紫坪鋪水電站位于四川省都江堰市,系岷江上游干流第五級(jí)電站,距都江堰9KM,距成都市64KM,電站設(shè)計(jì)裝機(jī)規(guī)模為760MW,安裝4臺(tái)單機(jī)容量190MW水輪發(fā)電機(jī)組,水頭變幅為68.4m~132.76m電站在系統(tǒng)中的主要作用是調(diào)峰、調(diào)頻、承擔(dān)系統(tǒng)事故備用,是一項(xiàng)以供水和發(fā)電為主的綜合利用工程。
1、機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行方式介紹
機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)的主用水源為自流減壓:由每臺(tái)機(jī)組蝸殼取水通過X201D電動(dòng)閥單獨(dú)供給本臺(tái)機(jī)組;機(jī)組技術(shù)供水的備用水源為水泵:兩臺(tái)水泵從尾水取水供至備用技術(shù)供水總管,同時(shí)備用技術(shù)供水總管通過四個(gè)聯(lián)絡(luò)閥1231D~4231D與每臺(tái)機(jī)組連接。而四臺(tái)機(jī)組主變冷卻水由備用技術(shù)供水總管供給。
由于備用技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)備布置高程在尾水位以下10m左右,一旦該套設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)7201、7204閥門及閥門前密封墊損壞或管路損壞,將造成水淹廠房的嚴(yán)重后果。同時(shí)如果將備用取水方式投入運(yùn)行,水泵將按0.3~0.5MPa水壓控制長期自動(dòng)起泵、打壓、停泵操作,這樣將導(dǎo)致設(shè)備損壞率升高,增加檢修成本和工作量。機(jī)組技術(shù)供水冷卻水壓需要在0.3~0.5MPa壓力范圍中調(diào)整一個(gè)穩(wěn)定的值來供給,而備用技術(shù)供水水壓在0.3~0.5MPa范圍內(nèi)始終是一個(gè)不穩(wěn)定的變量。鑒于上述原因,紫坪鋪電廠備用水源水泵尾水取水系統(tǒng)沒有投入運(yùn)行。
目前,紫坪鋪電廠四臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水方式采用機(jī)組蝸殼取水做主用供水,而備用水源是將四臺(tái)機(jī)組聯(lián)絡(luò)閥打開,將四臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,用四 臺(tái)機(jī)組主用水源供給備用技術(shù)供水總管,從而保證四臺(tái)主變的冷卻供水。
2、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥存在問題
紫坪鋪電廠四臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥選用的是以色列DOROT減壓閥膜片差壓式減壓閥,閥門公稱直徑為DN350。3#、4#機(jī)組減壓閥于2005年10月份投入運(yùn)行,2#機(jī)組減壓閥于2006年3月份投入運(yùn)行,1#機(jī)組減壓閥于2006年5月底投入運(yùn)行。
2006年10月5日,發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥動(dòng)作異常,全開后無法關(guān)閉。聯(lián)系廠家人員于2006年11月份對(duì)3#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥進(jìn)行了拆卸檢修,發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿斷裂、中心導(dǎo)向爪損壞、閥座脫落,經(jīng)更換損壞部件回裝后工作正常。
2007年11月6日,發(fā)現(xiàn)4#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥無法正常工作。經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)減壓閥閥桿已斷裂、橡膠隔膜已損壞、導(dǎo)向爪已損壞、閥座已脫落。將檢修泵技術(shù)改造更換下來的水力控制閥部件拆下,對(duì)減壓閥損壞部件進(jìn)行更換后,減壓閥工作正常。
2007年11月14日,發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組減壓閥強(qiáng)烈振動(dòng)、工作異常,經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組技術(shù)供水減壓閥出現(xiàn)類似3#、4#機(jī)組損壞情況。
在機(jī)組投運(yùn)后不到兩年時(shí)間,先后有3臺(tái)機(jī)組減壓閥出現(xiàn)基本情況相同的損壞。減壓閥損壞后,造成技術(shù)供水管路水壓失控,水壓異常升高,對(duì)空冷器,上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)油槽冷卻器構(gòu)成極大危害,造成冷卻器銅管爆裂。斷裂的導(dǎo)向爪和螺栓被沖入機(jī)組技術(shù)供水管路中,至今無法尋找,在技術(shù)供水管路中產(chǎn)生磨損和碰撞,引起管路內(nèi)噪音和破裂噴水的嚴(yán)重后患。
更換新的備件投運(yùn)時(shí)間不久又損壞,這樣將導(dǎo)致技術(shù)供水管路內(nèi)的損壞件堆積,引起管路堵塞,機(jī)組各部冷卻水壓降低或消失,引起機(jī)組軸承溫度升高,后造成機(jī)組被迫停機(jī)的事故發(fā)生。國外這種膜片差壓式減壓閥工況的極不穩(wěn)定性,導(dǎo)致了電廠停機(jī)經(jīng)常發(fā)生的后果。
3、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥損壞的原因分析
由于這種DOROT減壓閥膜片差壓式減壓閥在運(yùn)行中經(jīng)常損壞,給電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)造成極大影響。因此,我們對(duì)兩年來該減壓閥的運(yùn)行和檢修情況進(jìn)行了總結(jié)和分析,得出了該減壓閥容易損壞的以下三個(gè)方面的原因。
3.1、減壓閥設(shè)計(jì)選型方面的原因
紫坪鋪電廠機(jī)組水頭在68.4m~132.76m變化,水頭變幅之大在全國也很少見。初設(shè)計(jì)考慮采用兩級(jí)減壓方式實(shí)現(xiàn),即第一級(jí)減壓至0.80 MPa,第二級(jí)減壓至0.30~0.40 MPa。但由于現(xiàn)場(chǎng)管路布置條件限制,只能安裝一臺(tái)減壓閥,因此設(shè)計(jì)終定為一級(jí)減壓,在某國技術(shù)代表的承諾下,選用了該國的膜片差壓式減壓閥。該減壓閥的大大減壓比為1:3,當(dāng)水頭達(dá)到大水頭132.76m時(shí),該減壓閥出口低能調(diào)至0.46 MPa,否則為惡劣工況區(qū)。由于電廠水源為雪山融化水,水溫較低,常年保持在18℃以下,水冷卻效果很好。電廠機(jī)組技術(shù)供水經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn),水壓在0.25 MPa~0.40 MPa為合適。因此該減壓閥在技術(shù)供水系統(tǒng)中,經(jīng)常工作于正常工作調(diào)節(jié)壓力范圍之外,長期工作在惡劣工況區(qū),導(dǎo)致減壓閥使用壽命短,容易損壞。
3.2、減壓閥結(jié)構(gòu)方面的原因
通過損壞減壓閥的分析,在結(jié)構(gòu)上存在容易損壞的缺陷,并且損壞是一個(gè)逐漸加劇的過程:第一步損壞是由于導(dǎo)向爪與底座密封圈之間存在無法消除的間隙,且閥桿和閥在高速水流的沖擊下無法保持完全垂直運(yùn)動(dòng),在機(jī)組運(yùn)行時(shí)水力波動(dòng)使導(dǎo)向爪與密封圈發(fā)生碰撞,在機(jī)組長期工作壓力范圍內(nèi),6個(gè)導(dǎo)向爪上均勻地磨出了一圈磨損痕跡。第二步損壞是在第一步損壞的基礎(chǔ)上,機(jī)組經(jīng)常進(jìn)行開、停機(jī)操作,在導(dǎo)向爪上、下移動(dòng)過程中,因磨損痕跡的出現(xiàn)和閥桿無法保持垂直運(yùn)動(dòng)的影響,使導(dǎo)向爪對(duì)底座密封圈產(chǎn)生了一定的拉伸破壞力,從而使導(dǎo)向爪斷裂、底座密封圈脫落。第三步損壞是由于導(dǎo)向爪斷裂后,操作桿和閥盤擺動(dòng)幅度增大,出現(xiàn)偏斜、卡澀現(xiàn)象,后出現(xiàn)操作桿疲勞性斷裂,橡膠隔膜損壞,導(dǎo)致減壓閥無法正常工作。
3.3、機(jī)組技術(shù)供水運(yùn)行方式方面的原因
受紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)運(yùn)行方式影響,機(jī)組技術(shù)供水備用水源尾水取水方式不可用。主變冷卻用水又取自備用技術(shù)供水總管。因此機(jī)組備用技術(shù)供水總管不允許斷流。為保證機(jī)組備用技術(shù)供水水源,機(jī)組技術(shù)供水備用水源由四臺(tái)機(jī)組主用水源通過聯(lián)絡(luò)閥1231D~4231D聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,由于每臺(tái)機(jī)組減壓閥后壓力不可能調(diào)整到完全相同,造成減壓閥為了消除壓力差長期參與調(diào)節(jié),影響了使用壽命。同時(shí)由于機(jī)組開、停機(jī)時(shí)的瞬間流量變化非常大,對(duì)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的機(jī)組減壓閥產(chǎn)生的瞬間調(diào)整沖擊也非常大。
4、紫坪鋪電廠技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥更換選型
為解決紫坪鋪電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥容易損壞的問題,決定對(duì)紫坪鋪電廠機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥進(jìn)行重新選型,選型后的減壓閥能從根本上解決現(xiàn)有減壓閥所有存在的問題。選型標(biāo)準(zhǔn)如下:
A、整體結(jié)構(gòu)合理且剛性好,以防止零部件斷裂現(xiàn)象;
B、活塞式結(jié)構(gòu),以防止橡膠膜片老化、強(qiáng)度不夠、斷裂現(xiàn)象;
C、流量與壓力的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、穩(wěn)定,以滿足三臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用的工況;
D、滿足機(jī)組開、停機(jī),甩負(fù)荷工況時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
經(jīng)過對(duì)各種減壓閥資料收集和到相關(guān)電廠進(jìn)行考察,決定采用北京時(shí)代中基科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的ZJY46H型活塞式減壓閥,替代紫坪鋪電廠目前用的國外進(jìn)口的差壓膜片式減壓閥。
4.1、ZJY46H型活塞式減壓閥的特點(diǎn)
如圖四所示:P1為進(jìn)口壓力;P2為出口壓力。由主閥和反饋控制系統(tǒng)組成。
4.1.1、合理的結(jié)構(gòu):由P1流向P2水流為從上至下在節(jié)流錐上形成流暢的態(tài)式,紊流現(xiàn)象減少;由內(nèi)鎖定螺母和安全拉桿組成的出口壓力內(nèi)鎖定裝置可有效保護(hù)因產(chǎn)品故障出口壓力升高現(xiàn)象;雙外置反饋控制系統(tǒng)通過切換閥作互為備用的切換,以保證反饋控制系統(tǒng)無故障地對(duì)主閥控制。反沖排污系統(tǒng)可保證反饋系統(tǒng)無堵塞地運(yùn)行。由于主閥和控制閥均采用活塞式結(jié)構(gòu)在整體剛性方面各承壓部位有足夠的強(qiáng)度。我們?cè)趯氈樗码娬荆ǜ咚^104m) 和天生橋發(fā)電總廠(高水頭214m)調(diào)查,該產(chǎn)品從未發(fā)生過部件斷裂現(xiàn)象。
4.1.2、壓力和流量特性
如圖四所示、Pt為減壓閥主閥彈簧壓力;Pk為減壓閥主閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力;Pt′為反饋系統(tǒng)控制閥彈簧壓力;Pk′為反饋系統(tǒng)控制閥壓力調(diào)節(jié)腔壓力;h為閥座和節(jié)流錐的開啟高度(相當(dāng)于過流面積)。
減壓閥正常工況時(shí), Pt=Pk ,在控制閥Pt′=Pk′。此時(shí),主閥和控制閥的閥座與節(jié)流錐開啟高度是一個(gè)定值。因此,P2是一個(gè)低壓值。
在進(jìn)口壓力P1變化時(shí), P2是不變的,工作原理如下:當(dāng)P1上升時(shí),減壓閥的首先表現(xiàn)為P2+ΔP2,其值經(jīng)出口管至控制閥,使Pt′+ΔPt′,ΔPt′+ΔPt′=Pk′(新平衡),L減小,Pk′壓力增大,經(jīng)導(dǎo)管,使主閥的Pk+ΔPk,Pt=Pk+ΔPk(新平衡),主閥H減小、ΔP2值恢復(fù)為原P2值。當(dāng)P1下降時(shí),主閥與控制閥的工況則與上述的工況相反。
當(dāng)出口流量Q增大時(shí),工況為P1下降時(shí)的工況。當(dāng)出口流量Q減小時(shí),工況為P1上升時(shí)的工況。過流面積是隨著用水量的變化而變化的。
4.1.3、減壓比
因不受P1的影響,只要Pk有足夠的壓力與Pt和Pk形成平衡,形成合適的主閥過流面積,減壓比相應(yīng)會(huì)較大。以下是我們調(diào)查ZJY46H-16型活塞式減壓閥電站運(yùn)行參數(shù):
序號(hào) | 電站名稱 | 口徑(mm) | 壓力(MPa) | P2(MPa) | 數(shù)量(臺(tái)) | 電站裝機(jī) (WM×臺(tái)) | P1水頭(m) | 電站所在地 |
1. | 天生橋發(fā)電總廠 | 300 | 1.6 | 0.60 | 4 | 220×5 | 214~176 | 貴州、興義 |
2. | 天生橋一級(jí)電廠 | 400 | 2.5 | 0.35 | 2 | 300×4 | 148~72 | 貴州、興義 |
3. | 馬關(guān)水力發(fā)電廠 | 150 | 4.0 | 0.30 | 2 | 6×2 | 330~280 | 云南、馬關(guān) |
4. | 南令二級(jí)電站 | 200 | 4.0 | 0.35 | 2 | 6×4 | 320~280 | 云南、文山 |
5. | 祿勸水電站 | 200 | 4.0 | 0.28 | 2 | 8×2 | 320~260 | 云南、昆明 |
6. | 小牛頸 | 100 | 4.0 | 0.30 | 1 | 6×2 | 360~350 | 四川、天全 |
4.1.4、流量分析
紫坪鋪電站機(jī)組單機(jī)額定流量為1100m3/h,主變?yōu)?80m3/h,要求單閥供水大于1580m3/h。本次選用ZJY46H-16C DN350減壓閥,廠方提供相關(guān)參數(shù)為:過流直徑325mm;大行程H(見圖四)為52mm。因此,大過流面積為:53093 mm2。大水頭170m(加水錘壓力)。
我們要求ZJY46H-16C DN350減壓閥在低水頭時(shí)滿足流量為1580m3/h的要求。廠家提供的相關(guān)電廠運(yùn)行實(shí)測(cè)相關(guān)參數(shù)如下:
電站名稱 | 口徑(mm) | 壓力(MPa) | P2(MPa) | 數(shù)量(臺(tái)) | 電站裝機(jī) (WM×臺(tái)) | P1水頭(m) | 電站所在地 | ||||
天生橋一級(jí)電廠 | 400 | 2.5 | 0.35 | 2 | 300×4 | 148~72 | 貴州、興義 | ||||
閥前壓力(MPa) | 閥的過流面積(mm2) | 流量(m3/h) | 過流孔流速(m/s) | 備注 | |||||||
0.10 | 30864; (大:72068) | 2000 | 18 | 過流流直徑:370mm 行程(H):65mm | |||||||
根據(jù)ZJY46H-16C DN350減壓閥的相關(guān)技術(shù)參數(shù),我們推算出來的數(shù)據(jù)如下:當(dāng)閥前壓力為0.10 MPa、流速為18m/s、流量為1100 m3/h時(shí),所需過流面積為:16975mm2,(大過流面積為:53093 mm2)只占大過流面積32%。
當(dāng)閥前壓力上升時(shí),根據(jù)根據(jù)減壓閥的工作原理,主閥過流面積只會(huì)減小,所以ZJY46H-16C DN350減壓閥的過流量應(yīng)該能夠滿足機(jī)組運(yùn)行要求。
5、ZJY46H-16C DN350減壓閥的電廠試運(yùn)行
2008年4月26日晚8時(shí),第一臺(tái)ZJY46H-16C DN350減壓閥在紫坪鋪電站的3#機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)投入試運(yùn)行。即時(shí)工況為:P1為1.00 MPa;P2為0.35MPa。機(jī)組后各用水點(diǎn)壓力表指示平穩(wěn),減壓閥只聽到水流聲,無異常噪音。運(yùn)行一小時(shí)后,我們和廠家對(duì)減壓閥進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試,結(jié)果如下:
1、反饋系統(tǒng)切換:切換時(shí)P2無壓力波動(dòng);
2、調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)控制閥,P2調(diào)節(jié)范圍在0.25~0.55MPa,調(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏;
3、關(guān)閉減壓閥后的閥門,P2升高至0.40MPa停止,打開減壓閥后的閥門,P2回復(fù)至0.35MPa;
4、流量與減壓閥過流面積:電磁流量計(jì)顯示為1100m3/h,此時(shí)主閥過流面積為17357mm2(大過流面積53092mm2),只占大過流面積的32%,還有充分的的過流量。計(jì)算出過流孔流速為17.6m/s。與我們的分析數(shù)據(jù)相關(guān)不大。
至2008年10月止,紫坪鋪電站全部機(jī)組的技術(shù)供水系統(tǒng)全部改造完畢。
6、結(jié)論
紫坪鋪電站通過對(duì)機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)減壓閥進(jìn)行改造后,達(dá)到了以下幾方面效果:
1、消除了紫坪鋪電廠在設(shè)計(jì)選型方面的問題, ZJY46H-16型活塞式減壓閥的減壓比能達(dá)到10:1,所以能滿足我廠68.4m~132.76m 水頭下,減壓閥后壓力為0.25MPa~0.40 MPa的變幅范圍,同時(shí)一級(jí)減壓即可。
2、消除了紫坪鋪電廠原有國外減壓閥在結(jié)構(gòu)上容易損壞的問題。ZJY46H-16型活塞式減壓閥從結(jié)構(gòu)上看,活塞桿受活塞和支撐筋兩點(diǎn)定位,能保證活塞桿和閥盤位置在工作中保持垂直上下移動(dòng),閥盤不會(huì)與其它部件發(fā)生碰撞,而且沒有橡膠隔膜等容易損壞的部件,并且該減壓閥各零部件結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用,具有使用壽命長的優(yōu)點(diǎn),從而減少了大量的維護(hù)工作量。
3、ZJY46H-16型活塞式減壓閥從今年四月運(yùn)行至今,未出現(xiàn)任何故障,為電廠安全運(yùn)行提供了保障。
7、遺留問題
目前遺留的問題是由于機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已無法進(jìn)行更改,因此四臺(tái)機(jī)組主用供水和備用技術(shù)供水總管屬聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式,而水源由四臺(tái)機(jī)組蝸殼取水供給。技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)運(yùn)行方式對(duì)減壓閥產(chǎn)生的長期參與調(diào)節(jié)的影響仍然存在,可能會(huì)縮短減壓閥的使用壽命,由于更換后的減壓閥結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,這方面的影響將不會(huì)太大。