白蓮河抽水蓄能電站球閥旁通管改造優(yōu)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(nèi)，距離武漢市143 km。電站安裝4臺(tái)300 MW可逆式機(jī)組，總裝機(jī)容量1 200 MW。電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量9.67億kW·h，年抽水用電量12.89億kW·h，在湖北電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù)。

抽水蓄能電站在主進(jìn)水閥開啟的時(shí)候?yàn)楸ＷC主進(jìn)水閥平壓，設(shè)置了連接主進(jìn)水閥上下游的旁通管，在主進(jìn)水閥開啟的時(shí)候給蝸殼充水。旁通管上設(shè)置了液壓旁通閥和電動(dòng)旁通閥。電動(dòng)旁通閥的作用是在機(jī)組檢修或者液壓旁通閥檢修時(shí)投入，用于截?cái)嗌嫌螇毫︿摴艿乃畨?，還可用于主進(jìn)水閥開啟過(guò)程中，如果液壓旁通閥無(wú)法關(guān)閉，關(guān)閉電動(dòng)旁通閥。

白蓮河抽水蓄能電站主進(jìn)水閥旁通管原設(shè)計(jì)安裝的是碳鋼管，電動(dòng)旁通閥采用的是電動(dòng)閘閥，經(jīng)過(guò)10年的運(yùn)行，主進(jìn)水閥碳鋼旁通管內(nèi)部存在較嚴(yán)重的腐蝕，部分機(jī)組的主進(jìn)水閥電動(dòng)旁通閘閥關(guān)閉不嚴(yán)，旁通管伸縮節(jié)連接部分存在輕微滲水，同時(shí)旁通管未設(shè)計(jì)壓力表監(jiān)測(cè)判斷旁通管內(nèi)壓力，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致主進(jìn)水閥檢修隔離措施可靠性降低，甚至可能出現(xiàn)旁通管爆管導(dǎo)致水淹廠房，對(duì)人員安全及設(shè)備運(yùn)行造成了很大影響。

本文對(duì)白蓮河抽水蓄能電站主進(jìn)水閥旁通管改造優(yōu)化進(jìn)行了分析，詳細(xì)介紹了主進(jìn)水閥旁通管改造思路、方案設(shè)計(jì)、強(qiáng)度復(fù)核和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，對(duì)國(guó)內(nèi)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(shè)備安全可靠運(yùn)行，結(jié)合3號(hào)機(jī)組A修，在3、4號(hào)機(jī)組共用的2號(hào)流道排空的情況下，對(duì)3、4號(hào)機(jī)組主進(jìn)水閥旁通管進(jìn)行改造，將碳鋼旁通管更換為不銹鋼旁通管，將電動(dòng)旁通閘閥更換為電動(dòng)旁通球閥，同時(shí)在旁通管上加裝排氣泄壓手閥和用于監(jiān)測(cè)旁通管壓力的壓力表。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 原主進(jìn)水閥旁通管結(jié)構(gòu)及工作原理

設(shè)計(jì)主進(jìn)水閥旁通管裝配圖見圖1。

主進(jìn)水閥旁通系統(tǒng)由旁通彎管、旁通直管、電動(dòng)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(jìn)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(guò)程中軸與軸承之間的摩擦，延長(zhǎng)進(jìn)水閥使用壽命。改造前旁通管采用碳鋼管，主進(jìn)水閥上游側(cè)電動(dòng)旁通閥采用電動(dòng)閘閥，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物照片分別為圖2、3。

圖1 原ALSTOM設(shè)計(jì)主進(jìn)水閥旁通管裝配簡(jiǎn)圖

圖2 改造前碳鋼旁通管

圖3 改造前電動(dòng)旁通閘閥

2.2 原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

（1）旁通管路采用碳鋼材質(zhì)，外部刷涂油漆進(jìn)行防腐，但管路內(nèi)部經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，腐蝕較嚴(yán)重且較難處理，探傷及壁厚檢測(cè)有明顯變薄趨勢(shì)。

（2）3號(hào)機(jī)組電動(dòng)旁通閘閥關(guān)閉不嚴(yán)，不能可靠隔離主進(jìn)水閥上游水源，在主進(jìn)水閥上游流道不排空的情況下無(wú)法進(jìn)行主進(jìn)水閥下游側(cè)液壓旁通閥的檢修。

（3）原主進(jìn)水閥旁通管伸縮節(jié)法蘭連接深縮量為55～60 mm，法蘭連接內(nèi)側(cè)僅設(shè)有一道O型密封圈，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行密封老化，輕微滲水，且旁通管伸縮節(jié)連接深縮量安全裕度不高，存在震動(dòng)脫落爆管的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）旁通管路未設(shè)計(jì)手動(dòng)排氣泄壓閥，不方便球閥試驗(yàn)排氣和旁通管段泄壓。未設(shè)計(jì)測(cè)壓接頭及壓力表，不能直觀判斷管內(nèi)壓力和檢修隔離措施是否到位，給日常運(yùn)維和檢修造成了一定的安全隱患。

2.3 改造方案

對(duì)原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。

圖4 主進(jìn)水閥旁通管改造設(shè)計(jì)裝配簡(jiǎn)圖

新的設(shè)計(jì)圖主要變動(dòng)有如下4點(diǎn)：

（1）改造后旁通管路材質(zhì)為06Cr19Ni10不銹鋼。

（2）主進(jìn)水閥上游側(cè)電動(dòng)旁通閥采用電動(dòng)球閥，安裝完后現(xiàn)場(chǎng)加裝支撐。

（3）旁通管伸縮節(jié)法蘭連接深縮量加大為130 mm，法蘭內(nèi)側(cè)設(shè)有兩道O型密封，大大提高了旁通管伸縮節(jié)的安全性和密封性。

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

3 強(qiáng)度復(fù)核

旁通管改造主要部件設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 旁通管改造主要部件設(shè)計(jì)參數(shù)

本次改造新采購(gòu)的電動(dòng)球閥和標(biāo)準(zhǔn)法蘭的設(shè)計(jì)壓力為5.0 MPa，大于球閥設(shè)計(jì)壓力3.22 MPa，滿足電站使用要求。

鋼管公稱直徑D=300 mm，設(shè)計(jì)壓力P=3.22 MPa，材料為06Cr19Ni10，屈服極限σs≥205 MPa，許用應(yīng)力σ=σs/3=205/3=68.3 MPa，根據(jù)鋼管壁厚計(jì)算公式e=PD/+C=3.22×300/2/68.3+2=9.07 mm，實(shí)際鋼管尺寸為Φ325×14，壁厚14 mm，大于計(jì)算值9.07 mm，因此滿足電站使用要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

（1）預(yù)裝旁通管路，確保電動(dòng)手動(dòng)式一體球閥（電動(dòng)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(yàn)合格。

（3）將管路（不含旁通管路伸縮節(jié)法蘭至針閥之間的管路）連接后在安裝間做打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力7.5 MPa，時(shí)間30 min。旁通管伸縮節(jié)法蘭至針閥之間的管路在管路制造廠家做打壓試驗(yàn)，手動(dòng)電動(dòng)球閥和針閥在生產(chǎn)廠家已做過(guò)打壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)不再進(jìn)行打壓試驗(yàn)。

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

（5）配做閥體上游側(cè)和下游側(cè)法蘭位置兩道旁通管路支撐，根據(jù)手動(dòng)電動(dòng)球閥的手輪和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位置配做支撐。

（6）安裝完成后，大大提高了主進(jìn)水閥旁通管路的安全性。不銹鋼旁通管和主進(jìn)水閥上游側(cè)不銹鋼電動(dòng)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(dòng)旁通球閥

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

圖7 壓力表和手動(dòng)排氣泄壓閥

圖8 旁通管伸縮節(jié)連接法蘭

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次改造，解決了白蓮河抽水蓄能電站原3、4號(hào)機(jī)組主進(jìn)水閥旁通管路腐蝕的問(wèn)題，消除了電動(dòng)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(dòng)排氣泄壓閥，為日常運(yùn)維、檢修隔離、主進(jìn)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(duì)旁通管伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在法蘭內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)兩道O型密封，提高了旁通管伸縮節(jié)的安全性和密封性。本次改造有效提升了主進(jìn)水閥旁通管相關(guān)設(shè)備的可靠性、安全性，對(duì)國(guó)內(nèi)同類電站有一定的借鑒意義。