某水電站蝸殼取水口防堵塞研究

趙業(yè)文，孫亞濤，馬玉濤

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

水電站技術(shù)供水又稱生產(chǎn)供水，與消防供水、生活供水共同組成水電站的供水系統(tǒng)，其主要作用是對設(shè)備進(jìn)行冷卻，有時也用于潤滑及水壓操作。

技術(shù)供水的重要性不言而喻，但某水電站技術(shù)供水系統(tǒng)蝸殼取水口，經(jīng)歷了板式?jīng)_孔結(jié)構(gòu)攔污柵、球面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)攔污柵、立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵幾次換型后(見圖1)，仍然存在嚴(yán)重的堵塞問題，即使采用備用水源供水(清潔水)，也極大提高了生產(chǎn)運(yùn)營成本。通過總結(jié)歷次換型的經(jīng)驗以及分析蝸殼取水口堵塞的原因，歷經(jīng)兩個檢修周期的對比試驗，最終確認(rèn)改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵能夠有效防止蝸殼取水口嚴(yán)重堵塞情況的發(fā)生，提高了系統(tǒng)的安全可靠性[1]。

圖1 歷次換型攔污柵示意圖

1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡介

該水電站為地下式廠房，安裝單機(jī)額定容量為50 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組進(jìn)水口位于近岸側(cè)。

該水電站技術(shù)供水系統(tǒng)，采用單機(jī)單元自流減壓供水方式。水源取自電站上游水庫，每臺機(jī)組設(shè)1個取水口，取水口布置在水輪機(jī)蝸殼彎管段，取水口設(shè)置攔污柵；備用水源取自廠內(nèi)消防干管。取水閥后設(shè)置兩臺濾水器，一備一用。

2 換型總結(jié)及堵塞原因分析

2.1 歷次換型總結(jié)

2.1.1 板式?jīng)_孔結(jié)構(gòu)攔污柵

該電站機(jī)組運(yùn)行初期，技術(shù)供水系統(tǒng)蝸殼取水口攔污柵采用板式?jīng)_孔結(jié)構(gòu)[2]。此種結(jié)構(gòu)攔污柵極易堵塞，堵塞后造成蝸殼取水口極大的壓降以及嚴(yán)重的減流，因不能滿足用戶的正常需求，不得不停機(jī)檢修，清理攔污柵。

板式?jīng)_孔結(jié)構(gòu)攔污柵易堵塞的主要原因為：本身過流面積小，自身取水壓降較大；系統(tǒng)用戶取水時，攔污柵處為負(fù)壓，塑料布等片狀、柔性污物，極易吸附在攔污柵上[3]，由于其自身的圓孔狀結(jié)構(gòu)，少量的塑料布等污物，就能造成多處圓孔堵塞，導(dǎo)致極大的壓降以及減流。

2.1.2 球面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)攔污柵

為解決板式?jīng)_孔結(jié)構(gòu)攔污柵的堵塞問題，該電站將其更換為鋼筋焊接成的球面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)攔污柵。更換后，攔污柵堵塞情況未有任何改觀，還造成了濾水器的嚴(yán)重堵塞，不得不停機(jī)對濾水器進(jìn)行解體清污。

球面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)攔污柵易堵塞的主要原因為：相較于平板沖孔結(jié)構(gòu)，雖有效增加了過流面積，但在水源水質(zhì)未有效改善的情況下，塑料布等片狀、柔性污物在攔污柵鋼筋上逐漸纏繞增多，同樣造成了嚴(yán)重堵塞。因其顯著降低了攔污效果，較大塊的塑料布等片狀、柔性污物通過了攔污柵，還造成了濾水器的嚴(yán)重堵塞，導(dǎo)致更嚴(yán)重的壓降以及減流。

2.1.3 立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵

球面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)攔污柵未減輕堵塞情況，還造成了濾水器的嚴(yán)重堵塞，此結(jié)構(gòu)不可取。重新設(shè)計了立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵后，堵塞情況依然非常嚴(yán)重，取水壓降明顯，必須每年清理一次攔污柵后，才能滿足下一年度的取水要求[4]。

但在2016年，該電站機(jī)組蝸殼取水口攔污柵堵塞情況嚴(yán)重惡化(見圖2)，取水壓力、流量已無法滿足供水要求(最低取水壓力應(yīng)不小于0.5 MPa)，不得不開啟備用水源，采用主供水及備用水源聯(lián)合供水方式運(yùn)行，極大地增加了運(yùn)營成本。

圖2 2016年蝸殼取水壓力圖

立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵易堵塞的主要原因為：其柵格筋板采用迎水側(cè)高、出水側(cè)底的設(shè)計結(jié)構(gòu)，設(shè)計時，預(yù)想其迎水側(cè)刮掛漂浮物，出水側(cè)進(jìn)水。實(shí)際運(yùn)行時，迎水側(cè)刮掛漂浮物后，導(dǎo)致過流面積減小，出水側(cè)取水負(fù)壓增大，更易吸附漂浮物，導(dǎo)致攔污柵堵塞。

2.2 堵塞原因分析

1)水源水質(zhì)。該水電站水庫位于長江干流，枯水期時，水質(zhì)清澈，樹枝、塑料等漂浮物非常少，無論那種形式的攔污柵運(yùn)行，均未發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。但在汛期，水質(zhì)明顯變差，樹枝、塑料等漂浮物由支流匯聚主河道，經(jīng)水庫的攔蓄，增加了單位水體漂浮物的含量，攔污柵堵塞現(xiàn)象均發(fā)生在汛期[5]。因此，水源水質(zhì)差，漂浮物多是該水電站蝸殼取水口堵塞的根本原因。

2)取水位置影響。該水電站機(jī)組進(jìn)水口位于近岸側(cè)，在汛期，往往在此位置形成漂浮物聚集帶，而在攔河壩中段，漂浮物雖然較多，但極少形成漂浮物聚集帶，相對于近岸側(cè)，攔河壩中段的水質(zhì)“更好”。因此，取水位置不理想是該水電站蝸殼取水口堵塞的主要原因(見圖3)。

3)聯(lián)合因素作用。該水電站技術(shù)供水取水口布置在水輪機(jī)蝸殼彎管段，與機(jī)組活動導(dǎo)葉間隙漏水、機(jī)組開機(jī)流程等因素的聯(lián)合作用，進(jìn)一步加重了攔污柵的堵塞情況。

機(jī)組活動導(dǎo)葉間隙漏水，就像一個巨大的濾水器，將樹枝、塑料等漂浮物留在了蝸殼彎管段，而機(jī)組開機(jī)流程又要求先啟動技術(shù)供水系統(tǒng)，此時，蝸殼取水口是漂浮物的唯一出口，在取水負(fù)壓的作用下，漂浮物逐步刮掛在了攔污柵上。

圖3 取水口位置示意圖

3 換型試驗

3.1 試驗因子選取

該水電站的環(huán)境因素即水源水質(zhì)，顯然無法改變。作為一座已建成的水電站，其機(jī)組進(jìn)水口的布置位置、技術(shù)供水取水口的布置位置以及機(jī)組的開機(jī)流程，也無法改變。機(jī)組活動導(dǎo)葉間隙漏水，也無法杜絕。但從該水電站蝸殼取水口攔污柵歷次換型的情況看，選取較為合適的攔污柵，應(yīng)該能夠有效降低乃至防止嚴(yán)重堵塞情況的發(fā)生。

因此，確認(rèn)在原立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵基礎(chǔ)上，通過借鑒其他水電站的成功經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，最終保留了改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵以及帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵進(jìn)行對比試驗(見圖4)。

圖4 試驗攔污柵示意圖

1)改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵：將原立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵柵格筋板由迎水側(cè)高、出水側(cè)低改為迎水側(cè)低、出水側(cè)高的結(jié)構(gòu)形式。

2)帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵：按進(jìn)水口截面積不變原則，設(shè)計包頭，改蝸殼取水口正向進(jìn)水為側(cè)向進(jìn)水。

3.2 運(yùn)行對比試驗

利用年度檢修期，分別將改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵以及帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵安裝在2號機(jī)組和1號機(jī)組上進(jìn)行真機(jī)試驗，每周記錄一次蝸殼取水壓力數(shù)據(jù)。并要求，當(dāng)兩臺機(jī)組取水壓力差大于0.2 MPa時，就進(jìn)行一次環(huán)流沖洗操作(是指開啟備用水源供水閥，關(guān)閉技術(shù)供水取水閥，利用蝸殼內(nèi)部高速環(huán)流沖洗攔污柵)，取水壓力對比如圖5。

由于兩臺機(jī)組的進(jìn)水口布置位置確有不同，為排除其對試驗的影響，在第二個年度的檢修期，將兩臺機(jī)組的攔污柵進(jìn)行互換運(yùn)行，做驗證試驗，即1號機(jī)組安裝改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵、2號機(jī)組安裝帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵，并每周記錄一次蝸殼取水壓力數(shù)據(jù)，取水壓力對比如圖6。

圖5 1號、2號機(jī)組試驗取水壓力對比圖

圖6 1號、2號機(jī)組驗證試驗取水壓力對比圖

3.3 試驗結(jié)論

通過上述試驗數(shù)據(jù)對比圖可以看出，帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵在兩次試驗過程中，均進(jìn)行了環(huán)流沖洗操作，但取水壓力仍低于改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵。即改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵取水壓力明顯高于帶包頭的立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵，運(yùn)行試驗及驗證試驗，均未發(fā)生嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象。

攔污柵清污檢查時也能夠確認(rèn)，改型立體板式結(jié)構(gòu)攔污柵堵塞情況更輕，防堵塞效果更好，能夠保障技術(shù)供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié) 語

通過總結(jié)該水電站技術(shù)供水系統(tǒng)蝸殼取水口攔污柵歷次換型的經(jīng)驗，分析攔污柵堵塞的原因，經(jīng)選取試驗因子，設(shè)計試驗，歷時三個檢修周期，最終確認(rèn)改型立體板式結(jié)構(gòu)能夠有效減輕攔污柵的堵塞情況，提高了該電站技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。對類似水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計安裝、優(yōu)化改進(jìn)，也具有一定的參考價值。