白蓮河抽水蓄能電站球閥旁通管改造優化分析

孫 政，李 波

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡438600）

0 引言

白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣境內，距離武漢市143 km。電站安裝4臺300 MW可逆式機組，總裝機容量1 200 MW。電站設計年發電量9.67億kW·h，年抽水用電量12.89億kW·h，在湖北電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等任務。

抽水蓄能電站在主進水閥開啟的時候為保證主進水閥平壓，設置了連接主進水閥上下游的旁通管，在主進水閥開啟的時候給蝸殼充水。旁通管上設置了液壓旁通閥和電動旁通閥。電動旁通閥的作用是在機組檢修或者液壓旁通閥檢修時投入，用于截斷上游壓力鋼管的水壓，還可用于主進水閥開啟過程中，如果液壓旁通閥無法關閉，關閉電動旁通閥。

白蓮河抽水蓄能電站主進水閥旁通管原設計安裝的是碳鋼管，電動旁通閥采用的是電動閘閥，經過10年的運行，主進水閥碳鋼旁通管內部存在較嚴重的腐蝕，部分機組的主進水閥電動旁通閘閥關閉不嚴，旁通管伸縮節連接部分存在輕微滲水，同時旁通管未設計壓力表監測判斷旁通管內壓力，這些問題會導致主進水閥檢修隔離措施可靠性降低，甚至可能出現旁通管爆管導致水淹廠房，對人員安全及設備運行造成了很大影響。

本文對白蓮河抽水蓄能電站主進水閥旁通管改造優化進行了分析，詳細介紹了主進水閥旁通管改造思路、方案設計、強度復核和現場實施，對國內同類電站有一定的借鑒意義。

1 改造思路

為了保證人員安全及設備安全可靠運行，結合3號機組A修，在3、4號機組共用的2號流道排空的情況下，對3、4號機組主進水閥旁通管進行改造，將碳鋼旁通管更換為不銹鋼旁通管，將電動旁通閘閥更換為電動旁通球閥，同時在旁通管上加裝排氣泄壓手閥和用于監測旁通管壓力的壓力表。

2 方案設計

2.1 原主進水閥旁通管結構及工作原理

設計主進水閥旁通管裝配圖見圖1。

主進水閥旁通系統由旁通彎管、旁通直管、電動旁通閥、液壓旁通閥、密封件、緊固件等組成，布置在上游延伸管與下游連接管之間。其作用是在進水閥開啟前打開向蝸殼充水平壓，降低開閥力矩，減少開閥過程中軸與軸承之間的摩擦，延長進水閥使用壽命。改造前旁通管采用碳鋼管，主進水閥上游側電動旁通閥采用電動閘閥，現場實物照片分別為圖2、3。

圖1 原ALSTOM設計主進水閥旁通管裝配簡圖

圖2 改造前碳鋼旁通管

圖3 改造前電動旁通閘閥

2.2 原設計存在的問題

（1）旁通管路采用碳鋼材質，外部刷涂油漆進行防腐，但管路內部經過長時間運行，腐蝕較嚴重且較難處理，探傷及壁厚檢測有明顯變薄趨勢。

（2）3號機組電動旁通閘閥關閉不嚴，不能可靠隔離主進水閥上游水源，在主進水閥上游流道不排空的情況下無法進行主進水閥下游側液壓旁通閥的檢修。

（3）原主進水閥旁通管伸縮節法蘭連接深縮量為55～60 mm，法蘭連接內側僅設有一道O型密封圈，長時間運行密封老化，輕微滲水，且旁通管伸縮節連接深縮量安全裕度不高，存在震動脫落爆管的安全風險。

（4）旁通管路未設計手動排氣泄壓閥，不方便球閥試驗排氣和旁通管段泄壓。未設計測壓接頭及壓力表，不能直觀判斷管內壓力和檢修隔離措施是否到位，給日常運維和檢修造成了一定的安全隱患。

2.3 改造方案

對原設計存在的問題進行分析，并對原設計進行了優化。

圖4 主進水閥旁通管改造設計裝配簡圖

新的設計圖主要變動有如下4點：

（1）改造后旁通管路材質為06Cr19Ni10不銹鋼。

（2）主進水閥上游側電動旁通閥采用電動球閥，安裝完后現場加裝支撐。

（3）旁通管伸縮節法蘭連接深縮量加大為130 mm，法蘭內側設有兩道O型密封，大大提高了旁通管伸縮節的安全性和密封性。

（4）在電動旁通閥與第一個連接法蘭之間的旁通管路上安裝壓力表和手動排氣泄壓閥。

3 強度復核

旁通管改造主要部件設計參數如表1。

表1 旁通管改造主要部件設計參數

本次改造新采購的電動球閥和標準法蘭的設計壓力為5.0 MPa，大于球閥設計壓力3.22 MPa，滿足電站使用要求。

鋼管公稱直徑D=300 mm，設計壓力P=3.22 MPa，材料為06Cr19Ni10，屈服極限σs≥205 MPa，許用應力σ=σs/3=205/3=68.3 MPa，根據鋼管壁厚計算公式e=PD/+C=3.22×300/2/68.3+2=9.07 mm，實際鋼管尺寸為Φ325×14，壁厚14 mm，大于計算值9.07 mm，因此滿足電站使用要求。

4 現場實施

（1）預裝旁通管路，確保電動手動式一體球閥（電動旁通閥）、液壓針閥（液壓旁通閥）及旁通管等零部件位置尺寸符合圖紙要求。

（2）焊接管路及法蘭，焊后打磨探傷檢驗合格。

（3）將管路（不含旁通管路伸縮節法蘭至針閥之間的管路）連接后在安裝間做打壓試驗，試驗壓力7.5 MPa，時間30 min。旁通管伸縮節法蘭至針閥之間的管路在管路制造廠家做打壓試驗，手動電動球閥和針閥在生產廠家已做過打壓試驗，現場不再進行打壓試驗。

（4）將所有閥門和管路連至工作位置后進行密封試驗，在伸縮法蘭密封檢查孔內加壓，檢查兩道密封圈的密封性能，試驗壓力4.125 MPa，時間30 min。

（5）配做閥體上游側和下游側法蘭位置兩道旁通管路支撐，根據手動電動球閥的手輪和電動執行機構實際位置配做支撐。

（6）安裝完成后，大大提高了主進水閥旁通管路的安全性。不銹鋼旁通管和主進水閥上游側不銹鋼電動旁通球閥分別為圖5和圖6。

圖5 改造后的不銹鋼球閥旁通管

圖6 改造后的不銹鋼電動旁通球閥

（7）在電動旁通閥與第一個連接法蘭之間的旁通管路上安裝壓力表和手動排氣泄壓閥，可以方便主進水閥試驗排氣和旁通管段泄壓，并能直觀判斷管內壓力和檢修隔離措施是否到位。旁通管伸縮節法蘭內側設置兩道O型密封，大大提高了旁通管伸縮節的安全性和密封性。安裝實物分別見圖7、圖8。

圖7 壓力表和手動排氣泄壓閥

圖8 旁通管伸縮節連接法蘭

5 結語

通過本次改造，解決了白蓮河抽水蓄能電站原3、4號機組主進水閥旁通管路腐蝕的問題，消除了電動旁通閥隔離上游水源不可靠的安全隱患。加裝了壓力表和手動排氣泄壓閥，為日常運維、檢修隔離、主進水閥管段排氣以及旁通管段充水提供了更安全便捷的操作方式。對旁通管伸縮節結構進行了優化，在法蘭內側設計兩道O型密封，提高了旁通管伸縮節的安全性和密封性。本次改造有效提升了主進水閥旁通管相關設備的可靠性、安全性，對國內同類電站有一定的借鑒意義。