(qū)，上游距萬家寨水利樞紐25.6 km，為萬家寨水電站的梯級反調(diào)節(jié)電站。電站共安裝5臺機組，其中4臺為單機容量100 MW的軸流式機組和1臺為容量20 MW的混流式機組，總裝機容量為420 MW。廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)是水力發(fā)電機組重要的輔助設(shè)備之一，主要任務(wù)是避免廠房內(nèi)部積水與潮濕，一般是將廠內(nèi)滲漏水通過排水溝和排水管引至設(shè)在廠房最底部的集水井中，再用專設(shè)的滲漏排水泵排至尾水。

1 存在的問題

龍口水電站廠內(nèi)滲漏集水井主要收集1號～10號壩段滲漏排水和1號、2號機組水輪機頂蓋滲漏排水以及其他生產(chǎn)排出的污水。集水井地板高程為830.50 m，有效容積為431 m3。集水井共設(shè)置有3臺型號為300H-40的立式長軸深井泵，額定流量：660 m3/h，揚程：39 m，功率：132 kW。排水泵的運行方式由水位傳感器自動控制，排水泵2臺主用，1臺備用，定期自動輪換。系統(tǒng)未設(shè)計泥沙排淤裝置，機組自2009年投運以來，集水井未進(jìn)行過清淤工作，由于黃河泥沙較多，長時間淤積導(dǎo)致水泵軸承磨損、液位傳感器故障、集水井容積變小等問題（曾引發(fā)過傳感器因泥沙淤積發(fā)生故障導(dǎo)致的集水井廊道被淹沒事件）。

1.1 排淤泵設(shè)備問題

龍口電站廠內(nèi)滲漏集水井自2009年投運以來，從未進(jìn)行過清淤工作，加之黃河泥沙較多，多年來集水井內(nèi)淤積泥沙較厚。原設(shè)計為：廠內(nèi)滲漏集水井、溢流壩段滲漏集水井和檢修集水井，共用一臺移動式潛水排污泵，型號為某泵業(yè)公司生產(chǎn)的WQ3260-216 型，額定流量：50～120 m3/h，揚程：27～43 m，額定功率：15 kW，潛水排污泵運行方式為手動控制運行，清淤時將泵放入井底，平時提出放在井外。

因施工期間及2009年投運后，對于集水井泥沙排淤工作未足夠重視，該排淤泵從未運行過，一直安裝在溢流壩段滲漏集水井中，在2014年10月對該泵進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)：該排污泵已被泥沙淤積到井底，且設(shè)備已損壞。各集水井泥沙淤積嚴(yán)重，廠內(nèi)滲漏集水井最深處淤積達(dá)3.7 m；溢流壩段集水井最深處淤積達(dá)3 m；檢修集水井淤積達(dá)3.5 m。長期的泥沙淤積和未投運排淤泵已導(dǎo)致淤泥板結(jié)和設(shè)備損壞。

1.2 集水井泥沙淤積

龍口電站地處黃河中上游，7～9月為汛期，河水中泥沙含量較重，過機平均含沙量為11.47～19.29 kg/m3。經(jīng)過多年泥沙淤積，廠內(nèi)滲漏集水井已淤積嚴(yán)重，已達(dá)到淤排平衡水平。經(jīng)測量計算：廠內(nèi)滲漏集水井最高處淤積約3.7 m（用測量繩從吊物孔測量）。井底淤積形態(tài)：排水泵周圍已達(dá)到淤排平衡，排水泵吸入口周邊形成較深的“凹坑”。遠(yuǎn)離排水泵部位淤積較重，從井壁到排水泵周圍呈現(xiàn)斜坡態(tài)，見圖1。

圖1 集水井泥沙淤積

集水井的泥沙淤積的危害：①淤泥將直接導(dǎo)致投入式液位傳感器出現(xiàn)故障或測試不準(zhǔn)，影響主、備排水泵的正常啟停。②隨著集水井內(nèi)泥沙含量的增加，將加快排水泵葉輪及軸承的磨損程度。③含沙水流是排水泵潤滑水軸封盤根漏水的主要原因之一。④隨著井內(nèi)淤積，集水井的有效容積將被壓縮，增加了排水泵的啟動次數(shù)，縮短排水泵的使用壽命。⑤泥沙淤積過重時，會導(dǎo)致排水泵吸水口被堵塞，排水泵不能正常工作，存在水淹廠房的危險。

1.3 沖淤設(shè)施不合理

原設(shè)計未設(shè)置集水井清污通道和相關(guān)設(shè)施，多年來從未進(jìn)行清淤工作，僅采用潛水排污泵，并未在多泥沙河流電站集水井設(shè)置沖淤和攪拌設(shè)施。加之黃河中上游區(qū)段泥沙顆粒較細(xì)，沙與泥混合在一起，黏性較大，泥沙板結(jié)嚴(yán)重，僅靠排污泵本身抽排很難清理。排污泵排淤過程只能抽排潛水泵的周圍泥沙，對于板結(jié)及井壁四周的泥沙毫無作用。

2 改造方案

2.1 清淤泵的選擇

選用潛水排污泵，潛水排污泵比深井泵耗電小，效率高，安裝方便?，F(xiàn)有技術(shù)在密封上已達(dá)到較高水平，不用考慮電機進(jìn)水和密封不嚴(yán)的問題。綜合考慮造價和質(zhì)量，潛水泵作排污泵為首選產(chǎn)品。結(jié)合目前該集水井淤積較為嚴(yán)重的情況，采購1臺DN100潛水排污泵，型號為：KTZ411，揚程：40 m，額定排水量60 m3/h，額定功率：11 kW，重量：133 kg，尺寸為：373 mm×806 mm（直徑×高）。該泵的性能參數(shù)能夠滿足集水井清淤的揚程、流量、管路直徑等因素的要求。考慮到該泵和揚水管安裝后重量較大，安裝時除將水泵水平放置在集水井淤泥上之外，還應(yīng)考慮用導(dǎo)繩（鏈）將該泵進(jìn)行懸吊，方便排水泵檢修時起吊。

2.2 增設(shè)沖淤設(shè)施

沖淤系統(tǒng)可利用電站現(xiàn)有的0.7 MPa檢修用氣和1號機組蝸殼取水對井底泥沙進(jìn)行攪拌擾流，使泥沙盡量與水混合后通過排污泵排至電站尾水。從水輪機層低壓氣罐室檢修用氣分支處接入DN15沖淤氣管，在集水井泵房增設(shè)DN15球閥用于沖淤控制，采用DN15不銹鋼管作為氣管同排污泵揚水管分段固定吊裝至井內(nèi)。在排污泵上設(shè)計固定沖淤環(huán)管的固定架，將沖淤氣管與固定架上的沖淤環(huán)管連接。在沖淤環(huán)管四周向側(cè)下方（約15°方向）設(shè)置直徑4 mm的沖淤嘴，沖淤嘴數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)置，最大限度的提高攪拌擾流效果。

2.3 揚水管和吊物孔改造

現(xiàn)場未設(shè)計排污泵揚水管，本次改造需敷設(shè)相應(yīng)的排水管路，從泵出口法蘭至集水井泵房地面選用DN100無縫鋼管，總長度約為35 m（以配管尺寸為準(zhǔn)），每4 m配聯(lián)接法蘭一對，利于安裝與檢修。泵房內(nèi)新安裝管路與排水泵預(yù)埋管路對接，管路上增設(shè)示流信號器、壓力表、蝶閥、逆止閥等，用于監(jiān)視和截斷水流。泵房內(nèi)管路設(shè)置塑料管架固定牢靠，以消除水泵運行時管網(wǎng)的抖動。揚水管在安裝前應(yīng)做好除銹、防腐處理，該項工作完成后方可安裝。吊物孔蓋板的改造：本次加裝沖淤泵位置位于檢修集水井吊物孔蓋板部位，蓋板尺寸為1 190 mm×880 mm（長×寬），吊物孔蓋板主要用于檢修吊物、井底觀察。本次改造因管路需穿過蓋板，考慮到設(shè)備布置及現(xiàn)場美觀，需在吊物孔蓋板開200 mm孔，并在圓孔底部加設(shè)加強筋，蓋板尺寸可根據(jù)現(xiàn)場管路布設(shè)情況而定，改造后應(yīng)進(jìn)行除銹和防腐處理。見圖2。

圖2 清淤設(shè)施安裝示意圖

2.4 運行方式

2.4.1 排沙期運行方式

7～9月為排沙期，滲漏排水系統(tǒng)排污泵按短周期間隔啟動方式運行，具體如下：每3 d定期手動啟動排污泵運行1次，每次啟動運行約20 min，運行期間注意監(jiān)視集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投運前，先啟動主排水泵將滲漏集水井水位排至最低（Δ834.00 m），并將沖淤氣管路投氣運行5 min后關(guān)閉，再投入排污泵運行。

2.4.2 非排沙期運行方式

7～9月以外的非排沙期，滲漏排水系統(tǒng)排污泵按長周期間隔啟動方式運行，具體如下：每7 d定期手動啟動排污泵運行1次，每次啟動運行約20 min，運行期間注意監(jiān)視集水井水位（不低于Δ832.50 m）及排水管示流；排污泵投運前，先啟動主排水泵將滲漏集水井水位排至最低（Δ834.00 m），并將沖淤氣管路投氣運行5 min后關(guān)閉，再投入排污泵運行。

3 結(jié)語

龍口電站滲漏集水井清淤改造于2016年2月投入運行，經(jīng)過1年多的運行實踐證明，該改造有效地解決了集水井長期淤積的問題，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，排沙效果較好，達(dá)到了預(yù)期效果（從原來淤積的3.7 m下降到了1.4 m）。再經(jīng)過長期的運行后，集水井的淤泥將會進(jìn)一步清除，對于汛期新進(jìn)的泥沙可以達(dá)到及時消除，對于板結(jié)的頑固泥沙可以逐步清除。該系統(tǒng)可根據(jù)實際情況實現(xiàn)PLC自動運行，減少大量的人力勞動，提高電站的安全穩(wěn)定運行，達(dá)到預(yù)期的改造效果。