萬家寨引黃工程地下泵站除濕防腐機(jī)理分析

郭虎榮

（山西萬家寨水控水資源有限公司偏關(guān)分公司總干一級泵站，山西 偏關(guān) 036400）

山西省萬家寨引黃工程自黃河萬家寨水庫取水（水庫水位957～980m），設(shè)計流量48m3/s，年引水量12億m3。

1 泵站概況

萬家寨引黃工程總干線全長44km，總干主要泵站有3座。按照工程規(guī)劃，一期工程在總干線泵站先安裝3臺（套）水泵電動機(jī)組，其中2臺工作、1臺備用。一期總干線和南干線上的5座泵站，共裝機(jī)29臺，裝機(jī)容量22.45萬kW，向太原供水12.9m3/s。工程于1993年奠基，2002年全線試通水，2003年11月正式向太原市不間斷供水。

按照已經(jīng)批準(zhǔn)的工程總建設(shè)方案，總干線和南干線的5級泵站，總提水設(shè)計揚(yáng)程約為636m，總裝機(jī)臺數(shù)42臺，單機(jī)流量6.45m3/s，總裝機(jī)容量44.9萬kW。向太原供水的引黃工程總干線GM和南干線SM的5級泵站總提水揚(yáng)程，見表1。

表1 各級泵站抽水流量和裝機(jī)臺數(shù)表

根據(jù)批準(zhǔn)的擴(kuò)機(jī)建設(shè)方案，需要在總干線3座泵站，每站各擴(kuò)裝5臺（套）水泵電動機(jī)組，正常情況下8臺運(yùn)行、2臺備用，形成年供水12億m3的能力，以滿足南干線、北干線年引水要求，總干和南干各泵站機(jī)組編號見表2。

表2 各泵站泵組編號和擴(kuò)裝泵組的編號

隨著北干線工程的勝利竣工、桑干河的生態(tài)供水、北京供水及南干線供水量的上升，總干線3座泵站今年將擴(kuò)機(jī)9臺，南干線將擴(kuò)機(jī)4臺，總裝機(jī)將達(dá)到42臺，總干線實(shí)現(xiàn)設(shè)計最大流量48m3/s。

2 地下泵站的潮濕與腐蝕問題

2.1 設(shè)備使用的環(huán)境條件

工程現(xiàn)場位于山西省北部，北干線路沿線有平魯、朔縣、山陰、懷仁及大同5個氣象站，主要觀測項(xiàng)目有降水、氣溫、蒸發(fā)、風(fēng)速風(fēng)向等，各站均具有1971—2000年完整資料。

據(jù)各站實(shí)測資料統(tǒng)計，多年平均降水量在400mm左右，其中70%的降水集中于汛期。夏季受西太平洋副熱帶高壓影響，天氣干燥炎熱，年蒸發(fā)量大，多年平均蒸發(fā)量為2000mm（20cm蒸發(fā)皿），干旱少雨季節(jié)可占全年蒸發(fā)量的50%。冬季受蒙古冷高壓的控制，氣候干燥寒冷，雨雪稀少且多風(fēng)沙。多年平均氣溫在5.8℃～7.9℃之間，年際溫差不大，年內(nèi)溫度變化很大。多年平均風(fēng)速2.2～3.4m/s，最大風(fēng)速可達(dá)26.6m/s，風(fēng)向多為西北風(fēng)；無霜期短，約150～160d；封凍期長，最大凍土深度介于1120mm（朔縣）～1860mm（大同）之間。

根據(jù)有關(guān)資料，泵站所在地多年平均月絕對最高氣溫37.2℃；多年平均月絕對最低氣溫-27.2℃；多年月平均最高氣溫22.0℃；多年月平均最低氣溫-10.6℃；冬季采暖室外計算溫度-17.0℃；工程引水水溫最低0℃，最高26.9℃。泵站內(nèi)環(huán)境條件見表3。

表3 主廠房室內(nèi)空氣設(shè)計參數(shù)

盡管如此，考慮到安全，要求所有電氣設(shè)備都應(yīng)能在工程所在海拔高程、環(huán)境溫度達(dá)到40℃、環(huán)境濕度達(dá)到95%時長期、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 設(shè)備潮濕與腐蝕問題

2.2.1 泵站設(shè)備較復(fù)雜

首先長距離、高揚(yáng)程、大流量的引黃工程是一項(xiàng)高難度、高技術(shù)含量的世界級引水工程。其次，高揚(yáng)程水泵的抗腐蝕性能、轉(zhuǎn)速、流量、效率指標(biāo)，復(fù)雜的泵站間流量匹配等方面研究成果均是國內(nèi)首次應(yīng)用；第三，由于采用封閉式引水設(shè)施，沿線調(diào)節(jié)能力較小，直接導(dǎo)致運(yùn)行方式復(fù)雜，泵站變速機(jī)組、水庫、控制閘閥須依靠全線自動化系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致才能保證安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

2.2.2 設(shè)備表面凝水潮濕腐蝕嚴(yán)重

廠房埋深176m，陰冷、潮濕，不僅對職業(yè)健康安全造成一定傷害，而且對地下廠房的設(shè)備設(shè)施、尤其是二次控制回路造成銹蝕，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命，泵房的設(shè)備造價昂貴，將造成巨大的國有資產(chǎn)損耗。

在工程建成初期，運(yùn)營單位對地下廠房巖體進(jìn)行了噴漿，并通過諸多排水管道對山體滲漏水進(jìn)行引流，匯集到地溝排至滲漏集水井，通過自留排水洞排至場外，并在最底層即水泵層設(shè)置了大功率除濕機(jī)。設(shè)置了送排風(fēng)機(jī)和1b通風(fēng)洞（進(jìn)水閥室）、1c通風(fēng)洞（出水閥室）匯集到1a通風(fēng)洞至南山山體外側(cè)大青溝，但是通風(fēng)系統(tǒng)只有在廠房內(nèi)有焊接工作或火災(zāi)情況下使用，平時廠房內(nèi)的自然通風(fēng)主要靠主交通洞經(jīng)廠房經(jīng)電纜豎井進(jìn)行（即利用豎井的煙囪效應(yīng)），但是到了雨季和秋冬季節(jié)仍然潮濕、凝露。后來又增設(shè)了多臺除濕機(jī)，仍然效果不佳，設(shè)備潮濕腐蝕問題一直困擾著泵站的正常運(yùn)行。

3 除濕技術(shù)的緣起與機(jī)理分析

3.1 除濕技術(shù)的緣起

在一次常規(guī)設(shè)備巡查過程中，進(jìn)水閥室1號機(jī)組進(jìn)水閥的自流排水洞口，一股濃厚的魚腥濕氣撲鼻而來，彌漫了整個閘室，引起了巡查人員的特別關(guān)注，他們隨即探討采取措施。鑒于當(dāng)時所有進(jìn)水設(shè)備都在正常運(yùn)行，就臨時用塑料布加棉被，將自流平排水洞口封蓋住，這樣就隔斷了濕氣進(jìn)入整個泵站的自流通道。

自流排水洞口用塑料布、棉被封堵后第二天，再次巡檢進(jìn)水閥室時，發(fā)現(xiàn)濕氣明顯消失了，設(shè)備結(jié)露現(xiàn)象也明顯減少，第三天、第四天水泵層管路結(jié)露現(xiàn)象大大減輕，這肯定了封堵措施的正確性。于是將主交通洞大門也用棉門簾封實(shí)，一周以后進(jìn)出水閥室、水泵層的濕氣幾乎全部消失。

3.2 機(jī)理分析

3.2.1 濕氣進(jìn)入的第一通道

引黃工程總干一級地下泵站，地處萬家寨黃河?xùn)|岸、大青溝南山體下，距萬家寨水利樞紐約1.15km，地面高程1100～1300m，建筑物埋深地下140～176m。泵站由萬家寨水利樞紐取水，經(jīng)1號、2號、3號壓力隧洞、進(jìn)水調(diào)壓井、進(jìn)水主支洞、進(jìn)水閥室，進(jìn)入泵站廠房機(jī)組，再經(jīng)出水主支洞、出水閥室、出水調(diào)壓井與4號有壓隧洞相接。

3.2.2 濕氣進(jìn)入的第二通道

主交通洞緊連黃河岸邊，且為爬坡式布置，加之平時廠房內(nèi)的自然通風(fēng)主要靠主交通洞經(jīng)廠房經(jīng)電纜豎井進(jìn)行（即煙囪效應(yīng)），這樣冷濕氣流極易進(jìn)入廠房，進(jìn)水閥室自流排水洞為了既節(jié)能降耗又可以加大檢修、滲漏排水及事故情況下的排水能力，直接延伸至黃河河槽內(nèi)，更易使潮濕氣流進(jìn)入進(jìn)水閥室。

3.2.3 除濕

泵站進(jìn)、出水閥室、水泵廠區(qū)層是聯(lián)通的，在濕度較高時，極易形成設(shè)備設(shè)施結(jié)露現(xiàn)象，尤其雨季和秋冬季更為明顯；加之泵站廠區(qū)長120m、寬17.5m、高20余m，連同大型進(jìn)出水閥室，泵站容納濕氣的空間過大，設(shè)置幾臺除濕機(jī)幾乎起不到太大作用，加之源源不斷的濕氣從兩個通道補(bǔ)充進(jìn)來，濕氣自然無法清除。在將主交通洞門底部、自流排水洞兩處濕氣通道封實(shí)后，阻斷了濕氣進(jìn)入，徹底解決了設(shè)備受潮銹蝕的問題。

4 結(jié)語

一塊棉被解決了困擾地下廠房設(shè)備設(shè)施多年的潮濕、凝露、腐蝕問題，這一創(chuàng)新性技術(shù)改進(jìn)、降低了大型水利設(shè)備的腐蝕損耗，得到了上級黨委和部門的表彰與肯定，同時也觸發(fā)了廣大工友的工作激情，在平凡的工作中實(shí)現(xiàn)了社會價值。