水電站消防供水管路波動分析及處理

胡小剛

(重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司，重慶 408500)

0 引言

水電站位于烏江下游河段，電站開發(fā)方式為壩式水電站，大壩為混凝土重力壩，壩頂高程227.5 m，最大壩高78.5 m，壩頂長度600.1 m，水庫正常蓄水位215 m，死水位211.5 m，水庫總庫容3.2 億m3，調(diào)節(jié)庫容0.37 億m3，為日調(diào)節(jié)水電站。水電站共安裝4 臺單機容量161.25 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量27.08 億kWh。廠房消防系統(tǒng)為兩路供水，一路由生活區(qū)海拔370 m 高位300 m3水池向廠房供水，另一路由備用消防水為壩前168 m 消防水加壓供水。設(shè)計院初設(shè)消防水源為設(shè)在左岸273 m 高程的消防水池，將施工期左岸施工水廠水池改造成2 個500 m3消防水池供應(yīng)電站廠房及大壩和船閘的消防及生產(chǎn)、生活用水。在消防專題設(shè)計時利用營地已建好的右岸370 m 高位水池，后消防設(shè)計優(yōu)化為現(xiàn)在的右岸生活區(qū)370 m 水池供水，而廠內(nèi)供水管未改變，供水管路為370 m 高程水池由DN200 管路在高程255 m 設(shè)置減壓閥閥門井，再通過右岸邊坡至高程227 m 船閘變徑為DN300 橫穿大壩，2 根消防支管DN200 管路在左岸廠內(nèi)部形成環(huán)狀，負責(zé)向電站廠房提供消防、主軸密封、深井泵潤滑和生活用水。現(xiàn)370 m 高位水池經(jīng)過右岸255 m 高程減壓后對廠房消防供水，大壩廠房消防供水系統(tǒng)投運后一直存在消防水壓力波動，引起186 m 高程發(fā)電機層消防管路振動、255 m 高程以上消防管路劇烈振動及異響，造成255 m 高程減壓井閘閥破裂、浮球閥破裂等缺陷，嚴重影響廠房消防供水及設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

1 消防管路振動及閘閥破裂原因分析

通過觀察廠房186 m 發(fā)電機層消防管路振動的發(fā)生為186 m 發(fā)電機層的檢修、滲漏排水泵啟動前潤滑水投入時引起壓力波動造成，一般處理需通過輕微開啟壩前消防取水廠房消防供水放空閥X213 閥對壓力穩(wěn)定調(diào)整；255 m 高程以上管路振動，主要發(fā)生在汛期機組低水頭運行主軸密封清潔水投入后，處理是關(guān)閉255 m 高程處閘閥，待廠房及255 m 高程以上消防管路振動減小后緩慢開啟255 m 高程處的閥門。通過對2018 年廠房消防管網(wǎng)系統(tǒng)的波動統(tǒng)計分析，186 m 發(fā)電機層消防水壓波動每月約2 ～3 次，255 m 高程消防水壓波動已造成減壓閥井內(nèi)3 個DN200 閘閥破裂、4 個浮球閥損壞、2 個減壓閥失靈。由于現(xiàn)在高位水池和原高程、位置發(fā)生變化、供水管路方向發(fā)生了變化、長距離的管路多次變徑等原因，370 m 高程相對186 m 高程用水點壓力過高，雖然在 255 m 高程設(shè)計了減壓閥，但一次減壓過大，減壓值在減壓閥的正常工作范圍邊界運行，減壓閥運行不穩(wěn)定、效果不好；此外位于186 m 發(fā)電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向與系統(tǒng)圖不一致，不能對廠房形成環(huán)路供水；壩前消防取水廠房消防供水泄壓閥X214 閥調(diào)節(jié)不靈，多次壓力整定調(diào)節(jié)達不到要求。

分析電站消防供水系統(tǒng)具體如下：

(1) 檢修、滲漏排水泵潤滑水投入后高位水池370 m 到186 m 發(fā)電機層高差太大，255 m 層減壓閥運行不穩(wěn)定，廠房用水時由于管路長且變徑多，減壓閥不能靈敏的進行開啟補水，造成管路內(nèi)形成真空，同時補氣不及時，造成減壓閥動作時又開啟過大，壓力過高，如此反復(fù)，引起消防水壓力波動；

(2) 186 m 發(fā)電機層4 號機組段減壓閥方向安裝反向，沒有起到186 m 發(fā)電機層進行減壓和環(huán)路供水的作用；

(3) 在186 m 發(fā)電機層壓力過大時消防供水泄壓閥X214 閥沒有起到超壓動作泄壓排水作用；

(4) 管路排氣、補氣裝置設(shè)置不足，消防水管進氣后不能及時排氣、高位水池真空后不能及時補氣，引起消防管路振動。

2 處理思路和方法

(1) 在大壩右岸壩頂227 m 高程消防管路處設(shè)裝減壓閥，將高位水池到廠房的一級減壓變?yōu)閮杉墱p壓，兩級減壓消防水壓壓力調(diào)整將會更穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對大壩227 m 高程地下消防管路在主管路上安裝兩套減壓閥配套管路、閘閥，伸縮節(jié)，并在減壓閥后供水總管上裝設(shè)排氣閥。兩套減壓裝置在運行時互為備用。

(2) 對255 m 高程閥門井以上至370 m 高位水池安裝三個DN50 快速自動排氣閥，結(jié)合現(xiàn)場實際進行安裝，快速自動排氣閥進口處配不銹鋼球閥。

(3) 將186 m 發(fā)電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向進行調(diào)整，實現(xiàn)廠房環(huán)路供水及減壓功能。

(4) 對186 m 發(fā)電機層消防泵房消防供水泄壓閥X214 閥進行更換，并對壓力進行校驗調(diào)整。

(5) 大壩左岸227 m 層出線場外最高點消防管路上加裝DN50 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。

(6) 在186 m 發(fā)電機層檢修、滲漏排水泵潤滑供水管路處(深井泵潤滑水供水管路處)，安裝DN25 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。

3 施工過程對其他設(shè)備影響及應(yīng)對

由于消防供水涉及水電站廠房消防滅火、生產(chǎn)、生活用水，對消防供水系統(tǒng)斷水處理必須考慮斷水對設(shè)備、生活影響，滿足防火、設(shè)備用水等要求，要合理策劃好斷水時間和斷水的區(qū)域，盡快完成施工以減小對消防供水影響。施工前要和電站集控中心做好溝通，對相關(guān)區(qū)域斷水時由于壓力減小監(jiān)控報警由自動化專業(yè)對消防壓力報警信號進行處理。

(1) 對機組主軸密封的影響。由于中斷消防供水，主軸密封備用清潔水消失，可通過技術(shù)供水加壓泵來滿足主軸密封供水的壓力和流量。在消防水管改造前，進行技術(shù)供水加壓泵啟動檢查試驗：由運行人員啟動技術(shù)加壓泵，關(guān)閉備用清潔水源，記錄技術(shù)加壓泵啟動前后壓力及流量是否滿足主軸密封的用水要求，觀察頂蓋泵啟停間隔和之前對比是否滿足要求。

(2) 對滲漏排水、檢修排水潤滑水的影響?？赏ㄟ^壩前取水、消防水泵自流至供水管路對水泵軸承進行潤滑。運行人員對壩前取水、消防水泵自流進行試驗：由壩前取水供集水井軸承潤滑水用水，手動或自動投入潤滑水觀察壓力、流量是否正常驗證能否滿足水泵潤滑水要求。

(3) 對廠房消防系統(tǒng)供水的影響。高位水池斷水后，若廠房發(fā)生火情由壩前消防加壓泵供水滅火。

(4) 對物資庫房火災(zāi)防控和保安營地生活用水，采用消防車進行臨時供水。

(5) 斷水對船閘過閘消防安全影響。高位水池消防供水?dāng)嗨陂g，船閘過船通知消防車至船閘現(xiàn)場駐守，待船舶安全通過后才能離開。

(6) 停水對大壩辦公的影響。提前發(fā)公告通知、衛(wèi)生間做好儲水，并提醒大家節(jié)約用水。

(7) 安裝255 m 高程至高位水池三個浮球閥對生活區(qū)的影響。策劃好前期工作，此項工作計劃放在周末進行，提前做好停水及儲水通知，工作前準備備件安裝材料工器具等，現(xiàn)場只進行鉆孔及焊接工作，縮短工作時間、盡快恢復(fù)供水；職工食堂供水安排消防車進行臨時應(yīng)急供水。

(8) 待主軸密封試驗及深井泵潤滑水試驗滿足條件，經(jīng)運行許可后可進行廠房停水及補氣閥安裝。

4 工期安排及施工安全措施

大壩右岸EL227 m 設(shè)裝減壓閥。開挖前做好地下電纜、光纜等動土安全交底。提前采購材料做好兩路配管及預(yù)裝工作，待配管預(yù)裝完成后，斷消防供水、切割主管路，進行焊接安裝工作以減少消防管路停運時間。工期計劃：閥門管路安裝計劃工期3 天(閥門井開挖及后期閥門井砌筑不占直線工期)。施工將影響大壩供水、倉庫供水。做安全措施前確認機組主軸密封壓力和流量，對機組主軸密封壓力流量低的啟動技術(shù)供水加壓泵供水。滲漏泵、檢修泵潤滑水由壩前取水消防泵自流供水。管路施工完成充水時開啟閥門應(yīng)緩慢進行充水，充水時做好管路排氣，調(diào)節(jié)減壓閥壓力滿足要求，閥門管路進行防腐刷漆。對閥門井用磚塊砌筑高度約0.5 m并用水泥砂漿粉刷，制作安裝閥門井鋼蓋板。

在255 m 閥門井高程以上至370 m 高位水池安裝快速自動排氣閥。管路排水后對相應(yīng)位置鉆孔，做好鐵屑收集防止掉入消防管路內(nèi)。提前焊接DN50 鋼管及法蘭，安裝DN50 球閥、排氣閥；管路充水試驗無滲漏，對設(shè)備防腐。工期計劃1 天。施工將影響職工生活區(qū)用水。提前做好生活區(qū)停水的應(yīng)對措施，施工現(xiàn)場只進行鉆孔及焊接工作，縮短工作時間、盡快恢復(fù)供水；焊機及臨時用電必須使用漏電保護，焊接現(xiàn)場配備滅火器材防止火災(zāi)，焊接完成后檢查現(xiàn)場。

對186 m 發(fā)電機層4 號機組段的FX02 減壓閥方向進行調(diào)整。工期計劃0.5 天。關(guān)閉閥門前后球閥，處理對設(shè)備及消防系統(tǒng)無影響。

對186 m 發(fā)電機層消防泵房消防供水泄壓閥X214 閥進行更換，并進行壓力校核調(diào)整為0 ～1.2 MPa。工期計劃0.5 天。更換此閥時不得和255 m 高程以上快速自動排氣閥更換、227 m 減壓閥加裝同時進行。安全措施會影響大壩消防自流供水對滲漏、檢修深井泵潤滑水。

在227 m 高程出線場外消防管路上加裝DN50快速排氣閥并配不銹鋼球閥。工期計劃0.5 天。影響倉庫、保安營地供水。做好停水前的通知和儲水工作，物資倉庫防火由消防車臨時應(yīng)急。

在186 m 發(fā)電機層檢修、滲漏排水泵潤滑水管路處，安裝DN25 快速自動排氣閥并配不銹鋼球閥。工期計劃2 h。安全措施會影響檢修排水、潤滑排水潤滑水。檢修前手動將檢修排水和滲漏排水井水位抽至停泵水位(滲漏集水井148.60 m、檢修集水井148.10 m)。如果集水井水位至工作泵啟動水位可手動啟動排污泵進行排水。

改造作業(yè)根據(jù)現(xiàn)場實際條件，在條件滿足的情況下分步實施。最大程度減小消防管路改造對消防安全、設(shè)備安全、生活供水的影響。