某電廠取水方案比較研究

吳兆和

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 211102）

根據(jù)《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5339—2018）要求，在天然河道取水時(shí)，對(duì)于單機(jī)容量在125MW及以上的火力發(fā)電廠，取水保證率為97%；對(duì)于單機(jī)容量在125MW以下的火力發(fā)電廠，取水保證率為95%。因電廠取水保證率要求高，通常情況是在河流岸邊修建泵站取水，在設(shè)計(jì)中相對(duì)較多采用。隨著泵船取水技術(shù)的成熟、泵站適應(yīng)性能的提高，加之國(guó)內(nèi)在水位變幅較大流域采用泵船取水積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，因此采用泵船取水方案在電廠取水中逐步得到推廣。文章結(jié)合具體工程對(duì)岸邊泵房取水和泵船取水方案進(jìn)行比選論證，為其他工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概述

某電廠位于瀏陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)北園片區(qū)，距長(zhǎng)沙市43.0km，擬建設(shè)2×75MW級(jí)天然氣分布式機(jī)組。本期工程2×75MW級(jí)天然氣分布式機(jī)組補(bǔ)給水量約為210m3/h，達(dá)規(guī)劃容量（4×75MW）時(shí)，補(bǔ)給水量約為420m3/h。該工程補(bǔ)給水水源為湘江支流撈刀河，取水口位于撈刀河右岸撥茅灘渡口附近，距廠區(qū)約3km。工程取水口處90%保證率的枯水流量為0.31m3/s、95%保證率的枯水流量為0.23m3/s、97%保證率的枯水流量為0.20m3/s。取水口處1%設(shè)計(jì)洪水位（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同）為52.6m、2%設(shè)計(jì)洪水位為52.0m、95%設(shè)計(jì)枯水位為45.19m、97%設(shè)計(jì)洪水位為45.17m。

2 取水方案設(shè)計(jì)

2.1 泵船取水方案

泵船取水方案即在河道合適的位置設(shè)置浮船，取水泵安裝在船體上，水泵出水管道通過(guò)鋼桁橋與岸邊引水管道相連接，船體利用活動(dòng)式引橋與固定式引橋?qū)⑵涔潭ㄓ诎哆?。浮船隨著水位的變化自動(dòng)升降，通過(guò)調(diào)整聯(lián)絡(luò)管（用以連接水泵出水管和岸上輸水管）和岸上輸水管路的相對(duì)連接，適應(yīng)水位落差變化的影響?？梢钥闯?，取水泵船方案主要由浮船、水泵、聯(lián)絡(luò)管、岸上輸水管、閥門(mén)、供配電設(shè)備、起吊、系留設(shè)備等組成，另外還有照明、通信設(shè)備、船體防護(hù)設(shè)備及水位報(bào)警等配套設(shè)施。

浮船的平面布置主要包括水泵間和船首、船尾等部分。水泵間的布置可分為上承式和下承式兩種。上承式指將取水泵機(jī)組安裝在船甲板上面（見(jiàn)圖1），這種布置便于安裝和操作，進(jìn)、出水管鋪設(shè)在甲板上，但這種布置基礎(chǔ)高、重心高、穩(wěn)定性差、運(yùn)行振動(dòng)大；下承式指將取水泵機(jī)組安裝在船艙底骨架上（見(jiàn)圖2），這種布置重心低、穩(wěn)定性好、運(yùn)行振動(dòng)小，但管理、操作不便，且通風(fēng)條件較差。根據(jù)浮船的錨固、移位方式及操作要求，在浮船的首尾甲板上布置絞盤(pán)、系纜樁、導(dǎo)纜鉗等配套設(shè)施。

圖1 上承式設(shè)備布置圖

圖2 下承式設(shè)備布置圖

該工程取水點(diǎn)設(shè)在撈刀河右岸，所在地段河寬約90m。取水河段1%洪峰流量為2810m3/s，相應(yīng)的洪水位為52.6m；取水河段97%枯水水位為45.17m；洪枯水位差約為7.4m。取水河段河底高程約為42.0m。根據(jù)取水河段水下地形圖及洪峰流量估算，取水河段洪水期水流流速可達(dá)4.5m/s。

結(jié)合取水量、取水河段水文及地形特征，該工程擬按規(guī)劃容量機(jī)組的取水要求配置1條泵船。泵船長(zhǎng)約14m、寬約6m、深約1.5m。泵船采用鋼質(zhì)船體，采用上承式布置方式，將水泵機(jī)組安裝在船甲板上面；采用橡膠接頭鋼聯(lián)絡(luò)管，將鋼聯(lián)絡(luò)管兩端用帶法蘭盤(pán)的橡膠軟管連接，固定在鋼結(jié)構(gòu)的引橋上；鋼引橋一端與岸邊支墩（應(yīng)設(shè)置在洪水位之上）的懸掛結(jié)構(gòu)連接，另一端擱置在泵船側(cè)面的球形支座上，并在球形支座上設(shè)置能受拉、受壓的2套彈簧，以適應(yīng)浮船受風(fēng)浪影響造成離岸或靠岸移動(dòng)；引橋兼作交通橋，方便操作管理。取水泵船上本期安裝2臺(tái)20085S取水泵，單泵流量為210m3/h，揚(yáng)程約為85m，1用1備；預(yù)留1臺(tái)水泵的安裝位置（見(jiàn)圖3）。

2.2 岸邊泵房取水方案

本方案擬在撈刀河右岸新建1座補(bǔ)給水取水泵房及取水設(shè)施；在撈刀河右岸設(shè)置1座岸邊式進(jìn)水口，進(jìn)水口后接1條自流式進(jìn)水溝道，進(jìn)水溝道后接補(bǔ)給水泵房。補(bǔ)給水泵房土建部分按規(guī)劃容量機(jī)組的取水要求一次建成；泵房?jī)?nèi)本期安裝2臺(tái)20085S取水泵，單泵流量為210m3/h，揚(yáng)程約為85m，1用1備；預(yù)留1臺(tái)水泵的安裝位置。由于撈刀河洪枯水位差達(dá)7.4m，綜合考慮泵房取水及防洪要求，確定泵房底板頂高程為43.20m、頂板高程為53.00m、泵房埋深約10m。取水口施工時(shí)，需設(shè)置施工圍堰；為減少工程投資，應(yīng)選擇在枯水期施工取水工程（見(jiàn)圖4）。位波動(dòng)，穩(wěn)定性較差。因此，當(dāng)水位變幅較大、較快時(shí)，一定要及時(shí)調(diào)整聯(lián)絡(luò)管與岸上出水管路的相對(duì)位置，使其更好適應(yīng)水位波動(dòng)變化；汛期時(shí)取水河段流速可能會(huì)

圖3 取排水構(gòu)筑物平剖面布置圖（單位：mm）

圖4 岸邊取水泵房方案平剖面圖（標(biāo)高以m計(jì)，其余尺寸以mm計(jì)）

3 取水方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

（1）根據(jù)本工程取水河段的自然條件，泵船取水方案、岸邊泵房取水方案在技術(shù)上均是可行的。

（2）泵船取水方案工程投資約230萬(wàn)元，其中船體及配套設(shè)備造價(jià)約200萬(wàn)元，岸上配套土建設(shè)置造價(jià)約30萬(wàn)元；岸邊泵房取水方案工程投資約300萬(wàn)元，其中設(shè)備費(fèi)約80萬(wàn)元，結(jié)構(gòu)本體土建投資約120萬(wàn)元，施工圍堰及基坑工程費(fèi)用約100萬(wàn)元。綜合來(lái)看，取水泵船方案與岸邊泵房相比，投資較少。

（3）建設(shè)期間，取水泵船方案在廠家定制，一般浮船泵站的建設(shè)周期為120d，制作周期短。相對(duì)岸邊泵房方案，不需要建設(shè)復(fù)雜的水工建筑物，避免了設(shè)置施工圍堰或水下施工技術(shù)難題，因此，水位落差越大，取水泵船方案節(jié)約的投資就越多。運(yùn)行期間，泵船采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單、安裝方便，無(wú)水下操作部件，檢修方便。取水泵船一般取水面以下1.5～2.0m的水，能較好地適應(yīng)水位的變化，因而所取表層水質(zhì)較好、含沙量較低。另外，在極端水文條件下，必要時(shí)泵船可改變?nèi)∷恢?，可隨著主流位置遷移，這是岸邊式泵房所不具備的。較岸邊式泵房相比，取水泵船雖然有突出的優(yōu)點(diǎn)，但也有其缺點(diǎn)：當(dāng)取水泵船所在流域水位變幅較大、較快時(shí)，聯(lián)絡(luò)管與岸上出水管路的相對(duì)位置一旦不及時(shí)調(diào)整，極易引發(fā)管路裂事故；汛期浪大流急，浮船受水達(dá)到4.5m/s，要采取固定措施，保證泵船的穩(wěn)定性。

（4）相對(duì)泵船取水方案，岸邊泵房取水方案受取水河段水位變化和流速變化的不利影響較小，運(yùn)行更加穩(wěn)定。但由于取水河段水位變幅較大，泵房埋深較大，土建投資也較大；同時(shí)需要設(shè)置施工圍堰，采取深基坑圍護(hù)措施，施工難度大，施工工期較長(zhǎng)，這也進(jìn)一步增大了工程投資。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)該工程補(bǔ)給水取水而言，泵船取水方案、岸邊泵房取水方案在技術(shù)上均是可行的。與岸邊泵站取水方案相比，取水泵船方案的最大優(yōu)點(diǎn)是不對(duì)河流自然岸坡產(chǎn)生破壞，同時(shí)避免了常規(guī)的岸邊泵站施工中設(shè)置圍堰干法施工或水下基礎(chǔ)施工難度大等諸多技術(shù)難題，且投資省。因此，從節(jié)約工程投資、降低施工難度、縮短施工工期等角度考慮，推薦采用泵船取水方案。