高海拔水電站技術供水管道結露處理及改善

車 璐，唐多生

（1.浙江省水利水電勘測設計院機電院，浙江 杭州 310002；2.云南省南極洛河水電站，云南 迪慶藏族自治州 674604）

1 問題的提出

南極洛河水電站位于云南省迪慶藏族自治州維西縣，南極洛河與瀾滄江交匯處下游約1.0 km，廠房位于瀾滄江右岸。電站內(nèi)裝有2×43 MW沖擊式機組[1]，額定轉速600 r/min，機組安裝高程1 831.0 m。于2015年11月投產(chǎn)，最大水頭1 092 m，為國內(nèi)千米以上水頭單機容量最大的電站。

電站技術供水采用水泵單元供水方式[2]，從機組尾水池取水，經(jīng)過濾、加壓后供至機組用水部位，機組冷卻水排至尾水渠。電站海拔較高，尾水常年水溫為3.0~5.5 ℃，廠房環(huán)境溫度為12.0~32.0 ℃。每年4—10月，因供水水溫與廠房環(huán)境溫度相差太大，室內(nèi)空氣相對濕度達到82%，技術供水系統(tǒng)管路大量結露，特別是發(fā)電機空冷器結露嚴重，即使在機坑內(nèi)補裝排水管，局部積水仍無法有效排出。機組每運行40 h，就需人工清理機坑內(nèi)積水60 kg左右，存在較大的安全隱患，長期運行可能會引起安全事故。

針對管路結露情況，首先采用包扎保溫材料進行改造，效果不明顯；隨后嘗試對管路外壁補刷防結露油漆處理，收效甚微，且由于管路集中、數(shù)量較多，施工難度大，大量設備尤其是空冷器無法完全涂漆，問題得不到改善。

2 技術供水系統(tǒng)改造的必要性

2.1 保障機組安全運行的需要

電站地處瀾滄江邊，海拔1 831 m，環(huán)境濕度較大，加上技術供水系統(tǒng)結露的影響，室內(nèi)空氣相對濕度達到82%~90%，給廠房內(nèi)機組和電氣設備運行帶來極大危害。

2.2 保護技術供水設備的需要

由于冷卻水溫與室溫相差過大，技術供水系統(tǒng)設備結露，水泵、濾水器、管路及閥門嚴重銹蝕，自動化元件的準確性和穩(wěn)定性受到影響，需要經(jīng)常檢修和更換，影響機組的正常運行。

2.3 保證運行人員人身安全的需要

由于管路結露，廠房的中間管道層和輔助設備層內(nèi)冷凝水積聚后無法及時排出，造成地面濕滑，運行人員巡檢設備時容易發(fā)生危險，危害人身安全。人工清理機坑內(nèi)積水難度大，尤其是豐水期，一般均在機組正常運行情況下進行清理，危險程度高，機坑內(nèi)油霧彌漫，噪音大，環(huán)境惡劣，不利于工作人員的人身安全。

2.4 減少冷卻水池攔污柵清污的需要

技術供水取水池通過2根DN500的管道與2臺機組的尾水渠相連，管道入口布置固定式攔污柵。豐水期攔污柵污物較多，為保證取水管的進水量，需定期對攔污柵進行清理。攔污柵位于尾水常水位以下，每次清理需停機后進入1.2 m深、冰冷的尾水渠內(nèi)進行，工作量大且環(huán)境惡劣，給運行人員帶來較大困難。

3 技術供水系統(tǒng)改造方案

通過包扎多種保溫材料和涂刷防冷凝油漆等試驗，收效甚微，不能徹底解決冷凝水問題。為了杜絕因冷凝水引起的可預防性事故，必須從控制技術供水的水溫入手，才能做到徹底解決因技術供水水溫過低造成的嚴重結露問題，消除機組運行的安全隱患，同時還能解決尾水渠內(nèi)補水攔污柵需頻繁停機清理等安全技術問題。

3.1 改造原理

方案1：將1#、2#機組的原空冷器排水管合并至1根DN400水管，從管道層接入技術供水取水池，提高供水池水溫，實現(xiàn)技術供水部分循環(huán)化；其余機組排水不做改造，仍排至尾水渠，以免供水池水溫過高。改造原理見圖1。

圖1 方案1改造原理圖 單位：mm

方案2：每臺機組增設1根DN250空冷器排水管，從水輪機層排至技術供水取水池，實現(xiàn)技術供水部分循環(huán)化；其余機組排水不做改造，仍排至尾水渠。改造原理見圖2。

圖2 方案2改造原理圖 單位：mm

方案3：分別將2臺機組的總排水管接至技術供水池，即所有機組排水均接入技術供水取水池，實現(xiàn)技術供水循環(huán)化；技術供水池與尾水渠之間的連接管僅作為補水用，控制技術供水池的水溫不至過高。改造原理見圖3。

圖3 方案3改造原理圖 單位：mm

3.2 改造方案比較

3種改造方案的比較見表1。由表1可知：

表1 改造方案比較表

方案1投資高，施工難度大，工期長，對發(fā)電影響大。由于技術供水池水溫提升不明顯，因此防結露效果差，更無法實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)。

方案2雖然投資略小，可以逐臺施工，但防結露效果不顯著，無法實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié)。

方案3投資最小，與前2個方案相比均減少50%以上。施工難度小、工期短，可逐臺施工，對發(fā)電影響最小。由于不需要對原有水管進行切割，僅在原管路出口補焊新管即可。施工不需穿越墻壁和樓層，每臺機組改造新增的管道僅12 m。通過改造后，實現(xiàn)循環(huán)技術供水，可顯著提高技術供水池水溫，防冷凝效果十分顯著，能徹底解決供水系統(tǒng)管路和設備結露的問題，有效避免設備故障和安全事故。另外，通過自動控制排水管上的調(diào)節(jié)閥，可以實現(xiàn)水溫的自動控制和調(diào)節(jié)，自動化程度高，給運行帶來很大便利。

4 改造方案實施

（1）機組總排水管從尾水渠通過原DN500取水管進入技術供水取水池，利用原技術供水池取水管（DN500）與改造水管（DN300）面積差作為補水調(diào)節(jié)通道。區(qū)域1作為補水通道，區(qū)域2作為循環(huán)水回水通道（見圖4）。

圖4 補水及回水管道斷面圖 單位：mm

改造后的排水管道需明敷于尾水渠至技術供水水池。為避免機組發(fā)電時尾水對明敷管道產(chǎn)生沖擊，施工過程中，管道貼壁、貼地布置，同時在管道下增設減振墊、固緊圈等，提高水管的抗沖擊能力?？紤]到尾水渠蓄水深度約為1.2 m，有緩沖作用，可以消除絕大部分沖擊力。

（2）改造后，每臺機組總排水管接至技術供水池，每條管道長約12.0 m。新增管道在尾水中經(jīng)過快速、簡單地冷卻，進入技術供水池，既可以提高技術供水池的水溫，又不至于使水溫過高而影響機組冷卻。同時在新增的管道上增設1個放水支路，并配置電動調(diào)節(jié)閥（見圖5中1#、2#閥門），水溫過高時，通過調(diào)節(jié)閥門開度，減少循環(huán)水的供入，達到控制水溫的目的。

（3）在技術供水池原排污管上增設1只DN200電動調(diào)節(jié)閥（見圖5中3#閥門），可遠程控制閥門開度。水溫較高時，通過增加閥門開度，將水池的水適當排放，增加尾水渠的冷水補入，降低水溫。

圖5 改造方案示意圖

經(jīng)過上述改造，可有效提高技術供水池的水溫，縮小其與廠房室溫的差異，徹底解決機組供水系統(tǒng)嚴重結露的問題，避免由于結露引起的安全隱患。

5 改造成果

5.1 運行參數(shù)確定

技術供水系統(tǒng)改造后，可根據(jù)尾水水溫、室內(nèi)濕度及機組負荷，通過調(diào)節(jié)電動閥的開度來控制技術供水的進水溫度，使管路不發(fā)生結露。根據(jù)電站運行經(jīng)驗，一般當室內(nèi)空氣的相對濕度不超過60%時，技術供水進水溫度控制在18.5~19.7 ℃即不會發(fā)生結露，此時3#電動閥開度為閥門全開開度的1/3，1#、2#閥門處于關閉狀態(tài)。機組剛啟動時，供水池內(nèi)水溫偏低，電動閥處于關閉狀態(tài)，待水池內(nèi)水溫升高至所需溫度時，再調(diào)節(jié)電動閥開度進行水溫調(diào)節(jié)。目前其他相關數(shù)據(jù)還在進一步搜集和整理中，下一步將結合機組運行中收集到的數(shù)據(jù)，嘗試根據(jù)水溫、機組運行工況和室內(nèi)空氣濕度實現(xiàn)PLC自動調(diào)節(jié)控制。

5.2 改造前后對比

改造前后對比見圖6。改造前，室內(nèi)設備和管路上可見大量冷凝水，技術供水設備房間內(nèi)積水嚴重，設備和管路已出現(xiàn)部分銹蝕，機組絕緣下降。改造后，管路和設備可持續(xù)保持干燥，不存在結露現(xiàn)象。經(jīng)過維護，可改善設備運行環(huán)境，消除設備銹蝕、場地積水情況，機組絕緣恢復，保證設備和人員安全。另外，改造后，尾水向技術供水池補水量大大減小，攔污柵面積減小，降低了運行人員清理攔污柵的頻率。

圖6 改造前后對比圖

6 結 語

高海拔電站運行過程中，由于技術供水水溫普遍偏低，或多或少都存在冷卻系統(tǒng)結露問題。有的電站采取包扎法、涂漆法、暖風法、除濕法等措施，而南極洛河水電站冷凝水問題非常嚴重，采用上述措施均無法徹底解決。南極洛河水電站地處滇西，海拔高、溫差大，因此，冷卻系統(tǒng)結露問題目前在全國高海拔、高水頭電站中最為嚴重。此改造方案為全國首例，徹底消除了冷凝水的危害，為其他類似電站解決供排水系統(tǒng)的結露問題提供一種新的思路。