水輪機蝸殼延伸段漏水分析與處理

賈樹坡

摘 要：對某水電廠機組蝸殼延伸段漏水現象及原因進行深入分析，通過對蝸殼焊縫進行磁粉檢測、著色探傷檢測，采用內窺鏡對頂蓋平壓管、頂蓋取水管內部檢查，找到蝸殼延伸段漏水的原因并采取了應對措施，對水輪發電機組的永久性管路安裝提出了敷設建議。

關鍵詞：水輪機蝸殼；滲漏；機坑里襯；彈性層

1 概述

在水輪機蝸殼外部與混泥土間設置有彈性層，由于各種原因導致部分水體滲入彈性層，該水流大部分會隨著蝸殼鼻端排水管順利排出，但部分會沿著蝸殼延伸段向水輪機來水方向流動，最后滲出墻體，滲漏量較小時主要影響設備工作環境，造成墻面污染，影響美觀，當滲漏水量大時將增加廠房滲漏水總量，使滲漏排水系統工作負擔加大，直接影響廠用電和設備維護成本，嚴重時將危及機組和廠房安全。為查找某水電廠機組蝸殼延伸段漏水原因并找出解決措施，技術人員采用多種探測、檢測手段深入排查，找到了問題根源，針對漏水原因采取一系列補救措施，徹底解決了問題并對水輪發電機組敷設的暗管材質、敷設方式提出了建議。

2 現象簡介

某水電廠2007年底投產，至2012年底發現水輪機蝸殼延伸段存在滲水現象，起初表現為蝸殼延伸段與混泥土結合處出現滲水，墻體明顯潮濕，一周后地面開始有積水，但滲漏處未見呈噴射狀水流。在觀察中發現滲漏量呈增長趨勢，3個月后漏水量明顯增大，墻體出現明顯漏水，呈噴射狀，停機時漏水量減少，開機時漏水量變大，汛期庫水渾濁時滲漏水亦呈渾濁狀態，枯水季節水庫較清，滲漏水量也呈清澈狀態。為不影響設備運行環境，水工技術人員沿著蝸殼延伸段墻體開槽引水，集中引流，觀察2個月，漏水量基本趨于穩定，此時測得漏水量達200L/h。種種跡象不得不讓人擔心蝸殼焊縫質量出現問題，運行中的機組安全性遭到了嚴重威脅，查找滲漏原因并盡快消除迫在眉睫。

3 漏水原因的分析

某水電廠采用HLA696-LJ-345混流式水輪機組，額定水頭102m，最大水頭117m，最小水頭75m，額定流量103.6m3/s。金屬蝸殼，包角345°，彎肘型尾水管，在水輪機頂蓋處設置有6根頂蓋減壓排水管，沿圓周方向對稱布置，各管道出口匯總至DN300的排水總管，排水總管出口設置三通閥，利用三通閥可以實現頂蓋排水供機組冷卻設備使用或者直接排至尾水管的功能，管道為普通鋼管，管道壁厚6mm，敷設方式為暗管敷設，其他6根支管在頂蓋上方存在1.2m明管段。

為查明漏水原因，2014年檢修期間委托技術服務公司對該水輪機尾水管、蝸殼等部位進行了全面檢測，其中對蝸殼壁厚進行超聲波檢測，測試部位厚度值均勻，對蝸殼鼻端、蝸殼上下蝶形邊焊縫及其他關鍵焊縫采用了磁粉探傷檢測、滲透檢測，焊縫未見裂痕，除局部防腐涂層脫落外其余未見異常，對尾水管里襯進行滲透檢測及厚度檢驗，檢測區域內測點厚度值均勻，未發現異常，結果證明蝸殼焊縫良好，不存在漏水可能，由此排除了因為蝸殼焊縫裂紋導致漏水的原因，技術人員不得不將排查重點轉向埋設在蝸殼上方的管路。查閱設計圖紙后發現6根頂蓋減壓排水管進入匯流總管前有法蘭連接，可拆卸，于是檢修人員將頂蓋減壓排水管明管段全部拆卸，技術檢測人員采用內窺鏡對管道壁進行檢測，該探測設備探頭可深入管道內3m，通過檢查發現其中3根頂蓋減壓排水管暗管段存在腐蝕現象，最大腐蝕面積約8*12mm，該處管壁已完全脫落，水流直接沖刷混泥土，受損位置距離水車室基坑里襯300-450mm間。通過查找圖紙資料發現：（1）6根頂蓋減壓排水管自頂蓋頂部垂直方向而出，穿過水輪機機坑里襯，經過厚厚的混泥土到達尾水管。（2）機坑里襯焊接于蝸殼上鏜口，與鋼筋混泥土澆筑嚴密。（3）蝸殼及其延伸段上半圓表面鋪設了一層彈性墊層。主要目的是人為增大蝸殼與混凝土之間的縫隙，使內水壓力先由蝸殼獨自承擔，當管內水壓力達到一定值后，蝸殼產生膨脹壓縮墊層，再由墊層將一定的壓力傳遞到外包鋼筋混凝土中，盡可能改善蝸殼周圍混凝土的應力狀態，提高其抗裂安全度。

結合資料及漏水現象分析，一方面由于管道受損點正處于距離機坑里襯向混泥土內300-450mm段，經過長期沖刷和腐蝕后管道壁破損，在壓力作用下水流沿著受損管道向來水方向滲漏，遇到機坑里襯后順著機坑里襯流向蝸殼，由于蝸殼及蝸殼延伸段彈性層的存在，水流將繼續沿著彈性層的間隙流動，最終漏出墻體，形成蝸殼延伸段滲漏。另一方面由于頂蓋減壓排水管是排出頂蓋與轉輪間有限腔體的壓力水，以達到減少水輪機軸向水推力的作用，當機組處于停機狀態時水輪機導葉全關，水源被阻隔，導葉微小的漏水量在頂蓋減壓排水管處的水壓力甚小，不足以直接穿過蝸殼彈性層，當機組開機后水輪機導葉打開，高達1.17MPa的水壓經過上止漏環，途徑頂蓋和頂蓋減壓排水管，在壓力的作用下水流從管道破損口沿著機坑里襯、蝸殼、蝸殼延伸段漏出，最終形成了噴射狀漏水，這一點正好與機組開啟時漏水量大，停機時漏水量小的現象相吻合，證明漏點已找到。為徹底消除漏點，技術人員可謂絞盡腦汁，因為受損管道為暗管，掩埋深度1.4m，且該部位空間狹小，管路交錯復雜，更換受損管道已然不可行，唯一的辦法只有設法修復破損管道。首先，為掌握受損管路壁厚狀況，技術人員通過超聲波測壁厚的方法檢測了可觸及管段的壁厚，測量結果表明除已存在破損的部位外其他壁厚接近于5mm，仍然能承受一定壓力。通過分析，最終決定按以下步驟處理：（1）對原管道內部烘干、除銹，使其露出金屬表面。（2）重新截取長度460mm，管道壁厚與設計一致、外徑與原管路內徑相匹配的鋼管，其外部除銹露出金屬表面。（3）在原管道內壁及新截取管段外壁均涂抹TS2111金屬修補劑，待金屬修補劑初步凝固但未硬化前把新截取的管段套入原管道內，雙層管道間的間隙繼續使用金屬修補劑壓入填實，通過24小時觀察鋼管結合緊密后對管道回裝并對蝸殼充水未發現滲漏，開機后蝸殼延伸段墻體無滲水，通過1年運行觀察，該現象未再現，缺陷消除。

4 漏水的防范措施

為確保機組在運行過程中的安全性，應當從以下方面嚴加控制與預防：（1）良好的結構設計、安裝工藝設計能夠使設備更好地工作，提高其工作的可靠性。（2）施工過程中嚴格控制水輪機埋入部件的澆筑工藝，保證蝸殼和混泥土間無空穴。（3）做好蝸殼和水輪機輔助管道內壁防腐措施。（4）定期對蝸殼內部檢查、對焊縫檢測十分必要，大修或者必要時應對對蝸殼焊縫做更全面的檢測，做到及時發現缺陷，盡早處理。（5）蝸殼安裝過程中應當按照安裝標準執行，焊縫進行嚴格的技術檢測，焊接過程中嚴格遵循焊接工藝，在焊接部位不得出現明顯凹凸現象，否則將增大管道過流時在凹凸處沖刷和氣蝕的現象，從而加速過流部位的損壞。（6）建議采用不銹鋼管，其抗氣蝕和沖刷能力強，有利于延長管道壽命。

承壓管道、水輪機預埋件的安全與否直接關乎水力發電廠的安全問題，倘若不從設計源頭抓起、不從安裝質量抓起，那么必定會給安全運行工作帶來極大的安全隱患，俄羅斯薩揚舒申斯克水電站事故足以見證水電站引水系統失控的嚴重后果，所以必須從設計源頭抓起，在運行過程中加強巡檢，在缺陷排查過程中必須對照設備圖紙資料加以分析，在檢修過程中通過各種技術手段對蝸殼進行檢測，及時發現缺陷并給予消除。